一種異步電機定子端部漏感參數(shù)的獲取方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于異步電機的分析設計【技術領域】，涉及一種異步電機定子端部漏感參數(shù)的獲取方法；由定子繞組端部的結構建立模型并確定坐標進行數(shù)值計算，處理繞組端部錐形喇叭口傾角，同時，在求矢量磁位過程中在沿線圈邊的一維空間上取點；引入氣隙電流和鏡像電流后建立三維直角坐標系并確定相應點的坐標，結合數(shù)值方法獲得各點的矢量磁位并沿積分路徑進行數(shù)值積分，計算磁通與磁鏈得到線圈間端部漏感，最后根據(jù)相繞組與端部線圈間的連接關系獲取電機定子繞組端部在不同喇叭口角度下任意兩相間的端部漏感；其方法簡單，原理科學可靠，計算速度快，誤差小，精度高，實用性強，應用廣泛。
【專利說明】一種異步電機定子端部漏感參數(shù)的獲取方法
【技術領域】:
[0001]本發(fā)明屬于異步電機的分析設計【技術領域】，涉及一種異步電機定子端部漏感參數(shù)的獲取方法。
【背景技術】:
[0002]電機定子繞組參數(shù)是電機設計中采用等值電路進行分析的基礎，異步電機定子漏感參數(shù)計算的準確性在電機穩(wěn)態(tài)運行與暫態(tài)運行分析中起著重要作用，定子漏感參數(shù)包括槽漏感、諧波漏感與端部漏感三部分，其中端部漏感的獲取方法最為復雜?，F(xiàn)有的定子端部漏感半經(jīng)驗公式只適用于三相電機且精度難以保證；三維電磁場方法存在建模復雜與計算時間長等不足；基于Biot-Savart定律的分析方法兼顧了計算的精度和速度，但該方法無法計及端部繞組錐形喇叭口的傾角；解析公式雖能考慮喇叭口傾角，但公式復雜、處理繁瑣，實用性受到影響。

【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術存在的缺點，尋求一種異步電機定子端部漏感參數(shù)的獲取方法，基于矢量磁位獲取定子端部漏感參數(shù)，為計算異步電機端部漏感提供更為準確、快捷的新途徑。
[0004]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明由定子繞組端部的結構建立模型并確定坐標進行數(shù)值計算，處理繞組端部錐形喇叭口傾角，同時，在求矢量磁位過程中在沿線圈邊的一維空間上取點，提高計算速度，減小計算誤差；引入氣隙電流和鏡像電流分別等效定轉(zhuǎn)子氣隙與鐵芯端面對電機端部磁場分布的影響，然后建立三維直角坐標系并確定相應點的坐標，結合數(shù)值方法獲得各點的矢量磁位并沿積分路徑進行數(shù)值積分，計算磁通與磁鏈進而得到線圈間端部漏感，最后根據(jù)相繞組與端部線圈間的連接關系獲取電機定子繞組端部在不同喇叭口角度下任意兩相間的端部漏感；其具體工藝步驟為:
[0005](I)、建立線圈的端部模型，該模型以端部的實際結構為基礎，計及喇叭口的傾角以及線圈在定子槽中的上下層分布情況；
[0006](2)、在電機端部建立三維直角坐標系；
[0007](3)、任意選取用于線圈間端部漏感計算的兩個線圈，分別稱為I號線圈、2號線圈；
[0008](4)、引入氣隙電流和鏡像電流分別等效定轉(zhuǎn)子氣隙與鐵芯端面對電機端部磁場分布的影響；由I號線圈產(chǎn)生的影響端部漏感的電流包括:線圈端部原始部分電流及其鏡像電流、氣隙電流及其鏡像電流、鐵芯內(nèi)部線圈直線段的鏡像電流；根據(jù)線圈端部實際結構，將電流經(jīng)過的上下層邊直線部分、上下層邊斜邊部分、上下層邊端鼻部分與端鼻的弧形連接部分定義成大段；確定各大段中電流的大小及其正方向；
