亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        基于永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的起/發(fā)電機(jī)過(guò)載能力研究

        2020-06-18 08:52:10龍宇航夏加寬張子璇李澤星朱啟升
        微電機(jī) 2020年5期
        關(guān)鍵詞:匝數(shù)氣隙轉(zhuǎn)矩

        龍宇航,夏加寬,張子璇,李澤星,朱啟升

        (沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué) 電氣工程學(xué)院,沈陽(yáng) 110870)

        0 引 言

        無(wú)人駕駛飛機(jī)(Unmanned Aerial Vehicle, UAV)是利用無(wú)線電遙控的不載人飛行器。由于其具有體積小、造價(jià)低、魯棒性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用于軍事、農(nóng)業(yè)、工業(yè)生產(chǎn)等諸多領(lǐng)域[1]。無(wú)人機(jī)起/發(fā)電系統(tǒng)由起/發(fā)電機(jī)、汽油發(fā)動(dòng)機(jī)、控制系統(tǒng)等組成;起/發(fā)電機(jī)既用于發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng),又用于機(jī)載電池的充電,是起/發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分。起/發(fā)電機(jī)的類(lèi)型包括有刷直流起/發(fā)電機(jī)、三級(jí)式無(wú)刷同步起/發(fā)電機(jī)[2-4]、異步起/發(fā)電機(jī)[5-6]、開(kāi)關(guān)磁阻起/發(fā)電機(jī)[7-9]和雙凸極起/發(fā)電機(jī)[10-11];永磁電機(jī)憑借其高功率密度、高轉(zhuǎn)矩輸出、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、效率高等優(yōu)點(diǎn),十分宜于無(wú)人機(jī)起/發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用。在拖動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí),起/發(fā)電機(jī)需要瞬時(shí)提供較大輸出轉(zhuǎn)矩,常處于過(guò)載狀態(tài);因此,起/發(fā)電機(jī)的短時(shí)過(guò)載能力研究具有重要的工程意義。

        近年來(lái),國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)電機(jī)短時(shí)過(guò)載能力的問(wèn)題做了如下研究:文獻(xiàn)[12-15]主要介紹了電機(jī)不同的冷卻方式(風(fēng)冷、水冷、油冷及氫冷)與冷卻結(jié)構(gòu)對(duì)電機(jī)過(guò)載能力的影響;文獻(xiàn)[16-17]引入雙轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)增大主極氣隙磁通,從而提高電機(jī)過(guò)載能力;文獻(xiàn)[18-19]對(duì)比了不同定子裂比、永磁體厚度和齒槽寬度下的極限轉(zhuǎn)矩。綜合以上文獻(xiàn)可以發(fā)現(xiàn),針對(duì)電機(jī)過(guò)載問(wèn)題,國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要從電機(jī)冷卻方式、特殊電機(jī)結(jié)構(gòu)及電機(jī)電磁參數(shù)等方面進(jìn)行研究,但是對(duì)不同極槽配合下,電機(jī)過(guò)載能力不同的根本原因鮮有論述。電機(jī)的極槽配合是電機(jī)設(shè)計(jì)重要的電磁結(jié)構(gòu)參數(shù);極槽配合不同,電機(jī)過(guò)載能力存在明顯差異。同時(shí),通過(guò)優(yōu)化電機(jī)極槽配合來(lái)提高電機(jī)過(guò)載能力的方法,工藝簡(jiǎn)單,成本較低。因此,針對(duì)一臺(tái)特定的電機(jī),比較不同極槽配合下電機(jī)的過(guò)載能力及分析過(guò)載能力不同的根本原因,為電機(jī)的高過(guò)載能力設(shè)計(jì)提供了一定的參考依據(jù)和實(shí)際工程價(jià)值。

        本文首先推導(dǎo)出了電磁轉(zhuǎn)矩與電、磁負(fù)荷的通用表達(dá)式;接著建立了三種不同極槽配合的電機(jī)模型,通過(guò)有限元仿真對(duì)比分析了三者的電、磁負(fù)荷及極限轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)量關(guān)系,并對(duì)產(chǎn)生誤差的原因(及鐵芯飽和)進(jìn)一步分析,得出不同極槽配合下電機(jī)的過(guò)載能力主要受電機(jī)的電、磁負(fù)荷及電機(jī)鐵芯飽和程度影響,同時(shí),在三種極槽配合中,30極36槽電機(jī)的過(guò)載能力最強(qiáng),比42極36槽高出了22.23%。最終通過(guò)樣機(jī)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了仿真的正確性。

