非正弦供电十五相感应电机磁路计算方法

鉴于电机气隙磁势为非正弦分布磁势,提出分布磁路法对非正弦供电十五相感应电机进行磁路计算并求出激磁电抗。分布磁路法从基波和3次谐波合成磁势出发,在电机半个极范围内进行等间隔周向分块,通过迭代计算得到沿圆周各节点气隙磁密,并由傅里叶分解得到基波和3次谐波磁密。以等值电路为基础同时结合分布磁路法,迭代计算给定电压下基波激磁电抗与3次谐波激磁电抗。对非正弦供电十五相感应电机样机进行空载实验,得到基波激磁电抗与3次谐波激磁电抗实测值。激磁电抗计算值与实测值相互吻合,说明了分布磁路法的有效性和准确性。     

非正弦供电十五相感应电机定子漏抗计算

为获得非正弦供电十五相感应电机基波和3次谐波等值电路中的定子漏抗参数,提出了基波和3次谐波定子槽漏抗、谐波漏抗和端部漏抗的分析方法并进行了计算。从槽比漏磁导公式出发求出了基波与3次谐波下的定子槽漏抗。考虑了十五相感应电机定子绕组基波电流与3次谐波电流产生磁势之不同特点,由各自谐波比漏磁导求出相应的谐波漏抗。通过引入气隙电流和镜像电流,用数值法计算线圈间端部电感作为求取基波和3次谐波端部漏抗的基础。分析计算表明,定子整距集中绕组的3次谐波槽漏抗为基波槽漏抗的3倍,但对谐波漏抗和端部漏抗无此比例关系成立。在基波电压下对十五相感应电机样机进行了堵转实验,短路电抗实测值与定转子漏抗计算值相互吻合,间接验证了该文所用计算方法的正确性。     

非正弦供电十五相感应电机谐波电压确定

通过确定非正弦供电十五相感应电机的3次谐波注入电压,为电机PWM调制提供理论依据。把注入3次谐波电压的十五相感应电机气隙磁动势峰值下降幅度最大作为电机理想运行准则,得到基波磁动势与3次谐波磁动势之间空间位置关系与磁动势幅值间数值关系。以十五相感应电机基波等值电路与3次谐波等值电路为基础并从相应的激磁电流出发,计算基波电压与3次谐波电压有效值,求出3次谐波负幅值点与基波正幅值点间相位差,并通过电机空载实验对计算方法的准确性进行了验证。在额定基波电压下,计算了对应于不同给定转差率的基波激磁电流与3次谐波激磁电流,进而得到3次谐波电压有效值及磁动势波形间相位差,最终通过线性插值来获得任意转差率下的3次谐波电压。     

多相电机中谐波电流与谐波磁势间的关系

为了分析定子绕组流过非正弦电流时,多相异步电机的运行性能,必须了解谐波电流与谐波磁势的关系。对异步电机中的非正弦的谐波电流进行了傅里叶分解,将其分解为基波电流和一系列的谐波电流,然后分别计算各次谐波电流的产生的不同的谐波磁势。通过对五相、十五相异步电机在非正弦供电情况下谐波电流与谐波磁势的定量关系的分析,归纳出谐波电流与谐波磁势的一般关系式,以及各次谐波磁势之间的比例关系。     

多相电机中谐波电流与谐波磁势间的关系

为了分析定子绕组流过非正弦电流时，多相异步电机的运行性能，必须了解谐波电流与谐波磁势的关系。对异步电机中的非正弦的谐波电流进行了傅里叶分解，将其分解为基波电流和一系列的谐波电流，然后分别计算各次谐波电流的产生的不同的谐波磁势。通过对五相、十五相异步电机在非正弦供电情况下谐波电流与谐波磁势的定量关系的分析，归纳出谐波电流与谐波磁势的一般关系式，以及各次谐波磁势之间的比例关系。     

非正弦供电十五相感应电机的电动势计算

非正弦供电十五相感应电机基波磁动势正幅值与3次谐波磁动势负幅值不在同一位置时的叠加磁动势波形称为常规磁动势波形,此种情况下感应电动势的计算是该种电机电磁性能分析与优化设计的前提.与正弦磁动势或理想叠加磁动势不同,常规磁动势下电机的感应电动势与激磁电流相位因磁路饱和不再相差π/2,为此提出把感应电动势作为激磁电流流控电压源的处理方法.鉴于电机每半个极下气隙磁密波形不再相同的情况,提出基于电机1个极距区域的拓展分布磁路法计算气隙磁密,进而求出基波感应电动势与3次谐波感应电动势.非正弦供电十五相感应电机样机的感应电动势计算值与实测值相互吻合,说明了拓展分布磁路法计算感应电动势有效且具有较高的准确度.     

谐波对电机转矩波动的影响

永磁同步电机(PMSM)绕组中的谐波会对电机转矩产生叠加效应,导致转矩波动从而影响电机的振动噪音水平和控制精度。根据电机不同频率谐波磁势的转速及转向进行理论分析,进而分析了谐波磁势对永磁同步电机转矩的影响。根据使用2D有限元分析软件进行建模和和仿真计算,通过设计优化降低了电机的转矩波动,验证了优化电机谐波对降低转矩波动的有效性。     

三次谐波注入下多相感应电机稳态性能分析

针对采用3次谐波注入的非正弦供电多相感应电机,该文提出一种基于等效电路与分布磁路法的稳态性能迭代计算方法,对3次谐波注入参数对于电机稳态性能的影响规律进行定量分析。结果表明,当3次谐波注入满足气隙磁通密度中3次谐波与基波"峰谷相对",且3次谐波磁通密度幅值为基波的1/6时,谐波注入对电机稳态性能的优化效果达到最佳。以某型45kW十五相感应电机为对象进行计算与实验验证,结果表明,在气隙磁通密度最大值和电流有效值不变的情况下,采用3次谐波注入时的基波电压与输出功率相对无注入情况最大可提升约13%。     

