直線感應電機穩(wěn)態(tài)特性分析方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種直線感應電機穩(wěn)態(tài)特性分析方法，包括如下步驟：（1）建立直線感應電機的一維磁密分布模型；（2）根據(jù)一維磁密分布模型，計算y軸磁通密度；（3）利用磁障面特性，由y軸磁通密度得到電場強度；（4）計算正常磁密行波、入端磁密反射波和出端磁密反射波的幅值的復數(shù)形式；（5）計算正常磁密行波阻抗、入端磁密反射波阻抗和出端磁密反射波阻抗；（6）計算直線感應電機單相電路的總阻抗；（7）對直線感應電機在不同穩(wěn)定狀態(tài)下的性能參數(shù)進行分析。本方法明顯降低了直線感應電機電磁特性的分析難度和計算時間，準確性高，可方便應用于直線感應電機的初期電磁優(yōu)化設計以及中后期的電磁參數(shù)和驅(qū)動性能分析。
【專利說明】直線感應電機穩(wěn)態(tài)特性分析方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于直線感應電機的計算機輔助設計【技術領域】，更具體地，涉及一種直線感應電機穩(wěn)態(tài)特性分析等效電路的建模方法。
【背景技術】
[0002]直線感應電機能直接產(chǎn)生直線機械運動，不需要中間傳動轉(zhuǎn)換裝置，具有結構簡單、堅固耐用、成本低等優(yōu)點，在交通運輸、礦井提升、郵包分發(fā)、電動門、過山車等場合得到廣泛應用。然而，直線感應電機因初級次級寬度不一致，以及初級開斷磁路、初級兩端半填充槽的影響，存在不同程度的橫向和縱向氣隙磁密畸變，并隨著不同滑差、初級線圈勵磁頻率和電機運行速度呈非線性變化，嚴重時會明顯減小直線感應電機的推力，并影響其安全運行。如何采用有效的電磁設計和驅(qū)動特性分析模型，對直線感應電機電磁和驅(qū)動特性進行準確研究顯得十分重要。
[0003]當前直線感應電機分析方法主要包括電磁場限元法和集中參數(shù)等效模型法，簡稱“場”和“路”的分析方法。電磁場分析法能夠?qū)﹄姍C穩(wěn)態(tài)和動態(tài)特性進行定性或定量的分析，然而由于直線感應電機次級導板存在感應渦流，分析模型必須用瞬態(tài)渦流場求解，該方法存在剖分區(qū)域大、網(wǎng)格數(shù)量多、計算時間長等缺點。此外，若初始邊界條件、網(wǎng)格剖分大小不合適，很難得到合理的計算結果，也無法進行電磁優(yōu)化設計(s.A.Nasar and1.Boldea, Electric Drives.Boca Raton, FL: CRC, 1999.)。集中參數(shù)等效模型法對直線感應電機進行了相應簡化，如何合理描述電機特有的性質(zhì)尤為關鍵，主要包括橫向邊緣效應、縱向邊端效應，半填充槽等影響。Duncan于1983年提出了直線感應電機T型等效模型，僅考慮縱向邊端效應，并且假設氣隙磁密從初級運行方向的入端到出端呈指數(shù)形式衰減，由此推導出電機簡易等效模型(J.Duncan, Linear induction motor-Equivalent circuitmodel, Proc.1nst.Elect.Eng., vol.130, pt.B, n0.1, pp.51 - 57, Jan.1983)。該模型概念清晰，計算時間短，一定程度上能較合理地描述電機的電磁參數(shù)和驅(qū)動特性的變化。然而因前提假設過于簡單，該模型不能合理描述橫向邊緣效應、高速和大電流激勵等工況下的電機特性，更不能應用于直線感應電機的電磁優(yōu)化設計(G.Kang and K.Nam, Field-orientedcontrol scheme for linear induction motor with the end effect, Proc.1nst.Elect.Eng.-Elect.Power App1.，vol.152，n0.6，pp.1565 - 1572，Nov.2005)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種直線感應電機穩(wěn)態(tài)特性分析方法，兼顧電磁場分析法的準確性和集中參數(shù)法的快速性，采用場路結合的分析思路，明顯降低了直線感應電機電磁特性的分析難度和計算時間，準確性高，可方便應用于直線感應電機的初期電磁優(yōu)化設計以及中后期的電磁參數(shù)和驅(qū)動性能分析，可為直線感應電機的動態(tài)特性分析和高級控制策略的設計提供有益參考。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種直線感應電機穩(wěn)態(tài)特性分析方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0006](I)建立直線感應電機的一維磁密分布模型，以初級機械運動方向為X軸，氣隙有效磁通密度方向為I軸，所述一維磁密分布模型滿足如下條件:
[0007](A)初級繞組分布在有限區(qū)域，初級鐵心疊片和次級鐵軛磁導率為無窮大；
[0008](B)氣隙磁場只包含I軸分量，且和I軸坐標I無關，行波磁場及電機運行方向沿X軸，所有電磁場參量為X軸坐標X和時間t的正弦函數(shù),且只考慮各場量的基波分量,忽略空間諧波和時間諧波的影響；
[0009](C)不考慮次級集膚效應，且次級端部電氣參數(shù)全部歸算到初級；
[0010](2)根據(jù)一維磁密分布模型，計算I軸磁通密度
【權利要求】
1.一種直線感應電機穩(wěn)態(tài)特性分析方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)建立直線感應電機的一維磁密分布模型，以初級機械運動方向為X軸，氣隙有效磁通密度方向為I軸，所述一維磁密分布模型滿足如下條件: (A)初級繞組分布在有限區(qū)域，初級鐵心疊片和次級鐵軛磁導率為無窮大； (B)氣隙磁場只包含y軸分量，且和y軸坐標y無關，行波磁場及電機運行方向沿x軸，所有電磁場參量為X軸坐標X和時間t的正弦函數(shù)，且只考慮各場量的基波分量，忽略空間諧波和時間諧波的影響； (C)不考慮次級集膚效應，且次級端部電氣參數(shù)全部歸算到初級； (2)根據(jù)一維磁密分布模型，計算y軸磁通密度
2.如權利要求1所述的直線感應電機穩(wěn)態(tài)特性分析方法，其特征在于，所述步驟(2)包括以下子步驟: (2-1)根據(jù)一維磁密分布模型，由安培環(huán)路定律得到:
3.如權利要求1或2所述的直線感應電機穩(wěn)態(tài)特性分析方法，其特征在于，所述步驟(3)中，
4.如權利要求3所述的直線感應電機穩(wěn)態(tài)特性分析方法，其特征在于，所述步驟(4)中，氛其中，^為空氣磁導率，3為初級電流密度幅值，g為電磁氣隙等效長度，S為電機滑差率，品質(zhì)因數(shù)
5.如權利要求4所述的直線感應電機穩(wěn)態(tài)特性分析方法，其特征在于，由
6.如權利要求4或5所述的直線感應電機穩(wěn)態(tài)特性分析方法，其特征在于，所述步驟(5)中，
7.如權利要求1至6中任一項所述的直線感應電機穩(wěn)態(tài)特性分析方法，其特征在于，所述步驟(6)中，橫向磁密畸變校正系數(shù)
8.如權利要求7所述的直線感應電機穩(wěn)態(tài)特性分析方法，其特征在于，所述電機結構和運行狀態(tài)的函數(shù)T為:
【文檔編號】G06F17/50GK103605858SQ201310616372
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月27日 優(yōu)先權日:2013年11月27日
【發(fā)明者】徐偉, 曲榮海, 李大偉 申請人:華中科技大學