流体化法运算异样电机若干运转的核准线路数据

来源:网络  作者:网络转载   2019-10-06 阅读:347

  模型及方法实施建立2D场路耦合的伪静止涡流有限元模型时,为简化分析做如下假设:(1)电机铁芯有效长度内的磁场按二维场来考虑,定转子铁芯外缘的散磁忽略不计。

  (2)忽略定子绕组中的集肤效应。

  (3)所有场量随时间均按正弦变化,忽略高次时间谐波影响,引入等效磁化曲线来处理铁磁材料的非线性。

  (4)转子的转速用等效电导率计及,即转子导体电导率乘以滑差S.

  (5)转子斜槽以及铁耗用传统的方法计算,不在有限元模型中计及。

  (6)场路耦合法解算时,把离散的电磁场方程和电路方程联立在一起同时求解,定、转子端部导体的电阻和漏抗用集中参数的方法计及,体现在电路方程中。

  (7)方程的边界条件可取定子铁芯外圆的矢量磁位A为零。

  (8)电源激励为定子三相对称工频电压源,加在电路方程中。

  异步电机伪静止涡流有限元方程为x(VefAx)+y(VefAy)-jsA=Js(1)式中:Vef为等效磁阻率;S为转子滑差;为定子电流角频率;为转子导条电导率;Js为定子电流密度。

  传统等值电路中的电路参数分为两种,一种是能在场路耦合的二维有限元分析中用场的办法计及;另一种只能用集中参数的表征。据此,忽略铁耗的传统等值电路模型可改造为,中框内的等值电路参数在场的分析中自动计及,框外的等值电路参数(定转子端部)需用其他办法计算,并把计算结果加入到相应的电路方程中。

  在中:X1e为定子绕组端部漏抗;X1s为定子绕组槽漏抗和齿顶漏抗之和;X2e为转子端环漏抗折算值;X2s为转子导条的槽漏抗和齿顶漏抗之和折算值;X2r,X2b分别为转子端环和导条的电阻折算值;R1为相绕组的电阻;Xm为激磁电抗。

  等值电路整个计算方法的实施步骤如下:(1)首先计算那些场的分析中无法自动计及的集总参数。即计算定子一个绕组端部的直流电阻,绕组端部的漏电抗,以及转子端环电阻和漏抗。

  (2)把上述计算出的集中参数加入到场路耦合模型的电路方程中,为异步电机转子部分场路耦合电路示意图。

  转子部分场路耦合电路(3)利用等效磁阻率,转子导体的等效电阻率,完成某个S值下的2D非线性涡流场的计算。

  等效磁阻率或磁化曲线的定义以及计算方法可参阅文献<46>.在求取等效磁化曲线时,必须假定磁通密度或磁场强度是正弦变化的,经验计算表明,假定磁通密度是正弦时,等效磁阻率计算结果偏大;反之,假定磁场强度正弦变化时,等效磁阻率的计算值偏小,故而对上述两种方法的计算结果求其平均值,将得到本文中使用的等效磁化曲线。

  (4)电机等值电路参数的求取。从场的分析结果中,可获得定子相I1,转子导条电流I2,进而,通过折算可得I2=I2/ki(2)其中电流变比ki=(m1N1kw1/Z2)2p(3)定子绕组一相感应电动势为E=-j(/2)(4)式中:=2pnca为定子一相绕组总磁链;2pnca为每相串联匝数,=-lef

  k1Aavi为一个极相组的总磁通,k为一个极相组的线圈数,lef为等效铁长。Aavi=s+Ai+dsS+-s-Ai-dsS-(5)式中:Ai+为极相组中第i个线圈上层边的向量磁位;Ai-为极相组中第i个线圈下层边的向量磁位;S+为极相组中第i个线圈上层边的面积;S-为极相组中第i个线圈下层边的面积。

  根据U1=(R1+jx1)I1-E,可求得Z1=U1+EI1(6)进而可得x1=Z21-R21(7)转子铜耗为Pr=lef2JJds(8)式中:J为转子导条电密的共轭值;为所有转子导条的横截面。由此可得,转子电阻折算值R2,即R2=Pr3|I2|2(9)进而得|Z2|=|E||I2|(10)x2=|Z2|2-(R2S)2(11)激磁电流和激磁电抗为Im=I1-I2(12)xm=|E||Im|(13)(5)加入转子斜槽的影响。转子斜槽用斜槽系数加以考虑,即用斜槽系数修正激磁电抗和定、转子漏抗。

  (6)电机稳态性能曲线的计算。获得了基于场精确计算而得来的等值电路参数后,就可以按电机学中讲述的方法来计算各种稳态性能曲线。

  例如,电磁转矩Tm=pes(14)式中:s为同步角速度,电磁功率为pe=3|I2|r2S=prS(15)2计算实例ANSYS是一个著名的多物理耦合场有限元商用软件,本文在ANSYS的APDL语言环境下,通过二次开发编写了场路耦合的二维涡流有限元程序。同其他研究人员基于C或FORTRAN等语言自行开发的有限元程序相比,前者具有以下优点:通俗易懂、使用方便、通用性强、运行可靠、结果准确。

  本文计算采用的电机规格如下:额定功率为110kW,额定电压380V,2级,额定频率50Hz,定子槽数48,转子槽数40,铁芯长250mm,定子双层叠绕组,节距118,并联支路数2,三角形连接。

  分别是计算的转矩滑差,定子电流滑差的稳态特性曲线,曲线中的圆点为试验结果,可以看出计算结果与实验吻合较好。

  转矩滑差定子电流滑差3结论本文提出了一种可以精确计算异步电机不同转速下等值电路参数的方法。该方法基于场路耦合的二维涡流有限元模型,诸如端环、斜槽等三维效应可以通过传统的方法加以考虑。试验结果验证了该方法的准确性。该方法易于在具有场路耦合功能的电磁场有限元商用软件包(ANSYS,MAXWELL)中实施,计算快而准,非常适合用于异步电机日常设计中。

  

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