直线感应电机驱动特性分析等效电路及分析方法

文档序号:7381406阅读:257来源:国知局
直线感应电机驱动特性分析等效电路及分析方法
【专利摘要】本发明公开了一种直线感应电机驱动特性分析等效电路及分析方法。把Maxwell方程和绕组函数法相结合,从直线感应电机初级实际绕组的分布出发,得到直线感应电机的初级绕组函数、次级基波绕组函数和次级边端效应波绕组函数。然后根据绕组函数基本理论,分析计算出直线感应电机的等效电感、运动电势系数,并建立直线感应电机的电压和磁链方程式,进一步建立直线感应电机新型等效电路模型。利用新型等效电路模型,对直线感应电机的稳态和动态特性进行分析。本发明从电机的实际绕组分布情况出发,合理考虑了直线感应电机的横向边缘效应、纵向边端效应和初级半填充槽对电机电感和次级电阻的影响,可对直线感应电机的驱动特性进行准确有效的分析。
【专利说明】直线感应电机驱动特性分析等效电路及分析方法
【技术领域】
[0001]本发明属于直线感应电机领域,更具体地,涉及一种直线感应电机驱动特性分析等效电路及分析方法。
【背景技术】
[0002]作为直线牵引系统驱动的核心部件,直线感应电机(Linear Induction Machine,简称LIM)发挥着举足轻重的作用。然而,由于直线感应电机初级纵向磁路两端开断、初次级气隙较大,具有如下特点:(1)即使在对称外电压作用下会产生非对称的三相电流,它们将在气隙中产生正序正向磁场、逆序反向磁场和零序脉振磁场,其中,逆序和零序磁场在电机静止或运行中,将产生阻力和增加附加损耗,从而影响直线感应电机的力能特性和工作效率。(2)横向磁通密度分布不均匀,次级导体板等效电阻率增加,气隙有效磁场在入端削弱,出端加强,使其牵引力产生脉动,电机控制难度增加,牵引系数降低,严重时会加剧三相电流不平衡和产生较大阻力。(3)磁路开断后,端部绕组数为中间的一半,纵向磁通密度和电流密度发生了变化,影响电机等效参数和牵引特性。
[0003]因此,LIM等效参数具有较强的相互耦合性和高度非线性,当前,分析UM的方法主要包括电磁场计算法(场)和等值电路法(路)。电磁场计算法包括解析法和有限元法,需要很大的网格剖分区域,或需采用特殊动态网格剖分技术,其电磁场计算耗时很长,数据处理十分繁琐,在不同工况下,边界条件设定和网格剖分均有讲究,若设置不合理,很难得到合理解。等值电路法主要包括串联和并联电路模型法,概念明确,简单易行,但计算中假设众多,精度较差。
【发明内容】

[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求,本发明提供了一种直线感应电机驱动特性分析等效电路及分析方法,该等效电路可广泛应用于不同工况下的直线感应电机稳态和动态驱动特性分析,该方法可对直线感应电机的驱动特性进行准确有效的分析,且方法简单,可进一步应用于直线感应电机的相关驱动控制策略中。
[0005]为实现上述目的,按照本发明的一个方面,提供了一种直线感应电机驱动特性分析等效电路,其特征在于,包括α轴等效电路和β轴等效电路;α轴等效电路包括第一支路、第二支路和第三支路,第二支路和第三支路并联后与第一支路串联,三条支路的节点记为Α,第一支路由初级相电阻Rs、初级相漏感Lls和第一电压源east串联而成,第一电压源east的正极靠近节点A,第二支路由次级相电阻&、次级相漏感Llr和第二电压源串联而成,第二电压源e?的正极靠近节点A,第三支路由气隙等效互感Lm和第三电压源eat串联而成,第三电压源eat的正极靠近节点A ;β轴等效电路包括第四支路、第五支路和第六支路,第五支路和第六支路并联后与第四支路串联,三条支路的节点记为B,第四支路由初级相电阻Rs、初级相漏感Lls和第四电压源eest串联而成,第四电压源eest的正极靠近节点B,第五支路由次级相电阻&、次级相漏感Llr和第五电压源串联而成,第五电压源的正极靠近节点B,第六支路由气隙等效互感Lm和第六电压源e e t串联而成,第六电压源e e t的正极靠近节点B ;