3次谐波电流注入对五相感应电机系统运行性能影响分析

五相感应电机系统采用集中整距绕组结构并由非正弦供电,可以通过注入谐波改善电机的气隙磁场,从而提高电机的输出功率。本文在3次谐波注入控制策略研究基础上,从母线电压利用率、系统功率因数、效率及输出转矩等性能指标出发,深入研究了3次谐波注入对系统的运行性能影响。最后,搭建了系统实验平台,对实验室一台5.5k W五相集中整距绕组感应电机进行了相关实验。结果表明,在五相集中整距绕组感应电机系统中,通过注入按照一定规律变化的3次谐波,可以有效改善电机系统的运行性能。     

基于三次谐波电流注入的六相感应电动机仿真分析

为了提高功率密度和转矩密度,需要在六相感应电动机中注入三次谐波电流,这势必导致控制系统的复杂化。为了分析定子绕组流过非正弦电流时,六相感应电动机的运行性能,必须了解谐波电流与谐波磁势的关系。运用了傅里叶分析和绕组函数的方法,推导了六相感应电动机的磁动势,同时给出了考虑三次谐波电流时的数学模型,通过比较在绕组中注入和不注入三次谐波电流的仿真波形,得到了六相感应电动机加入三次谐波电流能够提高转矩密度的结论,所建立的仿真驱动系统,具有较高的有效性和可行性,且便于快速修改控制结构和相关参数。     

磁动势法五相永磁力矩电机转矩分析

五相永磁力矩电机由于极数与槽数相近,含有丰富的磁动势谐波,磁动势谐波会影响电机的转矩性能。为此,采用磁动势法分析电机的电磁转矩,通过磁能和虚位移原理推导出了电机电磁转矩的解析表达式,揭示了具有相同空间次数的定子和转子磁动势谐波相互作用才能产生电磁转矩的规律。通过对五相永磁力矩电机的定、转子磁动势谐波与电磁转矩关系的分析,指出与与主波转速一致的定子和转子磁动势谐波相互作用能提高五相永磁力矩电机的平均电磁转矩。利用Ansoft有限元软件仿真分析了电机在正弦波、梯形波和方波供电下的定子磁动势、转子磁动势以及转矩性能。结果表明,非正弦供电能够增加电机的电磁转矩,但也带来了转矩脉动,验证了磁动势法分析五相永磁力矩电机转矩的有效性和正确性。     

基于非正弦供电方式的多相感应电动机建模

非正弦供电下多相电动机的磁动势与磁通密度分析表明,注入一定的3次谐波励磁电流有利于提高电动机铁磁材料的利用率和增加电动机的输出转矩。据此推导了考虑基波与3次谐波共同作用时的十五相感应电动机数学模型,通过三维插值实现了计及基波和3次谐波共同作用下的主磁路饱和因素,并在PSCAD/EMTDC平台中建立了相应的仿真模型。仿真与实验结果的一致性表明了建模方法的正确性,该模型的建立为非正弦供电方式下的多相感应电动机优化设计、运行性能分析等提供了理论基础。     

永磁同步电机分数槽集中绕组磁动势

对单元电机的单个线圈、线圈组、相绕组和三相绕组的磁动势进行了分析。当定子槽数为奇数时,除3的整倍数之外其他极对数的磁动势都存在,其中与基波绕组系数相同、转向相反、幅值最大的谐波极对数仅与基波相差1对极。当定子槽数为偶数时,除偶数和3的整倍数之外其他极对数的磁动势都存在,其中与基波绕组系数相同、转向相反、幅值最大的谐波极对数仅与基波相差2或者4对极。电机内部还存在幅值较大的次谐波以及绕组系数与基波相同的高次谐波,它们会对电机造成不良影响。电机高速运行时,这些谐波磁动势产生的磁场会在永磁体内感应出涡流,产生损耗,造成永磁体温升增加,甚至去磁。     

十五相感应电机对称缺相运行时的定子漏抗计算

定子参数计算是应用等值电路进行多相感应电机对称缺相运行性能分析的基础。通过引入关联矩阵反映所缺相数,分别对定子槽漏抗、谐波漏抗、端部漏抗进行计算,得到了十五相感应电机缺一个五相、两个五相绕组对称工况下的定子漏抗。计算结果表明,对于整距集中绕组的十五相感应电机,缺少五相或十相后,每相槽漏抗不变,谐波漏抗增大,而端部漏抗减小,故对称缺相运行工况下的定子漏抗参数与正常工况下并无明确倍数关系。在正常工况及缺十相对称运行工况下对十五相感应电机原理样机进行了堵转试验,试验测得的短路电抗与计算值相互吻合,间接验证了计算结果的正确性。     

超高压磁控式并联电抗器稳态特性

介绍了500 kV磁控式并联电抗器(magnetically controlled shunt reactor,MCSR)的结构特点;阐述了MCSR的工作机理和稳态特性,并进行了试验验证。理论与试验表明,MCSR具有分段的伏安特性：在一定励磁条件下且电压较低时,MCSR电压、电流呈线性关系,随着电压的升高,电抗器电流增加的速度趋缓,MCSR进入恒流区;MCSR网侧绕组内几乎不含3k次谐波电流成分,各容量下各次谐波电流有效值不大于额定基波电流的3%;MCSR基波容量随着直流励磁电流的增加而单调增加,呈现略带饱和的线性关系,具有优越的控制特性。MCSR具有容量大范围连续可调、谐波含量小、稳态控制特性好的性能特点,可有效协调超高压、特高压电网限制过电压与无功补偿之间的矛盾,有着广阔的应用前景。