直线感应电机稳态特性分析方法
【专利摘要】本发明公开了一种直线感应电机稳态特性分析方法，包括如下步骤：（1）建立直线感应电机的一维磁密分布模型；（2）根据一维磁密分布模型，计算y轴磁通密度；（3）利用磁障面特性，由y轴磁通密度得到电场强度；（4）计算正常磁密行波、入端磁密反射波和出端磁密反射波的幅值的复数形式；（5）计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）计算直线感应电机单相电路的总阻抗；（7）对直线感应电机在不同稳定状态下的性能参数进行分析。本方法明显降低了直线感应电机电磁特性的分析难度和计算时间，准确性高，可方便应用于直线感应电机的初期电磁优化设计以及中后期的电磁参数和驱动性能分析。
【专利说明】直线感应电机稳态特性分析方法
【技术领域】
[0001]本发明属于直线感应电机的计算机辅助设计【技术领域】，更具体地，涉及一种直线感应电机稳态特性分析等效电路的建模方法。
【背景技术】
[0002]直线感应电机能直接产生直线机械运动，不需要中间传动转换装置，具有结构简单、坚固耐用、成本低等优点，在交通运输、矿井提升、邮包分发、电动门、过山车等场合得到广泛应用。然而，直线感应电机因初级次级宽度不一致，以及初级开断磁路、初级两端半填充槽的影响，存在不同程度的横向和纵向气隙磁密畸变，并随着不同滑差、初级线圈励磁频率和电机运行速度呈非线性变化，严重时会明显减小直线感应电机的推力，并影响其安全运行。如何采用有效的电磁设计和驱动特性分析模型，对直线感应电机电磁和驱动特性进行准确研究显得十分重要。
[0003]当前直线感应电机分析方法主要包括电磁场限元法和集中参数等效模型法，简称“场”和“路”的分析方法。电磁场分析法能够对电机稳态和动态特性进行定性或定量的分析，然而由于直线感应电机次级导板存在感应涡流，分析模型必须用瞬态涡流场求解，该方法存在剖分区域大、网格数量多、计算时间长等缺点。此外，若初始边界条件、网格剖分大小不合适，很难得到合理的计算结果，也无法进行电磁优化设计(s.A.Nasar and1.Boldea, Electric Drives.Boca Raton, FL: CRC, 1999.)。集中参数等效模型法对直线感应电机进行了相应简化，如何合理描述电机特有的性质尤为关键，主要包括横向边缘效应、纵向边端效应，半填充槽等影响。Duncan于1983年提出了直线感应电机T型等效模型，仅考虑纵向边端效应，并且假设气隙磁密从初级运行方向的入端到出端呈指数形式衰减，由此推导出电机简易等效模型(J.Duncan, Linear induction motor-Equivalent circuitmodel, Proc.1nst.Elect.Eng., vol.130, pt.B, n0.1, pp.51 - 57, Jan.1983)。该模型概念清晰，计算时间短，一定程度上能较合理地描述电机的电磁参数和驱动特性的变化。然而因前提假设过于简单，该模型不能合理描述横向边缘效应、高速和大电流激励等工况下的电机特性，更不能应用于直线感应电机的电磁优化设计(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)。
【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稳态特性分析方法，兼顾电磁场分析法的准确性和集中参数法的快速性，采用场路结合的分析思路，明显降低了直线感应电机电磁特性的分析难度和计算时间，准确性高，可方便应用于直线感应电机的初期电磁优化设计以及中后期的电磁参数和驱动性能分析，可为直线感应电机的动态特性分析和高级控制策略的设计提供有益参考。
[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稳态特性分析方法，其特征在于，包括如下步骤:
[0006](I)建立直线感应电机的一维磁密分布模型，以初级机械运动方向为X轴，气隙有效磁通密度方向为I轴，所述一维磁密分布模型满足如下条件:
[0007](A)初级绕组分布在有限区域，初级铁心叠片和次级铁轭磁导率为无穷大；
[0008](B)气隙磁场只包含I轴分量，且和I轴坐标I无关，行波磁场及电机运行方向沿X轴，所有电磁场参量为X轴坐标X和时间t的正弦函数,且只考虑各场量的基波分量,忽略空间谐波和时间谐波的影响；
[0009](C)不考虑次级集肤效应，且次级端部电气参数全部归算到初级；
[0010](2)根据一维磁密分布模型，计算I轴磁通密度
【权利要求】
1.一种直线感应电机稳态特性分析方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)建立直线感应电机的一维磁密分布模型，以初级机械运动方向为X轴，气隙有效磁通密度方向为I轴，所述一维磁密分布模型满足如下条件: (A)初级绕组分布在有限区域，初级铁心叠片和次级铁轭磁导率为无穷大； (B)气隙磁场只包含y轴分量，且和y轴坐标y无关，行波磁场及电机运行方向沿x轴，所有电磁场参量为X轴坐标X和时间t的正弦函数，且只考虑各场量的基波分量，忽略空间谐波和时间谐波的影响； (C)不考虑次级集肤效应，且次级端部电气参数全部归算到初级； (2)根据一维磁密分布模型，计算y轴磁通密度
2.如权利要求1所述的直线感应电机稳态特性分析方法，其特征在于，所述步骤(2)包括以下子步骤: (2-1)根据一维磁密分布模型，由安培环路定律得到:
3.如权利要求1或2所述的直线感应电机稳态特性分析方法，其特征在于，所述步骤(3)中，
4.如权利要求3所述的直线感应电机稳态特性分析方法，其特征在于，所述步骤(4)中，氛其中，^为空气磁导率，3为初级电流密度幅值，g为电磁气隙等效长度，S为电机滑差率，品质因数
5.如权利要求4所述的直线感应电机稳态特性分析方法，其特征在于，由
6.如权利要求4或5所述的直线感应电机稳态特性分析方法，其特征在于，所述步骤(5)中，
7.如权利要求1至6中任一项所述的直线感应电机稳态特性分析方法，其特征在于，所述步骤(6)中，横向磁密畸变校正系数
8.如权利要求7所述的直线感应电机稳态特性分析方法，其特征在于，所述电机结构和运行状态的函数T为:
【文档编号】G06F17/50GK103605858SQ201310616372
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月27日 优先权日:2013年11月27日
【发明者】徐伟, 曲荣海, 李大伟 申请人:华中科技大学