[0006]所述第一电压源east的电压为east = -pLas0sies,其中,p为微分算子d/dt,t为时间,Las0sS a轴初级绕组与β轴初级绕组间的互感,ies为β轴初级绕组电流;所述第二电压源ear的电压为e? = νΟ / τ ) λ 0r,其中,V为电机运行速度,τ为初级绕组极距,入^为0轴次级基波绕组磁链;所述第三电压源eat的电压为eat =
P[L asareiare+L a s0re^ Iire-1,其中,L asare KLasare,L a s β re KLas|jre,Lasare 为 Ct 轴初
级绕组与a轴次级边端效应波绕组间的互感,LaseMS a轴初级绕组与β轴次级边端效应波绕组间的互感,iaM为a轴次级边端效应波绕组电流,为β轴次级边端效应波绕组电流;所述第四电压源e0st的电压为eest = -pLas0sias,其中,ias为a轴初级绕组电流;所述第五电压源6^的电压6^ = 1&/0入?,其中,λ?为a轴次级基波绕组磁链;所述第六电压源 eet 的电压 eet = p[L\sarei are+L> J5s0reI' e:re],其中,L’ 0sare = -KL0sare,Lesara为β轴初级绕组与α轴次级边端效应波绕组间的互感,L’ese:re =-KL0s0ra, Lese:re为β轴初级绕组与β轴次级边端效应波绕组间的互感,i’ are = -Kiare, i’ 0re = -Ki0re ;
其中,
【权利要求】
1.一种直线感应电机驱动特性分析等效电路,其特征在于,包括α轴等效电路和β轴等效电路; α轴等效电路包括第一支路、第二支路和第三支路,第二支路和第三支路并联后与第一支路串联,三条支路的节点记为Α,第一支路由初级相电阻Rs、初级相漏感Lls和第一电压源east串联而成,第一电压源east的正极靠近节点A,第二支路由次级相电阻&、次级相漏感k和第二电压源6?串联而成,第二电压源正极靠近节点A,第三支路由气隙等效互感Lm和第三电压源eat串联而成,第三电压源eat的正极靠近节点A ; β轴等效电路包括第四支路、第五支路和第六支路,第五支路和第六支路并联后与第四支路串联,三条支路的节点记为B,第四支路由初级相电阻Rs、初级相漏感Lls和第四电压源eest串联而成,第四电压源eest的正极靠近节点B,第五支路由次级相电阻Rp次级相漏感Llr和第五电压源串联而成,第五电压源的正极靠近节点B,第六支路由气隙等效互感Lm和第六电压源eet串联而成,第六电压源eet的正极靠近节点B ; 所述第一电压源east的电压为east = -pLasesies,其中,P为微分算子d/dt,t为时间,LasJ α轴初级绕组与β轴初级绕组间的互感,ies为β轴初级绕组电流;所述第二电压源e?的电压为e? = vO / τ ) λ &,其中,ν为电机运行速度,τ为初级绕组极距,入Pr为β轴次级基波绕组磁链;所述第三电压源eat的电压为eat = P[L’ asareiare+L' asfireifire],其中,L’ asa:re =-KLasara, L’ ase:re =-KLase:re,Lasa:re为a轴初级绕组与a轴次级边端效应波绕组间的互感,Las0reS α轴初级绕组与β轴次级边端效应波绕组间的互感,iaM为α轴次级边端效应波绕组电流,为β轴次级边端效应波绕组电流; 所述第四电压源 e0st的电压为eest = -pLas0sias,其中,ias为α轴初级绕组电流;所述第五电压源6^的电压6^ = -¥(^0入?,其中,λ ar为α轴次级基波绕组磁链;所述第六电压源 eet 的电压 eet = p[L’ esarei’ are+L> ese:rei’ erJ,其中,L’ 0sare = -KL0sare,Lesara为β轴初级绕组与α轴次级边端效应波绕组间的互感,L’ese:re =-KL0s0ra, Lese:re为β轴初级绕组与β轴次级边端效应波绕组间的互感,i' are = -Kiare, i' 0re = -Ki0re ;
