复合实心转子磁阻电动机

    起动性能分析

    程  明  (东南大学)

    【摘要】运用状态变量法，建立磁阻电动机暂态性能的数学模型，导出了磁阻电动机状态方程的直接表达式，并采用定步长四阶龙格一库塔法对复合实心转子磁阻电动机的起动性能进行数字仿真计算，所得结果与试验值较为一致。与凸极实心转子磁阻电动机相比，复合实心转子磁阻电动机转矩、转速脉动小，暂态过程短。

    【叙词】磁阻电动机，实心转子，状态方程，数学模型，起动，性能，数字仿真

引  言

    磁阻电动机具有结构简单、牢固耐用、运行可靠和价格低等优点，近年来国内外学者作了大量深入的理论和试验研究，提出了多种转子结构，电机性能指标明显提高。到目前为止，磁阻电机的转子型式归纳起来主要有凸极式、分块式、磁障式等几种。其中，凸极式结构******，但电机性能较差，分块式和磁障式电机的性能较好，但结构较复杂。通常，磁阻电动机的转子由硅钢片叠成。b．j．chalmers首次在磁阻电动机中采用了实心转子结构。与叠片转子磁阻电机相比，实心转子磁阻电动机不仅结构更简单、牢固，而且易于加工，电机的起动特性好。但是，当电机极数大于4时，实心转子只宜采用凸极式结构，因此电机稳态性能不佳。本文在综合分析磁障式转子和实心转子特点的基础上，提出了在凸极实心转子外面再套一个薄壁钢套，构成所谓的复合实心转子，结构如图l所示。

    复合实心转子磁阻电机既保留了实心转子电机的优点，又具有磁障式磁阻电机的主要特点，电机损耗减小，效率较高，牵入转矩较大。由于在实际应用中，不仅要求磁阻电机具有良好的稳态性能，在暂态性能方面也应满足可靠运行的要求。因此，本文对复合实心转子磁阻电机的起动特性进行分析，这对复合实心转子磁阻电机的研制、开发和使用有着实际的意义。

l数学模型

在a、b、c座标系下，磁阻电机的电压方程为

中磁阻电动机的状态方程。可用定步长四阶龙格一库塔法进行求解。

为了直观，便于同试验结果比较，定子d，q轴电流应转换为a、b、c相电流输出，其逆变换为

在对称运行情况下,i_o=0，则a相电流为

2计算结果及分析

一台550w，380v，2a，5hz，y连接，3相4极的复合实心转子磁阻电动机，其转子结构如图1所示，它的主要参数为

   r₁=9．32ω，x₁=14．6ω，x_d=189ω

    x_q=69ω  x_ad=174.4ω,x_aq=54．4ω

    r_ω=3．513x 10^-4n·m·s／rad

转子转动惯量j_r=1．988×10^-3kg·m²对于叠片式转子电机，在起动性能数值计算中通常认为转子参数保持某一定值不变。但对实心转子磁阻电动机来说，这一假设将会导致明显误差。由图2可见，实心转子电机的转子参数均为转差率s的函数，不再为常数。在电机起动性能仿真计算中应考虑这一影响。

数值计算开始δ=l，由图中曲线查得相应的转子参数，计算起动特性，然后由计算得到的新的s值查取新的转子参数，计算第2点，如此逐点计算。

图3为t_l=o，j=j_r时复合实心转子磁阻电动机起动性能的数字仿真计算结果和试验曲线。由图中可知，仿真计算结果与试验曲线吻合较好，如果在起动性能计算中，使电机的转子阻抗保持不变，则计算结果与试验结果明显不符，如图4所示。

还对一台凸极实心转子磁阻电机的起动性能进行了仿真计算。该电机与前述复合实心转子磁阻电机的差别在于转子为无钢套的凸极转子，可由图l中令钢套壁厚d为零而得，其余结构参数与图l相同。起动性能曲线如图5所示。比较图3和图5可知，凸圾实心转子磁阻电机起动后，转矩和转速的脉动分量较大，电机需较长时间才能达到稳态运行状态。说明复合实心转子中的钢套可有效地改善电机的起动性能。