[0009](5)、將I號線圈的各大段均勻分成m Cm為正整數(shù))小段，確定每小段端點在三維直角坐標系中的坐標值，流經(jīng)每小段的電流矢量作為數(shù)值計算的基本單元；所分的小段數(shù)兼顧計算速度和精度，小段數(shù)越多，計算越精確，計算時間越長；
[0010](6)、確定2號線圈端部矢量磁位的積分路徑，該積分路徑為沿2號線圈中心線一周的閉合積分回路；
[0011](7)、將2號線圈矢量磁位積分路徑中的各大段均勻分成η (η為正整數(shù))小段，確定每小段端點在三維直角坐標系中的坐標值，積分路徑中的每小段矢量作為數(shù)值計算的基本單元；所分的小段數(shù)兼顧計算的速度和精度，小段數(shù)越多，計算越精確，計算時間越長；
[0012](8)、根據(jù)矢量磁位的計算公式，求取線圈間的端部漏感，先求出I號線圈各小段的電流在2號線圈積分路徑上各小段中點的矢量磁位；再將I號線圈所有小段的電流在2號線圈積分路徑上某小段中點的矢量磁位進行疊加，依次求出I號線圈電流在2號線圈積分路徑中各點分別產(chǎn)生的矢量磁位；最后對2號線圈積分路徑中各點矢量磁位沿積分方向分量與各小段長度之積進行累加，得到I號線圈電流在2號線圈端部產(chǎn)生的總磁通，由此得到相應磁鏈，兩線圈間的端部漏感即為I號線圈電流在2號線圈端部產(chǎn)生的磁鏈與I號線圈電流的比值；
[0013](9)、結合相繞組與端部線圈間的連接關系，求出任意兩相的相間端部漏感，獲取定子端部漏感參數(shù)。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點:一是不僅考慮繞組端部喇叭口的影響，而且不涉及復雜解析公式的推導計算，方法簡單實用；二是在計算線圈的總磁通時只需在線圈邊上取點，不用在端部的整個面上取點，使模型的建立更合理、得出的結果更準確；其方法簡單，原理科學可靠，計算速度快，誤差小，精度高，實用性強，應用廣泛。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0015]圖1為本發(fā)明實施例涉及的喇叭口的線圈端部結構原理示意圖，其中(a)為線圈端部結構原理示意圖；(b)為喇叭口結構原理示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明實施例涉及的兩線圈的端部展開圖。
[0017]圖3為本發(fā)明實施例涉及的矢量磁位的積分路徑。
[0018]圖4為本發(fā)明實施例涉及的中間面在xy平面的投影。
[0019]圖5為本發(fā)明實施例涉及的線圈端部在xy平面的投影。
【具體實施方式】:
[0020]下面通過實施例并結合附圖對本發(fā)明做進一步說明。
[0021]本實施例選擇的異步電機的定子繞組上下層邊距電機軸心半徑分別為RpR1，端部直線部分長為I1，端鼻部分長為I3 ;采用矢量磁位計算端部漏感參數(shù)的具體過程為:
[0022](I)、圖1(a)為一個W1匝的定子繞組端部的實際結構圖，圖中左側(cè)對應線圈的上層邊，右側(cè)對應線圈的下層邊，線圈邊在定子槽中的高為hs/2，寬為bs，選取圖1(a)中灰色部分的中間面作為參照面，參照面由線圈端部上層邊底面和下層邊頂面的中軸線圍成，按幾何形狀不同分為由直線部分圍成的矩形面和由斜邊部分圍成的三角形面兩部分，三角形面為等腰三角形；圖103)為由中間面表示的線圈端部喇叭口的幾何示意圖，其中，點F為三角形面的頂點，線段PQ為該線圈的中間面與鐵芯端面的相交線，定義斜邊部分與端面的夾角α，喇叭口的傾角為β，當β=0°時，點F位于圖中點E的位置，此時三角形面與矩形面共面；