1- e~2QI R 其中,[=(f2 , Q = ^jl, Is为初级相长度,L为次级相电感。
2QV’
2.一种直线感应电机稳态驱动特性分析方法,其特征在于,包括如下步骤: (1)获取电机运行速度V及三相初级绕组电流,将三相初级绕组电流进行坐标变化,得到α轴初级绕组电流ias和β轴初级绕组电流ies; (2)利用α轴初级绕组电流ias和β轴初级绕组电流ies,根据初级绕组电压方程和次级基波绕组电压方程,求得α轴次级基波绕组电流i?、β轴次级基波绕组电流ih、a轴初级绕组电压Uas和β轴初级绕组电压U0s ; 所述初级绕组电压方程为:
Uas = [Rs ~ me+ are )]^S _ fiUA5 + Lm + 1^re
份人Lpsar + Lpsare^iar COe^yLm 七 Lpsgre)i
<.Uf3s =COe(Lh +Lm+ 七 COjyLasps + Las/}re)\if3s
+(De{Lm + Lasare)iar + ωXLasjir + ?αφ.ε)?β,.其中,&为初级相电阻,《6为初级角频率,Las0sS α轴初级绕组与β轴初级绕组间的互感,L’ 0sare = -KL0sare, L0sqmS β轴初级绕组与α轴次级边端效应波绕组间的互感,Lls为初级相漏感,Lm为气隙等效互感,L’eseM = -KLeseM,LeseM为β轴初级绕组与β轴次级边端效应波绕组间的互感,Les?为β轴初级绕组与α轴次级基波绕组间的互感,L’ asa:re =-KLasa^LasaΜ为α轴初级绕组与α轴次级边端效应波绕组间的互感,L’ as0re=-KLasf^, Lasf^S ?轴初级绕组与β轴次级边端效应波绕组间的互感,Las0r为α轴 初级绕组与β轴次级基波绕组间的互感,
3.如权利要求2所述的直线感应电机稳态驱动特性分析方法,其特征在于,所述电机磁链包括α轴初级绕组磁链λ as、β轴初级绕组磁链λ 0s、α轴次级基波绕组磁链λ ar和β轴次级基波绕组磁链λ &; 所述a轴初级绕组磁链λ as为:
4.一种直线感应电机稳态驱动特性分析方法,其特征在于,包括如下步骤: (1)获取电机运行速度V、初级角频率及三相初级绕组电压,将三相初级绕组电压进行坐标变化,得到α轴初级绕组电压Uas和β轴初级绕组电压U0s ; (2)利用α轴初级绕组电压uas、i3轴初级绕组电压U0s、电机运行速度V和初级角频率,计算a轴初级绕组电流ias、i3轴初级绕组电流ies、a轴次级基波绕组电流和β轴次级基波绕组电流; (3)利用a轴初级绕组电流ias、i3轴初级绕组电流ies、a轴次级基波绕组电流i?、β轴次级基波绕组电流i&、α轴初级绕组电压11。3和β轴初级绕组电压U0s,求得直线感应电机的特性变量,实现稳态驱动特性的分析; 所述直线感应电机的特性变量包括电机磁链、电机推力Fx、电机输入有功功率、电机输入无功功率、电机输出推力、电机输出有功功率、电机功率因数和电机效率中的至少一种。
5.一种直线感应电机动态驱动特性分析方法,其特征在于,包括如下步骤: (1)获取当前电机运行速度V、当前a轴次级基波绕组磁链λ?和当前β轴次级基波绕组磁链λ ^; (2)获取三相初级绕组电流,将三相初级绕组电流进行坐标变化,得到a轴初级绕组电流ias和β轴初级绕组电流ies ; (3)利用a轴初级绕组电流ias、β轴初级绕组电流ies、当前a轴次级基波绕组磁链入”和当前β轴次级基波绕组磁链λ &,求得a轴次级基波绕组电流1?和β轴次级基波绕组电流分别为:
