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开关磁阻电机极型选择及其改进研究

时间:2017/8/8 14:00:00   来源:本网   添加人:admin

  开关磁阻电机驱动系统(SRD)是近年来随着电力电子学的迅速发展而出现的一种新型无极调速系统系统主体一开关磁阻电机(SRM)是一种双凸极的无刷变磁阻电机,利用凸极效应产生切向磁拉力形成磁阻转矩。SRD系统比传统调速系统具有许多优点,但SRM的转矩脉动及由此引起振动和噪音问题,在一定程度上限制了这种电机的应用。笔者在分析了SRM定、转子极宽选取原则的基础上,提出了一种新的定子极型,并验证了这种新型定子带极靴的SRM的优点,为解决上述问题寻找到一条新途径。

  1基于SRM线性电感模型的基本电磁关系式SRM的双凸极结构决定了电感L是转子位置角0的非线性函数,由于SRM常运行在磁场的饱和区,所以电感L又是电流i的非线性函数。为简化起见,常基于电感的理想线性模型进行定性分析。

  1.1电感特性令仄为定子磁极弧度,凡为转子磁极弧度,1为转子极距。定子绕组电感与转子位置角的变化曲线如所示。

  1.2绕组电流1.3瞬时转矩2新型定子带极靴开关磁阻电机结构SRM的定、转子极宽度不仅影响平均电磁转矩,而且影响电机的自启动能力和转矩脉动。SRM的绕组匝数和定子极身宽度有密切关系,它对电机的输出转矩也有较大影响。

  2.1SRM定、转子极宽度的选取原则通常,选取SRM定、转子极宽度的约束条件:获得最小自感和最大自感;要具有较强的自启动能力、较大的输出转矩及较小的转矩脉动。

  由条件(1)可知,为了减小自感,定、转子极宽之和应小于转子极距,即:极宽凡,即由条件(3)可知,应保证SRM在任何转子位置均具有正反方向的自启动能力,因而当某一相定、转子极相对时,相邻相定、转子极必须有一定的重合,即要求两相邻相电感上升区有一定的重叠,如。从图中可得重叠角则:由图i可知,电感有效上升区为因此,氏越大,电感和转矩的重叠区越大,电机的自启动能力越强,转矩脉动越小。又由于在定子内、外径一定的条件下,当定子极宽庆增大时,定子槽宽就减小,则绕组匝数将减少。因此,最大电感减小,最大电感和最小电感之差变小。由式(2)可知,在绕组电流不变时,电磁转矩将减小。SRM在角度位置控制方式运行时,常提前导通,增加民和A导致电流幅值的减小,根据式(2),转矩成平方地减小。同时,因电感和转矩的重叠区增加,使启动性能增强,转矩脉动减小。而当氏和此取较小值时,情况相反。

  综上所述,定、转子极宽度的取值范围为2.2电机结构由前所述,SRM的定,转子极宽和绕组匝数是一对矛盾,如果希望定、转子极宽增加,则绕组匝数减小;反之,则定、转子极宽就要减小。为了能在定、转子内、外径不变的条件下,既增大定,转子极宽,又增加绕组匝数,笔者提出了定子带极靴的新型SRM结构,如所示。图中定子极靴宽度和转子极宽度都接近于式(7)的下限选取。这样,既提高了定、转子极弧宽,又增加了绕组数。为便于比较,也画出了SRM的两种传统极型,分别如、5所示。

  两点的绕组每匝磁链为则穿过整个线圈的磁链为则得到绕组电感为3.2实例结果分析文中获得了定子极型改进的三相6/4极SRM的相绕组电感曲线。为便于比较,也得到了两种传统极型SRM的电感曲线。其中,定、转子极较宽的SRM的定、转子极宽分别与新型SRM的定子极靴和转子极极宽相同,而减少的绕组部分的截面积与这两种电机定子腰身部分的面积差相等;定、转子极较窄的SRM的定子极宽与带极靴的SRM的定子极腰身宽相同,匝数与极型改进的SRMffi数相同。得到的电感曲线分别如3新型SRM的有限元分析3.1SRM的有限元分析模型由于SRM的双凸极结构和磁路的严重非线性,其电感L是转子位置角和定子相绕组电流的二元非线性函数,这个非线性函数难以用解析的方法表小。笔者应用有限元法,选用三角形将定、转子分别进行剖分,采用矢量磁位,用直角坐标进行处理。

  相绕组的磁链啊0,i)是随着0和i变化的。设在电机运行的某一瞬间,在a相绕组中有电流i,可以求出此时每个节点的矢量磁位d和每个单元的磁密在a相绕组区域S,中,经过(x,y,),y经比较,新极型SRM的自感最大,其最大自感与最小自感之差也最大;定、转子极较窄的SRM的自感略小于新极型SRM的自感,其最大自感与最小自感之差接近新极型SRM两电感差;定、转子极较宽的SRM的最大自感最小,其最大电感与最小电感之差最小。因而,在施以同样的电流时,极型改进的电机的平均电磁转矩最大,即定、转子极宽较小而匝数较多时,电机的输出转矩较大。

  从电感随转子位置角的变化情况可知:改进极型的SRM和定、转子极较宽的SRM的电感上升区较大,死区较小;而定、转子极较宽的SRM的电感上升区较小,死区较大。这说明在定、转子极宽较大时,电机的相间电感和转矩重叠区较大,因而电机的自启动能力强,转矩脉动小;而定、转子极宽较小时,情况相反。

  结束语系统分析了SRM定、转子极宽度和绕组匝数选取原则,在此基础上,提出了极型改进的思想,并且从理论上说明了这种新型定子带极靴的SRM具有自启动能力强、输出转矩大、转矩脉动小等优点,从而为解决这种电机因其特殊结构而造成的‘’先天不足“寻找到一条有效的途径。