一种单边复合次级直线感应电机参数计算方法

1.本发明涉及电机设计和分析领域，特别涉及一种复合次级直线感应电机的特有电磁现象修正系数及参数的计算方法。


背景技术：

2.因单边复合次级直线感应电机的牵引方式具有非黏着、震动小、加速度高等特点，应用于磁浮列车牵引时不与轨道发生摩擦，噪音较低，具有快速、低耗、环保、安全等优点，故应用前景十分广阔。通过理论分析获取直线感应电机准确参数有助于根据列车需求的牵引曲线对电机进行快速原型设计。现有电机参数计算常利用旋转感应电机的理论计算方法，以获得感应电机t型等效电路中的励磁电阻rm、励磁电抗xm、次级漏感x2、次级电阻r2参数，如图1所示。虽然，上述方法可获得电机的大致参数，但未考虑复合次级直线感应电机中特有的次级铁轭饱和、集肤效应、气隙边缘效应和横向端部效应对次级参数带来的影响。


技术实现要素：

3.本发明目的是提供一种单边复合次级直线感应电机参数计算方法，所述电机参数包括感应电机t型等效电路中的励磁和次级等效参数。
4.如图1所示，感应电机t型等效电路结构如下，初级电阻r1和初级漏抗x1串联后连接两个并联支路，即励磁支路和次级支路；励磁支路由励磁电阻rm和励磁电抗xm串联构成，次级支路由次级电阻r2/s和次级电抗x2串联构成。
5.为实现上述目的，本发明实施例提供了以下技术方案；
6.一种单边复合次级直线感应电机参数计算方法，所述电机参数包括感应电机t型等效电路中的励磁参数和次级参数；
7.第一步，在忽略励磁损耗的情况下，计算励磁阻抗zm；
8.第二步，计算次级参数；
9.第三步，计算单边复合次级直线感应电机的次级总阻抗z2。
10.进一步，在第一步中，在忽略励磁损耗的情况下，即励磁损耗rm＝0，可得到励磁阻抗zm近似表示：
[0011][0012]
其中，m为初级绕组相数；μ0为真空磁导率；f为初级绕组电源频率；li为初级铁心叠厚；n1为初级绕组每相串联匝数；k
w1
为初级绕组基波绕组系数；π为圆周率；τ为定子极距；g为机械气隙长度；p为极对数；j为虚数符号。
[0013]
针对直线感应电机的气隙边缘系数k
fg
为：
[0014]
[0015]
针对直线感应电机的卡氏系数kc为：
[0016][0017]
其中，bs为初级铁心槽宽；lg为以10为底的对数符号。
[0018]
针对直线感应电机的次级铁轭的饱和系数k
sat
为：
[0019][0020]
其中：
[0021][0022]
上式(4)～(5)中，h1为导电层厚度；b
tiron
为次级铁轭中的额定磁密；μ(b
tiron
)为额定磁密下的次级铁轭实际绝对磁导率；σ
ie
为次级铁轭材料的等效电导率，其定义为：
[0023][0024][0025]
上式(6)～(7)中，i为次级铁轭的叠片个数，如采用整体式铁轭，则k
tri
为1；σ
iron
为次级铁轭材料的电导率。
[0026]
进一步，第二步中，采用平板式复合次级，则导电层上的阻抗z
al
(s)为：
[0027][0028][0029]
其中：
[0030][0031][0032][0033]
上式(8)～(9)中，ω1为初级绕组电源角频率；σ
al
为导电层电导率；k
eal
为次级导电层中横向端部效应修正系数。
[0034]
平板型次级导磁层上的阻抗z
fe
(s)为：
[0035][0036][0037]
其中：
[0038][0039]
上式(13)～(15)中，h2为次级导磁层厚度；ge为电磁气隙长度；k
efe
为次级导磁层中的横向端部效应修正系数；μ(b
tiron
)已在式(5)中定义。
[0040]
进一步，在第二步中，采用格栅型复合次级，则导电层上的格栅部分阻抗z
2b
(s)为：
[0041][0042][0043]
上式(16)～(17)中，lc为次级格栅宽度；μ
x
为导电层在运动方向的实际绝对磁导率；μz为导电层在法向的实际绝对磁导率；σy为导电层在横向(轴向)的实际电导率。
[0044]
格栅型次级导电层上的横向端部阻抗ze(s)为：
[0045][0046][0047]
上式(18)～(19)中，h3为次级格栅端部厚度；le为次级格栅端部宽度。
[0048]
综上，格栅型次级的导电层阻抗z
al
(s)为：
[0049][0050]
其中：
[0051][0052][0053]
在上式(21)～(22)中，z2为次级格栅槽数；t2为次级格栅槽距。
[0054]
格栅型次级导磁层上的阻抗z
fe
(s)为：
[0055][0056]
其中，l
iron
为次级导磁层宽度；h2为次级导磁层厚度；k
efe
已在式(15)中定义。
[0057]
进一步，在第三步中，单边复合次级直线感应电机的次级总阻抗z2可通过下式获得：