6.如权利要求5所述的直线感应电机动态驱动特性分析方法,其特征在于,所述电机推力Fx为:
Fx = (3 π /2 τ ) [Lm(i αri βs-iβri αs) + i αs(i αr+i αs) G' α sα re+i α s (i βr+i β s)G αα sβ re+i β s (i α r+i α s) G'β s α re+i β s (i β r+i β s) G 'β sβ re] ;
其中,τ 为初级绕组极距,G αsαre = _KGαsαre,G α sβre = -KG α s β re G‘ β s α re = _KGgsαre,G β s β reβ s β re ? Gαsαre Lαsαre, G α s β re L β s β re j GβsαreL α s α re j G β s β res β re?LesαreS β轴初级绕组与α轴次级边端效应波绕组间的互感,L0s0mS β轴初级绕组与β轴次级边端效应波绕组间的互感,LαsαMS α轴初级绕组与α轴次级边端效应波绕组间的互感,LαseMS α轴初级绕组与β轴次级边端效应波绕组间的互感。
7.如权利要求5或6所述的直线感应电机动态驱动特性分析方法,其特征在于,所述初级绕组磁链包括α轴初级绕组磁链λ as和β轴初级绕组磁链λ 0s ; 所述a轴初级绕组磁链λ as为:
入 a S(Lls+Lm+L a g a re) I a s+ (L a s β S+L a s β re) ? β s+ (Lm+L a s a re) ? a r+ (L a s β r+L a s β re^ ^ β r ? 所述β轴初级绕组磁链λ 0S为:
入 β s (L a s β s+L β s a re^ a s+ (Lls+Lm+L β s β re) ? β s+ (L β s a r+L β s a re^ a r+ (Lm+L β s β re) ? β r ? 其中,Lls初级相漏感,LasJ a轴初级绕组与β轴初级绕组间的互感,L' as0re=-KLasf^, Lasf^S ?轴初级绕组与β轴次级边端效应波绕组间的互感,Las0r为a轴初级绕组与β轴次级基波绕组间的互感,L’esaM = -KLesaM,L0saMS β轴初级绕组与a轴次级边端效应波绕组间的互感,L’eseM = -KLeseM,LeseMS β轴初级绕组与β轴次级边端效应波绕组间的互感,Les?为β轴初级绕组与α轴次级基波绕组间的互感。
8.一种直线感应电机动态驱动特性分析方法,其特征在于,包括如下步骤: (1)获取当前电机运行速度V、当前a轴次级基波绕组磁链λ?、当前β轴次级基波绕组磁链λ &、当前a轴初级绕组电流ias和当前β轴初级绕组电流ies ; (2)获取三相初级绕组电压,将三相初级绕组电压进行坐标变化,得到a轴初级绕组电压Uas和β轴初级绕组电压U0s ; (3)利用当前α轴次级基波绕组磁链λ?、当前β轴次级基波绕组磁链λ &、当前a轴初级绕组电流ias和当前β轴初级绕组电流ies,求得a轴次级基波绕组电流1?和β轴次级基波绕组电流分别为:
【文档编号】H02P25/06GK103904978SQ201410131650
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年4月2日 优先权日:2014年4月2日
【发明者】徐伟, 穆朝絮 申请人:华中科技大学
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1