定子电励磁无刷同步电机藕合能力研究

时间：2024-05-04

何宗芝++李文娜

摘要采用转子磁场调制作用进行间接耦合，定子上嵌有两套不同极数绕组，机电能量转换的效果就越好，转子“极数转换器”的作用越强。本文采用有限元的方法，确定最优转子的结构和参数，分析不同参数对电机性能的影响，对电极进行特性仿真，解决参数的计算问题。转子结构和参数的选取是提高电机运行性能和效率的关键。

【关键词】转子电机耦合能力定子

常规交流电机具有较大不同，两套定子绕组形成的磁场并不是之间耦合的。特别是结构上与的新型无刷电励磁同步电机，绕组的电阻计算相对容易，电感的计算相对复杂，转子的结构影响该种电机的耦合能力，两套定子绕组的极数配合，采用绕组函数法对磁障转子和复合转电感参数进行计算。

1 励磁绕组极数对电机藕合能力

1.1 两套不同极数的定子绕组

控制绕组常用的极数配合，根据无刷双馈电机功率绕组，选取对电机的耦合能力的影响，电机定子电励磁无刷同步电机励磁绕组极数，针对电机的耦合能力和性能有着重要的影响，两套绕组极数的配合会产生160%的基波幅值的6极磁场分量。通过有限元计算，磁场分量定义为有用谐波，电枢绕组极对数相同次数，相同次数的磁场分量定义为基波，励磁绕组极对数单独激励，极弧系数对电机有用谐波含量的影响，并对径向气隙磁密度的傅里叶分解，不同极弧系数下电机径向气隙磁密，得到在励磁绕组单独激励。

1.2 励磁绕组

电机给定转速均为750r/min，针对励磁绕组的傅里叶分解，得到了某一时刻的径向气隙磁场，电枢绕组断路时，励磁绕组单独激励。6极最大磁场分量和2极磁场分量产生了较大电机气隙，2极励磁绕组单独激励时，产生了较大的2极磁场分量。电机的气隙中产生6极最大磁场分量，6极励磁绕组单独激励。针对不同极数绕组作为励磁绕组进行了仿真，电机给定转速是500r/min，电机某一时刻的气隙磁密度产生125%基波幅值的8极磁场分量。随着极弧系数不断的增大，减小转子的等效极弧系数，磁障转子中还需要加入磁障，较小的极弧系数会增加转子磁路的饱和程度。电机有用次磁场分量含量越大，极弧系数越小，电机有用谐波占基波百分比逐渐减小。

2 励磁绕组极数对电机藕合实验结果及分析

2.1 实验结果

本文分别对8+4极定子和6+2极定子电励磁无刷同步电机进行了仿真，两台电机的主要参数如表1、表2所示。从仿真结果可以看出，复合转子的起动时间比，起动转矩更大。异步运行时，8+4极气隙中其他无用次谐波的含量要低于6+2极。

通过对表1、表2气隙磁场进行傅里叶分解可以看出，励磁绕磁场的间接耦合，实现电枢绕组磁场，产生了较大的与电枢绕组极对数相同次数的磁场分量，励磁磁场经过转子的磁场调制作用，进而实现机电能量的转换。电机起动结束以后，定子进入异步稳定运行，其转速接近同步转速。6+2极磁障转子起动所需的时间约为1.5s，而复合转子起动时间约为0.4s。电机异步稳定运行时，磁障转子和复合转子径向气隙磁密及其频谱图。6极磁场分量的含量最大，其次是2极磁场分量含量。复合转子其他次谐波的含量略大于磁障转子，测试磁场调制作用结果。

2.2 实验分析

励磁绕组单独激励时电机的耦合能力越好，产生电枢绕组极对数次数的磁场分量越大越好。由此可以得出，电机的耦合能力越强，当少极数作为励磁绕组时。复合转子两个转子共同作用效果叠加，复合转子的磁场调制作用可以等效磁障转子，因此，复合转子数学模型可以写成磁障转子和笼型转子作用叠加。

3 结论

磁场是通过转子进行间接耦合，针对电机的电感参数进行计算，建立了不同转子结构该种电机的电感参数计算模型，研究了不同定转子参数对电机耦合能力的影响，采用有限元方法电机的耦合能力直接关系。

参考文献

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作者简介

何宗芝（1973-），女，安徽省六安市人。大学本科学历。现为六安市微特电机有限责任公司生产部部长（初级工程师）。研究方向为电动机制造。