        1 電磁轉(zhuǎn)矩影響因素分析

        電磁負(fù)荷是電負(fù)荷和磁負(fù)荷的總稱(chēng)。電負(fù)荷Ac又稱(chēng)電樞線負(fù)荷,表示沿電樞表面單位周長(zhǎng)的安培導(dǎo)體數(shù)(A/m)。磁負(fù)荷Bg又稱(chēng)氣隙磁通密度,是空載時(shí)沿氣隙表面的平均磁通密度(T)。電機(jī)電磁負(fù)荷的大小直接與電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩相關(guān)。

        下面主要分析電磁負(fù)荷對(duì)電機(jī)過(guò)載能力的影響。

        根據(jù)上述定義,m相電機(jī)的電負(fù)荷可以表示為

        (1)

        式中,N為每相繞組串聯(lián)匝數(shù);I為相電流有效值;Di1為定子內(nèi)徑。

        對(duì)于電機(jī)體積已知的情況下,電負(fù)荷的大小由安匝數(shù)決定,安匝數(shù)可以表示為A=NI。

        永磁電機(jī)在鐵心非飽和情況下,電磁轉(zhuǎn)矩可表示為

        T=1.11mKdpB0Di1lefNI

        (2)

        式中,Kdq為繞組因數(shù);B0為空載氣隙磁通密度;lef為鐵心長(zhǎng)度。

        從式(2)可以看出,在電機(jī)體積確定的情況下,電機(jī)過(guò)載能力主要受安匝數(shù)A、空載氣隙磁通密度B0影響;同時(shí)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的大小與兩者乘積成正比。因此,可通過(guò)分析不同極槽配合下電機(jī)的空載氣隙磁通密度B0、安匝數(shù)A以及兩者乘積的區(qū)別來(lái)比較分析其過(guò)載能力的差異。

        同時(shí),電機(jī)處于同步運(yùn)行時(shí),永磁同步電機(jī)的向量方程如下[20]:

        (3)

        根據(jù)式(3)可以推算出永磁同步電機(jī)的輸出功率方程組為

        (4)

        從式(4)中可知,提高永磁電機(jī)的輸入電流I能夠提高極限輸出功率Pme。

        引入系數(shù)k1、k2,輸出功率對(duì)電流的關(guān)系表達(dá)式為

        (5)

        式(5)是一個(gè)以I、θ為變量的方程,求取P的最大值。分別求取偏導(dǎo),整理并聯(lián)立得:

        (6)

        整理得:

        UXqcos2θ-E0Xqcosθ-E0R1sinθ+UXdsin2θ=0

        解式(6)方程有:

        (7)

        對(duì)cosθ實(shí)施變形,有:

        (8)

        對(duì)于隱極電機(jī)Xd=Xq,有:

        (9)

        又電阻相對(duì)于電抗很小,忽略電阻有:

        (10)

        電抗可以表示為

        (11)

        由式(11)可得,電機(jī)極限電流與電機(jī)極對(duì)數(shù)成反比。適當(dāng)減少電機(jī)極對(duì)數(shù),可增大電機(jī)極限電流,進(jìn)而提高電機(jī)過(guò)載能力;但是,電機(jī)極數(shù)減少會(huì)增加電機(jī)軛部體積,增加電機(jī)重量。因此,電機(jī)極對(duì)數(shù)的選擇既要考慮電機(jī)過(guò)載能力又要兼顧電機(jī)重量。

        2 不同極槽配合下電機(jī)有限元模型

        目前無(wú)人機(jī)市場(chǎng)上常用電機(jī)的極槽配合為42極36槽??紤]電機(jī)過(guò)載能力兼顧電機(jī)重量,

        本文在42極36槽電機(jī)的基礎(chǔ)上,又建立了32極36槽和30極36槽兩個(gè)電機(jī)模型。為了有效分析三種極槽配合方案下電機(jī)過(guò)載能力的不同,并保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性,本文研究采用的三種電機(jī)結(jié)構(gòu)除極數(shù)不同外,其他參數(shù)均相同,同時(shí)在電磁性能上保證所提供的電源電壓相同,點(diǎn)火轉(zhuǎn)速下的空載反電勢(shì)基本相等。電機(jī)具體參數(shù)如表1所示。圖1為3種極槽配合電機(jī)的空載磁密云圖。

        表1 三種極槽配合電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)

        圖1 電機(jī)空載磁密云圖

        所用發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火轉(zhuǎn)速為500r/min。當(dāng)轉(zhuǎn)速為500r/min時(shí),有限元分析得到,42極36槽電機(jī)三相空載反電勢(shì)如圖2(a)所示,分別取3種電機(jī)A相空載反電勢(shì)如圖2(b)所示,可見(jiàn),3種極槽配合電機(jī)的空載反電勢(shì)幅值分別為10.97V、11.07V、11.16V,基本相等。此時(shí),3種電機(jī)每個(gè)繞組的導(dǎo)體數(shù)均為5。