[0058][0059]
本发明的技术方案具有以下有益效果：针对复合次级直线感应电机中特有的次级铁轭饱和、集肤效应、气隙边缘效应和横向端部效应对参数带来的计算精度的问题，本方法基于二维电磁场理论分析上述效应对电机内各场量的影响，导出对集总参数的修正系数，提出了一种单边复合次级直线感应电机参数计算方法。
附图说明
[0060]
图1感应电机t型等效电路。
具体实施方式
[0061]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
[0062]
根据本发明的实施例，一种单边复合次级直线感应电机参数计算方法，所述电机参数包括感应电机t型等效电路中的励磁和次级等效参数；
[0063]
第一步，在忽略励磁损耗的情况下，计算励磁阻抗zm；
[0064]
第二步，计算次级参数；
[0065]
第三步，计算单边复合次级直线感应电机的次级总阻抗z2。
[0066]
具体实施方式如下：
[0067]
第一步，在忽略励磁损耗的情况下，即rm＝0，可得到励磁阻抗zm近似表示：
[0068][0069]
其中，m为初级绕组相数；μ0为真空磁导率；f为初级绕组电源频率；li为初级铁心叠厚；n1为初级绕组每相串联匝数；k
w1
为初级绕组基波绕组系数；π为圆周率；τ为定子极距；g为机械气隙长度；p为极对数；j为虚数符号。
[0070]
针对直线感应电机的气隙边缘系数k
fg
为：
[0071][0072]
针对直线感应电机的卡氏系数kc为：
[0073][0074]
其中，bs为初级铁心槽宽；lg为以10为底的对数符号。
[0075]
针对直线感应电机的次级铁轭的饱和系数k
sat
为：
[0076][0077]
其中：
[0078][0079]
上式(4)～(5)中，h1为导电层厚度；b
tiron
为次级铁轭中的额定磁密；μ(b
tiron
)为额定磁密下的次级铁轭实际绝对磁导率；σ
ie
为次级铁轭材料的等效电导率，其定义为：
[0080][0081][0082]
上式(6)～(7)中，i为次级铁轭的叠片个数，如采用整体式铁轭，则k
tri
为1；σ
iron
为次级铁轭材料的电导率。
[0083]
第二步，计算次级参数。如采用平板式复合次级，则导电层上的阻抗z
al
(s)为：
[0084][0085][0086]
其中：
[0087][0088][0089][0090]
上式(8)～(9)中，ω1为初级绕组电源角频率；σ
al
为导电层电导率；k
eal
为次级导电层中横向端部效应修正系数。
[0091]
平板型次级导磁层上的阻抗z
fe
(s)为：
[0092][0093][0094]
其中：
[0095]
[0096]
上式(13)～(15)中，h2为次级导磁层厚度；ge为电磁气隙长度；k
efe
为次级导磁层中的横向端部效应修正系数；μ(b
tiron
)已在式(5)中定义。
[0097]
如采用格栅型复合次级，则导电层上的格栅部分阻抗z
2b
(s)为：
[0098][0099][0100]
上式(16)～(17)中，lc为次级格栅宽度；μ
x
为导电层在运动方向的实际绝对磁导率；μz为导电层在法向的实际绝对磁导率；σy为导电层在横向(轴向)的实际电导率。
[0101]
格栅型次级导电层上的横向端部阻抗ze(s)为：
[0102][0103][0104]
上式(18)～(19)中，h3为次级格栅端部厚度；le为次级格栅端部宽度。
[0105]
综上，格栅型次级的导电层阻抗z
al
(s)为：
[0106][0107]
其中：
[0108][0109][0110]
在上式(21)～(22)中，z2为次级格栅槽数；t2为次级格栅槽距。
[0111]
格栅型次级导磁层上的阻抗z
fe
(s)为：
[0112][0113]
其中，l
iron
为次级导磁层宽度；h2为次级导磁层厚度；k
efe
已在式(15)中定义。
[0114]
最后，单边复合次级直线感应电机的次级总阻抗z2可通过下式获得：
[0115][0116]
有益效果：针对复合次级直线感应电机中特有的次级铁轭饱和、集肤效应、气隙边缘效应和横向端部效应对参数带来的计算精度的问题，本方法基于二维电磁场理论分析上述效应对电机内各场量的影响，导出对集总参数的修正系数，提出了一种单边复合次级直线感应电机参数计算方法。
[0117]
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，且应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些
变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

