于 冰，黃鵬程，周黎民

(南車株洲電機有限公司，湖南株洲412001)

0 引 言

礦山自卸車是大型礦山的高效運輸設備，主要分布在煤炭等行業(yè)。其中柴油發(fā)電系統(tǒng)作為自卸車電傳動系統(tǒng)的組成部分，為自卸車提供電能。而同步發(fā)電機是柴油發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分，采用六相雙Y移30°同步發(fā)電機可消除基本電流產(chǎn)生的5、7次等高次諧波磁勢和5、7次諧波產(chǎn)生的基波磁勢，可以減小附加損耗，降低定子繞組和鐵心的由于電磁引起的振動，并且可降低整流輸出電流的紋波系數(shù)，所以其得到了越來越廣泛的應用。發(fā)電機的空載特性體現(xiàn)電機的飽和程度，對電機設計的合理性有一定的指導意義，但傳統(tǒng)的基于集中參數(shù)的磁路設計方法，對于這種六相雙Y移30°繞組的同步發(fā)電機，由于經(jīng)驗系數(shù)和修正曲線的缺乏，造成了計算值與實際值有一定的偏差。而基于有限元的設計方法，從電磁場的本質(zhì)出發(fā)，具有一定設計精度。本文以某型號礦山自卸車用1 600 kVA六相雙Y繞組同步發(fā)電機為例，利用有限元法，對其空載特型進行電磁場仿真分析［1-3］。

1 仿真模型的建立

1.1 電磁場方程

本文利用時變運動電磁場有限元模型計算電機的電磁場?；谝韵略?，瞬態(tài)電磁場偏微分方程:

式中:A為矢量磁位;u為磁導率;σ為電導率;V為運動媒介速度;JS為源電流密度。

加入邊界條件，可得到電機瞬態(tài)電磁場的定解方程:

式中:Ω為求解區(qū)域;S1為定子外徑邊界條件。

1.2 電機的主要參數(shù)

六相雙Y移30°繞組同步發(fā)電機額定點主要參數(shù)如表1所示。

表1 電機主要參數(shù)

六相雙Y移30°繞組同步發(fā)電機的幾何模型如圖1所示。

圖1 電機幾何模型

2 仿真過程及結(jié)果

利用有限元軟件建立電機的模型，采用四面體有限單元，得到的剖分圖如圖2所示。

圖2 電機剖分

六相繞組賦值零電流激勵，等效繞組開路，并參數(shù)化勵磁電流If，當繞組端部電壓為額定電壓時，此時的勵磁電流即為空載勵磁電流，相對應的工況即為空載工況，得到空載勵磁電流If0=176.57 A，電機的空載磁場分布如圖3所示，可見電機的磁場分布無異常。

圖3 空載磁場分布

電機的各相空載感應電動勢曲線如圖4所示，同組各相間相差120°電角度，不同組對應相相差30°電角度，可見繞組連接正確。

參數(shù)化勵磁電流If，并得到對應空載感應電動勢E0(線)，得到電機的空載特性曲線，如圖5所示。

3 試驗結(jié)果

根據(jù)上文的仿真結(jié)果，制造樣機，進行空載試驗，樣機及試驗裝置如圖6所示。

電機的空載特性的試驗值與基于有限元法的設計值和基于傳統(tǒng)磁路法的計算值的對比如圖7所示，可見基于有限元法的設計值與基于傳統(tǒng)磁路法的計算值相比，基于有限元法的設計值與試驗值有更好的吻合度，從而說明基于有限元法的仿真計算結(jié)果有更好的準確性，并且它對實際的樣機制造有一定指導與參考意義。

4 結(jié) 語

利用有限元法，對一臺礦山自卸車用1 600 KVA六相雙Y繞組同步發(fā)電機的空載特型進行電磁場仿真分析，并制造樣機，進行空載特性試驗。試驗結(jié)果表明，基于有限元法的電磁場仿真分析結(jié)果與基于傳統(tǒng)磁路法的計算值相比，基于有限元法的設計值與試驗值有更好的吻合度，可見本文的仿真方法與計算結(jié)果具有一定指導與參考意義。

［1］ 何友觀.中小型同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的分析與設計［M］.北京:機械工業(yè)出版社，1988.

［2］ 許實章.交流電機的繞組理論［M］.北京:機械工業(yè)出版社，1985.

［3］ Jatskevich J，Aboul-Seoud T.Impedance characterization of a six-phase synchronous generator-rectifier system using averagevalue model［J］.IEEE Electrical and Computer Engineering.2004，2-5(5):2231-2234.

［4］ 楊青，馬偉明，孫俊忠，等.3/3相雙繞組發(fā)電機系統(tǒng)的等效電路模型［J］.中國電機工程學報，2003(3):93-98.

［5］ 黃劭剛，夏永洪，張景明.基于ANSYS軟件的電機電磁場有限元分析［J］.微特電機，2004(5):12-14.