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交流电机非线性电磁特性运行的研究与分析

时间:2017-07-27  来源:本网  浏览次数:506

  交流电机是非线性、强耦合、多变量、周期性的机电能量转换装置。经过电机工作者的长期努力,电机分析理论已基本得到芫善,等值电路分析、旋转d-q坐标系统分析及综合矢量分析等电机学研究方法逐渐产生。但这些方法基本建立在线性系统上不能对电机非线性动态变化进行研究。电机学的等值电路及综合矢量分析以基波分析为主,适合频域内分析,各有特点和方便之处,但对磁滞引起的非线性现象的研究介绍很少。

  交流电机内部的旋转磁场使电机内磁路上各个点的磁场强度不断地变化,而磁路的饱和与磁滞现象,又使各点磁感应强度呈非线性变化。这种变化引起电机各绕组中电势、磁链与磁势呈非线性变化。在给定*大磁通并运行稳定后,电机磁路中的磁感应强度与磁场强度按固定的磁滞回线变化,说明电机绕组的磁链与磁势是一一对应的函数关系,在磁通幅值较大时该函数表现为非线性,而磁通幅值较小时该函数基本表现为线性,即磁路为线性。

  如果在任何情况下磁路保持这种线性关系,则绕组中的磁链与磁势保持线性关系,这里这种磁链称为线性磁链。显然可以把实际磁链看成线性磁链的函数。在坐标系统中,电势平衡方程中使用的是磁链随时间的变化率,在数学上可以把此变化率等同于实际磁链对线性磁链的导数与线性磁链随时间变化率的乘积。把实际磁链对线性磁链的导数看成一个因子,那幺实际磁链的变化率仅与线性磁链的变化率和这个因子有关,从而用线性系统来处理非线性问题。该因子实际上是把线性时的感应电势折算到实际感应电势的折算系数。笔者基于此思路,采用坐标系统,建立起能够处理包拮磁滞等非线性的有效数学模型。

  2电机电磁分析电机的机电能量转换是通过以磁场为媒介来实现的。导磁材料的非线性使电机各量之间呈非线性关系。为了便于分析磁滞和饱和对电机性能的影响,假设电机绕组为整距集中绕组,电机磁势以!的速度旋转,并设接近气隙的铁心表层内的磁场强度在空间按正弦分布。若以一相绕组轴线为,则空间各点随时间变化的磁场强度可表示为:极距。

  现设磁场强度幅值!=1%"时的磁滞回线如所示。每一点的磁感应强度可通过该点的磁场强度!在磁化曲线上所对应的磁密来求得。绕组的磁链为:1――电机铁心有效长度。

  而绕组的感应电势可表示为:w=2rad/s,t=1",是根据所示的磁滞回线计算出的绕组感应电势、磁链随时间变化的波形图。由于磁滞和饱和的影响,磁链和电势波形发生畸变,磁链和电势波形正负半周波形180.对称,但在一个正或负半周波形内,波形不对称于该正或负半周波形的中心线,产生偶次倍谐波,并且引起3电机非线性基本方程为了便于下面分析,这里定义一种点乘的矩阵运算。设A=(a,眉一个4阶列矩阵=(b9.眉一个4X"矩阵,列矩阵!与矩阵"的点乘是一个4X"矩阵C(C9列矩阵!与矩阵"的点乘写作现以三相绕线型感应电机为分析对象,定转子三相绕组星型连接,中性点均未引出,根据电机理论可得abc基本坐标系统方程。

  3.1电压平衡由于磁链与磁势具有非线性的关系,而磁势与线性磁链可用线性表示,则磁链可用线性磁链来表阵和实际磁链对线性磁链导数的因子,则(4)式可写成:3.1.1电压、电流矩阵数字分别表示定子ab,c三相绕组及转子ab,c三相绕组。若文中无特别说明下标的数字均为此意。

  若电机绕组中性点未引出来,则电压、电流有以下关系3.1.2电阻对角矩阵3.1.3漏感矩阵)定转子绕组间漏互感l%3=l%F(X 3.1.4磁链矩阵非线性时磁链中各元素可按下列给出3.2转矩平衡电机转矩用磁共能对转子角度的偏微分求取,由(5)(10式得以电流为状态变量的状态方程由(11汲(9试得(12湘(13)构成电机的状态方程。在给定定子端电压转子绕组短接即84=85=0,应用电机状态方程,电机任意时刻的各量就可知。

  3.5因子的讨论与求取如果不考虑磁滞对电机运行的影响,而只考虑饱和对基波的影响时,感应电势为正弦,给定磁通幅值下该因子为:电感矩阵就是饱和时的主电感矩阵,不同磁场幅值饱和程度不同,该因子的数值也不同,对应的激磁主电感不同。显然,在这种情况下与通常考虑饱和时的电机分析一致。

  从前一节分析可知,只要已知d%,交流电机有效的数学模型就可建立。由于该导数只与磁有关,可以用能够反映电机的磁特性的电机空载。从空载。空载启动芫毕后,定转子电流小鹿子转速接近同步速,磁链轨迹为圆形,圆心处于原点上,且磁链幅值较启动时大。忽加负载后,定转子电流增大转子电流的转差频率变大,且电机转速减小。磁链运行的轨迹保持圆形,但幅值较空载时减小。

  是空载及负载时的一相定子电流和定子反电势波形。在空载及负载时反电势波形中都含有齿谐波,与空载实验的电压波形相近。空载时定子电流主要用于产生旋转磁场,而电源电压为正弦,磁路的非线性使电流发生畸变,仿真的空载电流波形也反映了这一点,0的电机电动运行时的空载电流波形也如此,且与仿真波形相近。空载电流波形是通过阻的0空载定子相电流波形压降来测取的。另外从图中可见,电流与反电势的相位相差大,表明空载时功率因数低。而负载时,定子电流增加了有功分量,使电流波形接近正弦,且电流与反电势的相位差也减小功率因数提高。

  数的因子,应用电机空载,如附图所标明的系统包含网站服务器组、应用服务器集群、数据库集群和存储局域网(SAN:StorageAreaNetwork)四部分,形成了能支持多层应用结构的高可靠可扩充的硬件系统。为提高服务器的利用率,应用服务器集群和数据库集群还承担了域控制器等公共服务。

  6结束语信息系统的建设和应用是长期的。制定一个统(上接第13页)坐标系统上建立起能够反映包拮磁饱和、磁滞及齿谐波等在内非线性动态的、新型的电机数学模型。并根据此模型进行仿真,仿真结果与电机变化趋势相符。仿真的空载电流波形与电动机空载实验电流波形相近。

  如果不考虑磁滞对电机运行的影响,而只考虑饱和对基波的影响时,该因子与线性的主激磁电感的乘积就是电机分析中常用考虑饱和时的电机主激磁电感此时的分析与考虑饱和时电机动态分析基本一致。

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