[0023](2)、建立三維直角坐標系，規(guī)定xy平面與異步電機定子鐵芯端面重合，坐標原點O位于異步電機軸心上；z軸與異步電機轉(zhuǎn)軸重合,其正方向為垂直端面向外；
[0024](3)、任意選取兩個線圈分別定義為I號線圈和2號線圈，令I號線圈的中軸線與z軸平行并與I軸相交，I軸正方向為由原點O指向I號線圈中軸線；其中，X軸、y軸和Z軸的正方向符合右手螺旋法則；設圖1中端部為I號線圈的端部，則圖1中的坐標系即為所建立的三維直角坐標系；1號線圈和2號線圈端部沿周向展開示意圖如圖2所示，a m表示沿周向的空間幾何角度，規(guī)定正方向為沿z軸負方向看去的順時針方向，令Cini=O的點位于I號線圈的中軸線處，2號線圈與I號線圈之間的空間幾何角度為α 21 ；
[0025](4)、標出I號線圈對計算端部漏感起作用的各大段電流，包括線圈端部原始部分電流及其鏡像電流、氣隙電流及其鏡像電流、鐵芯內(nèi)部線圈直線段的鏡像電流；如圖2所示，I號線圈電流的流經(jīng)路徑按實際結構不同共分為20大段，每大段的序號用k表示；其中，線圈端部原始部分共分為7大段:AB段、BC段、CD段、DE段、EF段、FG段和GH段，相應的鏡像部分也分為7大段:A' B'段、B' C'段、C' D'段、D' E'段、E' F'段、F' G'段和G' H'段；氣隙部分共分為2大段:線圈內(nèi)部部分、線圈外部部分，相應的鏡像部分也分為2大段；鐵芯內(nèi)部線圈直線部分的鏡像部分共分為2大段:A" B"段和G" H"段；規(guī)定圖2中沿線圈逆時針方向為電流正方向，且假設線圈中的電流均為集中在線圈中心線的線電流，可確定I號線圈第k大段的電流為Ilk，其大小與I號線圈每匝中流過的電流I1及線圈匝數(shù)W1等有關，各大段中電流的正方向如圖2所示；
[0026](5)、將步驟(4)中的各大段劃分為若干小段，每一小段為數(shù)值計算的基本單元，設第k大段被劃分成Nk小段，每小段的序號用m Cm為正整數(shù))表示；
[0027](6)、確定2號線圈端部矢量磁位的積分路徑；如圖3所示，積分路徑為沿2號線圈中心線一周的閉合環(huán)路；從圖2可以看出，該積分路徑共分為8大段:ab段、be段、Cd段、de段、ef段、fg段、gh段和ha段，每大段的序號用g表示；
[0028](7)、將步驟(6)中各大段劃分為若干小段，每一小段作為數(shù)值計算的基本單元，第g大段被劃分成Ng小段，每小段的序號用η (η為正整數(shù))表示；
[0029](8)、根據(jù)矢量磁位的計算公式，求取線圈間的端部漏感參數(shù)；圖4為線圈端部的中間面在xy平面上的投影，其中，矩形面的投影為線段PQ，三角形面的投影為Λ PQW，點K為線段PQ的中點；圖5為線圈端部在xy平面上的投影，端部線圈邊的實際投影用粗實線表示；P、Q點所在圓弧為定子繞組上下層分界面在xy平面上的投影，點Pu與點Q1分別為上下層邊中軸線與定子鐵芯端面的交點，點O為三維直角坐標系的原點，δ為一個線圈的兩條線圈邊沿電機周向所跨越的空間幾何角度，圖中由虛線構成的Λ PQW與圖4中的Λ PQW一致；1號線圈各大段在xy平面上的投影(其中不包含氣隙部分及其鏡像部分)為:線圈端部原始部分的AB段、BC段、⑶段、DE段、EF段、FG段和GH段在xy平面上的投影分別為圖5中的點Q1、線段Q1W1、點W1、線段W1Wp點Wu、線段WuPu和點Pu ；其鏡像部分的A' B'段、B' C'段、C' D'段、D' E'段、E' F'段、F' G'段和G' H'段在xy平面上的投影分別與相應的原始部分相同；A" B"段和G" H"段在xy平面上的投影分別為圖5中的點Q1和點Pu ;同理，可確定2號線圈積分路徑上各大段在xy平面上的投影；確定各小段的中點及向量坐標的具體步驟為:[0030]首先確定各點距離點O的距離，并規(guī)定該距離為各點所處的半徑，圖5中，設點P、Q所處的圓弧半徑為R。，點Qp Pu處的半徑分別為1、Ru，其中，R。、Rx> Ru均由異步電機的結