        3種極槽配合的空載反電勢(shì)曲線如圖2所示。

        圖2 三種極槽配合電機(jī)的空載反電勢(shì)圖

        3 不同極槽配合下電機(jī)有限元仿真對(duì)比分析

        3.1 不同極槽配合下電機(jī)磁負(fù)荷對(duì)比分析

        磁負(fù)荷Bg又稱(chēng)氣隙磁通密度,是空載時(shí)沿氣隙表面的平均磁通密度(T)。其幅值直接影響電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩大小。本文利用有限元軟件,通仿真分析了3種不同極槽配合的電機(jī)在空載情況下氣隙磁密變化曲線。

        通過(guò)圖3中3種極槽的空載氣隙磁密曲線可以得到,42P36S的空載氣隙磁密幅值為0.8985T,32P36S的空載氣隙磁密幅值為0.9010T,30P36S的空載氣隙磁密幅值為0.9046T。以42P36S為基準(zhǔn),分別計(jì)算3種極槽配合(42極36槽、32極36槽、30極36槽)空載氣隙磁密標(biāo)幺值分別為1、1.0028、1.0068。

        圖3 三種極槽配合電機(jī)的空載氣隙磁密曲線

        3.2 不同極槽配合下電機(jī)電負(fù)荷對(duì)比分析

        電負(fù)荷Ac又稱(chēng)電樞線負(fù)荷,表示沿電樞表面單位周長(zhǎng)的安培導(dǎo)體數(shù)(A/m)。

        在電機(jī)體積已知的情況下,電負(fù)荷的大小由安匝數(shù)決定,安匝數(shù)可以表示為A=NI。本文在外加相同電源電壓的情況下,分別仿真分析得出了3種極槽配合電機(jī)對(duì)應(yīng)的極限電流曲線。圖4(a)為42極36槽電機(jī)三相極限電流曲線,分別3種電機(jī)的A相極限電流如圖4(b)。

        圖4 三種極槽配合電機(jī)極限電流曲線

        圖中,穩(wěn)態(tài)時(shí),3種極槽配合電機(jī)(42P36S、32P36S、30P36S)極限電流有效值分別為91.63A、115.71A以及123.6A,則各自對(duì)應(yīng)的安匝數(shù)分別為:458.15、578.55、618.00。以42P36S為基準(zhǔn),分別計(jì)算3種極槽配合(42極36槽、32極36槽、30極36槽)安匝數(shù)標(biāo)幺值分別為1、1.2628、1.3489。

        3.3 不同極槽配合下電機(jī)極限轉(zhuǎn)矩對(duì)比分析

        將圖5得到的極限電流作為激勵(lì),分別輸入對(duì)應(yīng)的極槽配合電機(jī)中,得到3種極槽配合電機(jī)的極限轉(zhuǎn)矩曲線如圖5所示。

        圖5 三種極槽配合電機(jī)極限輸出轉(zhuǎn)矩

        圖中,3種極槽配合(42P36S、32P36S、30P36S)電機(jī)的極限轉(zhuǎn)矩分別為18.31Nm、20.67Nm、22.38Nm。以42P36S為基準(zhǔn),計(jì)算3種極槽配合(42極36槽、32極36槽、30極36槽)電機(jī)極限轉(zhuǎn)矩標(biāo)幺值分別為1、1.1289、1.2223。

        3.4 不同極槽配合下電機(jī)極限轉(zhuǎn)矩與電磁負(fù)荷綜合對(duì)比分析

        綜合以上比較分析,可得上述3種極槽配合電機(jī)對(duì)應(yīng)的空載氣隙磁通密度B0、安匝數(shù)A、兩者乘積(B0A)以及極限轉(zhuǎn)矩的標(biāo)幺值關(guān)系表。

        如表,在3種極槽配合中,極限轉(zhuǎn)矩的標(biāo)幺值略小于電磁負(fù)荷乘積的標(biāo)幺值,這是因?yàn)闃O限轉(zhuǎn)矩還受到鐵芯飽和程度的影響。即當(dāng)電機(jī)高過(guò)載狀態(tài)下,鐵心趨近飽和,相對(duì)磁導(dǎo)率下降,鐵心上的磁壓降逐漸增大,影響極限轉(zhuǎn)矩輸出。

        表2 三種極槽配合對(duì)應(yīng)標(biāo)幺值

        圖6為3種極槽配合電機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流曲線。當(dāng)電流小于70A時(shí),鐵心未飽和,轉(zhuǎn)矩電流基本成線性;當(dāng)電流大于70A時(shí),鐵心趨于飽和,轉(zhuǎn)矩電流曲線斜率下降,曲線趨于平緩。

        圖6 綜合對(duì)比三種極槽配合的轉(zhuǎn)矩電流曲線關(guān)系圖

        4 樣機(jī)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

        為了驗(yàn)證仿真分析的正確性,制作一臺(tái)30極36槽電機(jī),搭建實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)如圖7所示,測(cè)試樣機(jī)空載反電勢(shì)極轉(zhuǎn)矩電流曲線。

