电力开关作业..docx

0、引言目前人们常用的交流电机主要有两种，分别为三相异步电机和同步电机。这两种电机中电励磁同步电机与绕线式异步电机都含有滑环和电刷，使得这两种电机维护成本增加而且电机运行的可靠性降低。对于永磁同步电机虽然取消了电刷和滑环但其最大转矩却受到了永磁体的限制，永磁材料价格变高使其成本增加。无刷电励磁同步电机是一种新型的电机。定子上嵌有一套三相对称绕组和一套单相同心式绕组；转子分为磁阻转子、笼型转子和混合型转子。常规转子无刷电励磁同步电机耦合能力差，谐波磁场比较多，导致电机效率和功率密度较低，从而影响了其在实际生产中的应用。为了提高转子的耦合能力采取磁阻转子与笼型转子相结合的混合转子。该种电机同时兼顾了同步电机和无刷双馈电机这两种电机的优点。其取消了电刷和滑环，解决了困扰电励磁同步电机发展的瓶颈，使得该种电机的维护成本降低。无刷电励磁同步电机是通过特殊转子对三相对称绕组产生的旋转磁场和单相绕组产生的静止恒定磁场进行调制，实现电机机电能量的转换。本文针对无刷电励磁同步电机主要做了以下工作：；将首先介绍该种电机的原理及仿真的要求；对无刷电励磁同步电机定、转子参数进行选取；分别对电机的电动和发电性能进行仿真。1、无刷电励磁同步电机原理无刷电励磁同步电机的结构特殊，定子具有两套绕组，一套是三相的绕组，另一套是单相绕组，分别叫做功率绕组和控制绕组，或者主绕组和副绕组，两套绕组的极数差一般大于4；转子为混合型转子。机电能量转换是通过转子对定子磁场进行调制实现的。图1-1表示无刷电励磁同步电机系统的基本结构。图1-2表示的是转子的结构图。图1-1 无刷电励磁同步电机结构简图图1-2无刷电励磁同步混合结构图当功率绕组通入的电频率为时，无刷电励磁同步电机的同步转速为：其中为电机功率绕组的极数，为电机控制绕组的极数，为电机转子的极数。接下来讨论一下在对涉及好的电机进行仿真时应该注意的事项：无刷励磁同步电机的磁力线分布不同于常规电机，由于特殊转子结构对磁场的调制作用，使得电机磁力线分布具有不对称性，故建模仿真时必须建立整体模型而不能利用1/n模型对其进行仿真运算。在进行有限元分析时，为了简化和分析，必须对电机模型做出以下的假设：忽略无刷电励磁同步电机的端部磁场效应；铁心中的材料具有各项同性的特点，具有单值B-H曲线；定子外圆矢量磁位为零；将磁导率为常数，忽略磁损耗。采用有限元的方法求解，要将待求解区域剖分为若干个小三角形的剖分单元，本文中采用Ansoft软件的剖分系统，进行自动剖分，导磁部分剖分单元最大边长限制为4.6mm，非导磁部分导线2.8mm，气隙为1mm。通过计算可以得到无刷电励磁同步电机的磁力线分布情况和磁密云图。根据磁密的分布情况，从而判定电机的工作情况或观察电机是否合格。同时为了比较各种参数对磁场极数的转化能力的影响，必须对气隙磁密进行分析。为了对不同转子耦合能力进行定量计算，需对磁密波形通过Matlab进行傅里叶分析，从而确定电机的参数。2、无刷电励磁同步电机参数确定2.1定子参数确定我们以机座号为Y250M-6的异步电机为基础，并根据电机设计书的计算公式对11KW电机进的定子参数进行设计。2.1.1绕组节距确定为了使绕组基波系数尽可能的大，减少主副绕组之间的直接耦合，减少附加的损耗，因此，三相交流绕组一般采用的是双层短距分布绕组，单相直流绕组采用的是与普通凸极转电励磁同步电机转子绕组相同的排列方式。因此，每个槽中含有3套导体。对于三相绕组理想节据选择：其中Z为电机定子槽数，P为绕组极数，y8为电机绕组节距。这种选择考虑了尽可能减少两套绕组之间的直接耦合,从而减少其附加损耗。对于直流绕组,其为单相同心式绕组。对电机进行励磁。无刷电励磁同步电机不仅共用一套磁路，而且还共同承担输入功率。因此，当电机工作在一种运行状态时为了合理的提高电机的性能应根据其运行状态选择合理的磁密以及计算其匝数时还应考虑到电压等级与其运行方式,进而使得电机的工作性能最佳。2.1.2绕组匝数的选择及参数计算根据电机的参数和电机设计的要求初选匝数和线规初选功率绕组每项串联匝数为192，初定电密为，因此，线规选取线规直径两根导线并绕，而控制绕组匝数为320选取的线规为进行6根并绕。经初步计算可知槽满率为76%。满足下线要求。通过电机设计原理，计算的出功率绕组电阻为，其端部漏感为。控制绕组电阻为，其端部漏感为。2.1.2电机定子的主要参数（1）定子参数定子槽数：Q1=72；定子外径：D1=400mm；定子内径：Di1=285mm；铁长度：Lef=225mm。（2）定子槽尺寸b0=3.8mm;h01=1mm;b1=6.2mm; a1=35o; r1=4.1mm;h12=24.8mm。（3）气隙长度g=0.55mm。（4）定子绕组位置如图2-1所示：1—功率绕组，2—控制绕组。三相