構參數(shù)所決定；結合圖4得W點處的半徑
【權利要求】
1.一種異步電機定子端部漏感參數(shù)的獲取方法，其特征在于由定子繞組端部的結構建立模型并確定坐標進行數(shù)值計算，處理繞組端部錐形喇叭口傾角，同時，在求矢量磁位過程中在沿線圈邊的一維空間上取點，提高計算速度，減小計算誤差；引入氣隙電流和鏡像電流分別等效定轉(zhuǎn)子氣隙與鐵芯端面對電機端部磁場分布的影響，然后建立三維直角坐標系并確定相應點的坐標，結合數(shù)值方法獲得各點的矢量磁位并沿積分路徑進行數(shù)值積分，計算磁通與磁鏈進而得到線圈間端部漏感，最后根據(jù)相繞組與端部線圈間的連接關系獲取電機定子繞組端部在不同喇叭口角度下任意兩相間的端部漏感；其具體工藝步驟為: (1)、建立線圈的端部模型，該模型以端部的實際結構為基礎，計及喇叭口的傾角以及線圈在定子槽中的上下層分布情況； (2)、在電機端部建立三維直角坐標系； (3)、任意選取用于線圈間端部漏感計算的兩個線圈，分別稱為I號線圈、2號線圈； (4)、引入氣隙電流和鏡像電流分別等效定轉(zhuǎn)子氣隙與鐵芯端面對電機端部磁場分布的影響；由I號線圈產(chǎn)生的影響端部漏感的電流包括:線圈端部原始部分電流及其鏡像電流、氣隙電流及其鏡像電流、鐵芯內(nèi)部線圈直線段的鏡像電流；根據(jù)線圈端部實際結構，將電流經(jīng)過的上下層邊直線部分、上下層邊斜邊部分、上下層邊端鼻部分與端鼻的弧形連接部分定義成大段；確定各大段中電流的大小及其正方向； (5)、將I號線圈的各大段均勻分成m小段，其中m為正整數(shù)，確定每小段端點在三維直角坐標系中的坐標值，流經(jīng)每小段的電流矢量作為數(shù)值計算的基本單元；所分的小段數(shù)兼顧計算速度和精度，小段數(shù)越多，計算越精確，計算時間越長； (6)、確定2號線圈端部矢量磁位的積分路徑，該積分路徑為沿2號線圈中心線一周的閉合積分回路； (7)、將2號線圈矢量磁位積分路徑中的各大段均勻分成η小段，其中η為正整數(shù)，確定每小段端點在三維直角坐標系中的坐標值，積分路徑中的每小段矢量作為數(shù)值計算的基本單元；所分的小段數(shù)兼顧計算的速度和精度，小段數(shù)越多，計算越精確，計算時間越長； (8)、根據(jù)矢量磁位的計算公式，求取線圈間的端部漏感，先求出I號線圈各小段的電流在2號線圈積分路徑上各小段中點的矢量磁位；再將I號線圈所有小段的電流在2號線圈積分路徑上某小段中點的矢量磁位進行疊加，依次求出I號線圈電流在2號線圈積分路徑中各點分別產(chǎn)生的矢量磁位；最后對2號線圈積分路徑中各點矢量磁位沿積分方向分量與各小段長度之積進行累加，得到I號線圈電流在2號線圈端部產(chǎn)生的總磁通，由此得到相應磁鏈，兩線圈間的端部漏感即為I號線圈電流在2號線圈端部產(chǎn)生的磁鏈與I號線圈電流的比值； (9)、結合相繞組與端部線圈間的連接關系，求出任意兩相的相間端部漏感，獲取定子端部漏感參數(shù)。
【文檔編號】G01R31/34GK103869247SQ201410119803
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月28日 優(yōu)先權日:2014年3月28日
【發(fā)明者】吳新振, 蘭勇, 張偉玲, 張陽 申請人:青島大學