一種非正弦供電多相電機的磁勢分析方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于電機分析設(shè)計【技術(shù)領(lǐng)域】，公開了一種非正弦供電多相電機的磁勢分析方法，該方法引入等值正序電流與等值反序電流的概念，將合成的正轉(zhuǎn)圓形旋轉(zhuǎn)磁場與反轉(zhuǎn)圓形旋轉(zhuǎn)磁場分別看作由等值正序電流與等值反序電流產(chǎn)生，將各次諧波電流表示為指數(shù)形式的電流相量，以磁勢等效為基礎(chǔ)，得到各次諧波磁勢所對應(yīng)的諧波等值序電流，再直接求相應(yīng)的空間諧波正轉(zhuǎn)磁勢與反轉(zhuǎn)磁勢。本發(fā)明方法從電機學(xué)基本原理出發(fā)，概念清晰，避免了傳統(tǒng)方法將每相各次諧波磁勢疊加的龐大計算，適用于多種工況下的多相電機磁勢分析；即使遇到缺相或繞組不對稱、電流不對稱等故障情況時，只需要更改電流矩陣或繞組空間位置矩陣中的相應(yīng)元素即可。
【專利說明】一種非正弦供電多相電機的磁勢分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電機分析設(shè)計【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種非正弦供電多相電機的磁勢分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002]多相電機具有高可靠性、高功率密度和高轉(zhuǎn)矩密度等諸多優(yōu)勢，現(xiàn)已成為電力推進電機國內(nèi)外研究的重點。為克服正弦供電電機中鐵芯沒有得到充分利用之缺點，多相電機定子可以采用整距集中繞組并以非正弦電源供電，以使諧波磁勢得到利用，并能提高電機鐵芯的利用率和轉(zhuǎn)矩密度。而在注入諧波電流的多相電機中，氣隙磁場的分析是有效諧波磁勢利用的基礎(chǔ)，進而成為電機性能計算及設(shè)計優(yōu)化的關(guān)鍵。
[0003]多相電機的另一個重要優(yōu)勢是其具有較強的容錯性能。當(dāng)系統(tǒng)有一相或幾相出現(xiàn)開路故障時，電機仍能正常起動并降功率容錯運行，但此時的氣隙磁場會出現(xiàn)大量空間諧波磁勢，必然帶來轉(zhuǎn)矩脈動分量和損耗的增加。故需要對缺相后的定子電流進行調(diào)制，以抑制大量有害的空間諧波磁勢，此種情況下對磁勢進行分析計算也很重要。
[0004]因此，無論電機是在正常運行時還是在發(fā)生缺相故障時，準(zhǔn)確且有效的磁勢分析是電機性能分析及控制策略確定的必要前提。
[0005]在傳統(tǒng)的磁勢分析法中，先用傅立葉級數(shù)將定子繞組中非正弦電流分解為基波電流和一系列高次諧波電流，分別計算每相各次時間諧波電流所產(chǎn)生的各次空間諧波脈振磁勢，將各次脈振磁勢分解為一正一反旋轉(zhuǎn)磁勢，再進行疊加，得到多相電流合成的諧波磁勢。對于單相、三相等相數(shù)不多的電機，傳統(tǒng)的磁勢分析法比較方便，能體現(xiàn)其清晰的物理本質(zhì)，但對于多相電機(如附圖1所示)，在分析諧波電流與所產(chǎn)生的諧波磁勢關(guān)系時，傳統(tǒng)方法計算量較大，繁瑣耗時。為彌補現(xiàn)有磁勢分析方法的不足，從產(chǎn)生磁勢的物理本質(zhì)出發(fā)重新考慮其分析方法。尤其是非正弦供電多相電機在出現(xiàn)缺相故障情況時，氣隙磁勢會隨故障情況而發(fā)生變化，現(xiàn)有的磁勢分析方法無法提供簡便、統(tǒng)一的計算過程，這是發(fā)明磁勢分析新方法的根本原因。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于為非正弦供電多相電機提供一種多種工況下的統(tǒng)一的磁勢分析方法。
[0007]本發(fā)明提出的新的磁勢分析方法可以稱為等值序電流法。等值序電流法引入等值正序電流與等值反序電流的新概念，將合成的正轉(zhuǎn)圓形旋轉(zhuǎn)磁場與反轉(zhuǎn)圓形旋轉(zhuǎn)磁場分別看作由等值正序電流與等值反序電流產(chǎn)生，將各次諧波電流表示為指數(shù)形式的電流相量，以磁勢等效為基礎(chǔ)，得到各次諧波磁勢所對應(yīng)的諧波等值序電流，再直接求相應(yīng)的空間諧波正轉(zhuǎn)磁勢與反轉(zhuǎn)磁勢。從電機學(xué)基本原理出發(fā)，概念清晰，避免了傳統(tǒng)方法將每相各次諧波磁勢疊加的龐大計算。該磁勢分析方法包含以下步驟:
[0008](I)將電機運行時流過繞組的多相非正弦電流進行傅立葉分解，得到各奇數(shù)次諧波分量，并用相量的指數(shù)形式表示電流各奇次諧波，各奇次諧波電流對應(yīng)的相位角不同，在指數(shù)式中用不同幅角表示；
[0009](2)選取參考繞組，假定等值正序電流與等值反序電流為參考繞組中流過的電流，取參考繞組位置作為空間電角度的坐標(biāo)原點，各相繞組的空間電角度也以指數(shù)形式表示，各奇次空間諧波對應(yīng)的不同空間電角度在指數(shù)式的幅角中體現(xiàn)；