        利用Fluke示波器采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理后得出電機(jī)的三相空載反電勢(shì)如圖8所示。取實(shí)測(cè)A相與仿真對(duì)比。如圖9所示,可以發(fā)現(xiàn),實(shí)測(cè)與仿真基本一致,驗(yàn)證了電機(jī)空載仿真結(jié)果的正確性。

        在實(shí)驗(yàn)中,改變控制器占空比,使輸入電流從10A逐漸增大,可得到轉(zhuǎn)矩電流曲線如圖10所示??梢园l(fā)現(xiàn),當(dāng)電流增大時(shí),轉(zhuǎn)矩電流曲線斜率逐漸減小,轉(zhuǎn)矩上升速度逐漸變緩;同時(shí),當(dāng)輸入電流為123.2A時(shí),輸出轉(zhuǎn)矩為22.35N·m,該實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果基本一致,驗(yàn)證了電機(jī)負(fù)載仿真結(jié)果的正確性。

        圖7 實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)

        圖8 三相空載反電勢(shì)

        圖9 A相空載反電勢(shì)仿真與實(shí)驗(yàn)對(duì)比圖

        圖10 實(shí)驗(yàn)測(cè)得轉(zhuǎn)矩電流曲線圖

        5 結(jié) 論

        本文針對(duì)不同極槽配合下無(wú)人機(jī)用起/發(fā)電機(jī)過(guò)載能力的影響因素進(jìn)行了仿真研究,最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了仿真驗(yàn)證,得出如下結(jié)論:

        (1)不同極槽配合下電機(jī)的過(guò)載能力主要受電機(jī)的電、磁負(fù)荷及電機(jī)鐵芯飽和程度影響;

        (2)在建立的3種極槽配合電機(jī)模型中,30極36槽電機(jī)的極限轉(zhuǎn)矩最大,比42極36槽電機(jī)大22.23%,因此,通過(guò)優(yōu)化電機(jī)極槽配合,可以達(dá)到提高電機(jī)過(guò)載能力的目的。

        猜你喜歡
        匝數(shù)氣隙轉(zhuǎn)矩
        一種無(wú)刷雙饋電機(jī)匝數(shù)配合的半解析優(yōu)化方法*
        常用定轉(zhuǎn)子氣隙測(cè)量工具的設(shè)計(jì)及使用
        基于Halbach陣列磁鋼的PMSM氣隙磁密波形優(yōu)化
        同步發(fā)電機(jī)理論的一個(gè)奇點(diǎn)與氣隙中心論
        不同側(cè)出線的變壓器線圈匝數(shù)計(jì)算
        卷取機(jī)轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)優(yōu)化卷形
        四川冶金(2018年1期)2018-09-25 02:39:26
        容錯(cuò)逆變器直接轉(zhuǎn)矩控制策略
        基于分級(jí)變頻的高轉(zhuǎn)矩軟起動(dòng)器
        直線電機(jī)氣隙監(jiān)測(cè)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用與展望
        單相電容異步電動(dòng)機(jī)抽頭調(diào)速在風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用
        免费在线观看亚洲视频| 成人久久久久久久久久久| 一道久在线无码加勒比| 音影先锋色天堂av电影妓女久久 | 亚洲精品中文字幕不卡| 无码中文字幕人妻在线一区| 欧美疯狂做受xxxx高潮小说| 无码人妻精品一区二区三区下载 | 久久久亚洲av成人乱码| 粗大的内捧猛烈进出看视频 | 国产av无码专区亚洲av男同| 精产国品一二三产品蜜桃| 国产成人亚洲综合无码DVD| 亚洲香蕉久久一区二区| 国产三级精品三级在线专区2| 熟妇人妻无码中文字幕老熟妇| 国产精品视频一区二区噜噜| 亚洲天堂无码AV一二三四区| 黄色影院不卡一区二区| 久久久久成人精品无码| 中文字幕久久久精品无码| 在线视频日韩精品三区| 精品国产一区二区三区色搞| 97久久人人超碰超碰窝窝| 久久福利资源国产精品999| 日本免费一区二区精品| 精品久久久久久无码中文野结衣| 在线不卡av一区二区| 国产精品女同久久久久电影院| 国产成a人亚洲精v品无码性色| 欧洲AV秘 无码一区二区三 | 开心五月婷婷综合网站| 久久久中文字幕日韩精品| 人人妻人人爽人人澡人人| 国产偷国产偷亚洲欧美高清| 亚洲av高清一区二区| 欧美老妇多毛xxxxx极瑞视频| 亚洲av成人一区二区三区av| 天堂a版一区二区av| 亚洲成熟女人毛毛耸耸多| 亚洲精品人成无码中文毛片|