技术特征：
1.一种单边复合次级直线感应电机参数计算方法，其特征在于，第一步，在忽略励磁损耗的情况下，计算励磁阻抗z
m
；第二步，计算次级参数；第三步，计算单边复合次级直线感应电机的次级总阻抗z2。2.根据权利要求1中所述的单边复合次级直线感应电机参数计算方法，其特征在于，在第一步中，在忽略励磁损耗的情况下，即励磁损耗r
m
＝0，可得到励磁阻抗z
m
近似表示：其中，m为初级绕组相数；μ0为真空磁导率；f为初级绕组电源频率；l
i
为初级铁心叠厚；n1为初级绕组每相串联匝数；k
w1
为初级绕组基波绕组系数；π为圆周率；τ为定子极距；g为机械气隙长度；p为极对数；j为虚数符号；针对直线感应电机的气隙边缘系数k
fg
为：针对直线感应电机的卡氏系数k
c
为：其中，b
s
为初级铁心槽宽；lg为以10为底的对数符号；针对直线感应电机的次级铁轭的饱和系数k
sat
为：其中：上式(4)～(5)中，h1为导电层厚度；b
tiron
为次级铁轭中的额定磁密；μ(b
tiron
)为额定磁密下的次级铁轭实际绝对磁导率；σ
ie
为次级铁轭材料的等效电导率，其定义为：为次级铁轭材料的等效电导率，其定义为：上式(6)～(7)中，i为次级铁轭的叠片个数，如采用整体式铁轭，则k
tri
为1；σ
iron
为次级铁轭材料的电导率。3.根据权利要求1中所述的单边复合次级直线感应电机参数计算方法，其特征在于，在第二步中，采用平板式复合次级，则导电层上的阻抗z
al
(s)为：
其中：其中：其中：上式(8)～(9)中，ω1为初级绕组电源角频率；σ
al
为导电层电导率；k
eal
为次级导电层中横向端部效应修正系数；平板式复合次级导磁层上的阻抗z
fe
(s)为：(s)为：其中：上式(13)～(15)中，h2为次级导磁层厚度；g
e
为电磁气隙长度；k
efe
为次级导磁层中的横向端部效应修正系数；μ(b
tiron
)已在式(5)中定义。4.根据权利要求1中所述的单边复合次级直线感应电机参数计算方法，其特征在于，在第二步中，采用格栅型复合次级，则导电层上的格栅部分阻抗z
2b
(s)为：(s)为：上式(16)～(17)中，l
c
为次级格栅宽度；μ
x
为导电层在运动方向的实际绝对磁导率；μ
z
为导电层在法向的实际绝对磁导率；σ
y
为导电层在横向(轴向)的实际电导率；格栅型次级导电层上的横向端部阻抗z
e
(s)为：
上式(18)～(19)中，h3为次级格栅端部厚度；l
e
为次级格栅端部宽度；综上，格栅型次级的导电层阻抗z
al
(s)为：其中：其中：在上式(21)～(22)中，z2为次级格栅槽数；t2为次级格栅槽距；格栅型次级导磁层上的阻抗z
fe
(s)为：其中，l
iron
为次级导磁层宽度；h2为次级导磁层厚度；k
efe
已在式(15)中定义。5.根据权利要求1中所述的单边复合次级直线感应电机参数计算方法，其特征在于，第三步中，单边复合次级直线感应电机的次级总阻抗z2可通过下式获得：

技术总结
本发明公开了一种单边复合次级直线感应电机参数计算方法，所述电机参数包括感应电机T型等效电路中的励磁和次级等效参数，适用于平板型和格栅型复合短、长次级直线感应电机。首先，针对直线感应电机的特点，给出了横向端部效应、集肤效应、饱和效应和气隙边缘效应的修正系数。然后，基于二维电磁场理论得到励磁支路参数解析关系式。最后，结合平板型和格栅型次级的结构特点，分别给出了次级参数解析关系式，提出的方法为复合次级直线感应电机的设计提供了新的理论方法。计提供了新的理论方法。计提供了新的理论方法。


技术研发人员：曾迪晖 王珂 葛琼璇 赵鲁 张波 杨培 朱进权
受保护的技术使用者：中国科学院电工研究所
技术研发日：2023.05.17
技术公布日：2023/8/21