[0010](3)根據(jù)空間磁勢合成法則，所有相電流產(chǎn)生磁勢的合成正轉(zhuǎn)磁勢、反轉(zhuǎn)磁勢分別等于基準(zhǔn)繞組中等值正序電流產(chǎn)生的正轉(zhuǎn)磁勢、等值反序電流產(chǎn)生的反轉(zhuǎn)磁勢；在計算針對某一正序等值電流、反序等值電流時，將反映各相繞組空間電角度的指數(shù)式作為元素組成行向量矩陣，該矩陣的列數(shù)等于多相繞組的相數(shù)；再將指數(shù)式表示的各相電流相量作為元素組成列向量矩陣，該矩陣的行數(shù)等于多相繞組的相數(shù)；
[0011](4)將空間電角度行向量矩陣擴展為多行矩陣，其各行依次對應(yīng)各奇次空間諧波磁勢，該矩陣行數(shù)由所求空間諧波磁勢次數(shù)所定；再將電流列向量矩陣擴展為多列矩陣，其各列依次對應(yīng)各奇次時間諧波電流，該矩陣列數(shù)由所取時間諧波電流次數(shù)所定；將上述兩個矩陣相乘就得出各奇次諧波電流產(chǎn)生各奇次諧波磁勢所對應(yīng)等值正序電流幅值與相角、等值反序電流幅值與相角；
[0012](5)由求得的各次諧波等值正序電流、等值反序電流得到對應(yīng)的各次諧波正、反轉(zhuǎn)磁勢。
[0013]進一步地，由求得的各次諧波等值正序電流得到對應(yīng)的各次諧波正轉(zhuǎn)磁勢具體為:
[0014]
【權(quán)利要求】
1.一種非正弦供電多相電機的磁勢分析方法,其特征在于，所述磁勢分析方法包含以下步驟: (1)將電機運行時流過繞組的多相非正弦電流進行傅立葉分解，得到各奇數(shù)次諧波分量，并用相量的指數(shù)形式表示電流各奇次諧波，各奇次諧波電流對應(yīng)的相位角不同，在指數(shù)式中用不同幅角表示； (2)選取參考繞組，設(shè)定等值正序電流與等值反序電流為參考繞組中流過的電流，取參考繞組位置作為空間電角度的坐標(biāo)原點，各相繞組的空間電角度也以指數(shù)形式表示，各奇次空間諧波對應(yīng)的不同空間電角度 在指數(shù)式的幅角中體現(xiàn)； (3)根據(jù)空間磁勢合成法則，所有相電流產(chǎn)生磁勢的合成正轉(zhuǎn)磁勢、反轉(zhuǎn)磁勢分別等于基準(zhǔn)繞組中等值正序電流產(chǎn)生的正轉(zhuǎn)磁勢、等值反序電流產(chǎn)生的反轉(zhuǎn)磁勢；在計算針對某一正序等值電流、反序等值電流時，將反映各相繞組空間電角度的指數(shù)式作為元素組成行向量矩陣，該矩陣的列數(shù)等于多相繞組的相數(shù)；再將指數(shù)式表示的各相電流相量作為元素組成列向量矩陣，該矩陣的行數(shù)等于多相繞組的相數(shù)； (4)將空間電角度行向量矩陣擴展為多行矩陣，其各行依次對應(yīng)各奇次空間諧波磁勢，該矩陣行數(shù)由所求空間諧波磁勢次數(shù)所定；再將電流列向量矩陣擴展為多列矩陣，其各列依次對應(yīng)各奇次時間諧波電流，該矩陣列數(shù)由所取時間諧波電流次數(shù)所定；將上述兩個矩陣相乘就得出各奇次諧波電流產(chǎn)生各奇次諧波磁勢所對應(yīng)等值正序電流幅值與相角、等值反序電流幅值與相角； (5)由求得的各次諧波等值正序電流、等值反序電流得到對應(yīng)的各次諧波正、反轉(zhuǎn)磁勢。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述磁勢分析方法，其特征在于，由求得的各次諧波等值正序電流得到對應(yīng)的各次諧波正轉(zhuǎn)磁勢具體為:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述磁勢分析方法，其特征在于，所述各次諧波反轉(zhuǎn)諧波磁勢為:
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的磁勢分析方法，其特征在于，對于缺相或繞組不對稱、電流不對稱的故障情況，更改電流矩陣或繞組空間位置矩陣中的相應(yīng)元素。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的磁勢分析方法，其特征在于，所述多相電機定子繞組為全對稱繞組。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的磁勢分析方法，其特征在于，所述多相電機定子繞組為半對稱繞組。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的磁勢分析方法，其特征在于，所述多相電機定子繞組為不對稱繞組。`
【文檔編號】H02P21/14GK103560737SQ201310587530
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月20日
【發(fā)明者】王東, 吳新振, 陳俊全, 鄭曉欽 申請人:中國人民解放軍海軍工程大學(xué)