直線感應(yīng)電動機(jī)靜態(tài)縱向邊端效應(yīng)的研究
梁得亮 陳世坤 （西安交通大學(xué)710049）
【摘 要】用逐步法分析直線感應(yīng)電動機(jī)無次級作用時(shí)的氣隙磁場，著重研究直線感應(yīng)電動機(jī)的靜態(tài)縱向邊端效應(yīng)及其補(bǔ)償。在不同氣隙下，針對帶補(bǔ)償和不帶補(bǔ)償線圈，分析計(jì)算兩臺直線感應(yīng)電機(jī)的氣隙磁場，并給出了相應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果，兩者基本吻合~。
【敘 詞】直線電動機(jī)感應(yīng)電動機(jī)端部效應(yīng)氣隙磁場
1引言
由于直線感應(yīng)電動機(jī)結(jié)構(gòu)的特殊性一一初級鐵心的開斷和繞組的不連續(xù)，使得直線感應(yīng)電動機(jī)存在著與一般旋轉(zhuǎn)電機(jī)不同的特性，即各類邊端效應(yīng)。研究和分析這些效應(yīng)，無疑對設(shè)計(jì)適用于不同工況的直線感應(yīng)電動機(jī)大有益處。事實(shí)上，對直線感應(yīng)電動機(jī)各類邊端效應(yīng)的研究，一直是國內(nèi)外學(xué)者所關(guān)注的焦點(diǎn)，但是大都集中在對動態(tài)邊端效應(yīng)的研究，這是因?yàn)樗芯康膶ο蟠蠖紤?yīng)用于高速場合，而且極數(shù)較多，故一般認(rèn)為靜態(tài)邊端效應(yīng)的影響不甚顯著。其實(shí)在工程實(shí)際中，直線感應(yīng)電動機(jī)經(jīng)常工作于低速狀態(tài)，而且極數(shù)也不一定很多。此時(shí)，分析和研究直線感應(yīng)電機(jī)的靜態(tài)邊端效應(yīng)及其對電機(jī)特性的影響無疑是必要的。
由于直線感應(yīng)電動機(jī)的初級繞組不連續(xù)，使得各相之間的互感不相等，即使在初級繞組上供給對稱的三相電壓．在各相繞組中也將產(chǎn)生不對稱的電流，從而除產(chǎn)生正序的行波磁場外，還會產(chǎn)生逆序和零序磁場，這些會在氣隙中產(chǎn)生脈振磁場；另一方面，即使在三相繞組中通入對稱的三相電流，由于初級鐵心的開斷，縱向邊端存在邊緣磁場，也會在氣隙中產(chǎn)生脈振磁場。這就是直線電機(jī)的靜態(tài)縱向邊端效應(yīng)。文獻(xiàn)1推導(dǎo)出由于初級回路參數(shù)的不對稱而引起各相電流的不平衡，使直線感應(yīng)電機(jī)初級繞組在氣隙中產(chǎn)生的磁場有脈振成分，并由實(shí)測參數(shù)算得不對稱電流，進(jìn)而分析氣隙磁密。而文獻(xiàn)2則給出了由于鐵心開斷而引起的脈振磁場的數(shù)學(xué)表達(dá)式。文獻(xiàn)3則是應(yīng)用博立葉級數(shù)法，考慮次級的作用時(shí)分析具有補(bǔ)償繞組的一臺液態(tài)金屬泵的氣隙磁場分布。
本文考慮初級繞組的電阻和產(chǎn)生的漏磁通，利用逐步法h3求得電機(jī)的三相電流，進(jìn)而分析得出氣隙磁密的分布。為了驗(yàn)證理論的正確性，對兩臺4極直線感應(yīng)電機(jī)初級（圖1所示為不帶補(bǔ)償線圈的單層繞組和圖2所示為帶補(bǔ)償線圈的雙層繞組）產(chǎn)生的氣隙磁密進(jìn)行了分析研究。分析時(shí)假設(shè)次級中不存在構(gòu)成次級回路的導(dǎo)電體，只存在構(gòu)成磁回路的導(dǎo)磁體。另外，還分析比較了氣隙的大小對脈振磁場的影響。
2氣隙磁通密度的分布
對于直線感應(yīng)電機(jī)對應(yīng)的開磁路鐵心，在計(jì)算氣隙磁通分布時(shí)，應(yīng)該明確其磁路及磁勢與通常的閉磁路鐵心有著不同之處。例如，即使加上對稱電壓，但各相電流卻并不平衡；鐵心端部的各相磁勢是不對稱的；在鐵心中的磁勢也還存在著脈動成分；沿磁場行進(jìn)方向磁路為有限長。故而對具有開磁路鐵心的直線電機(jī)，即使不考慮次級回路的影響，其氣隙磁通的分布也還是不均勻的。這些都是以往方法所難以計(jì)算的。
為了分析簡便，假設(shè)：
a．鐵心的導(dǎo)磁率為無窮大。
b．沿鐵心迭片方向的磁場強(qiáng)度都相同。
c．漏磁通在電路方程中用電抗計(jì)及。
d．不考慮磁勢中高次諧波的影響。
由文獻(xiàn)l，相應(yīng)于一個(gè)鐵心齒的氣隙磁阻為：
相應(yīng)于一個(gè)線圈磁勢的氣隙磁阻為：
根據(jù)磁通連續(xù)性定律，穿過某一線圈內(nèi)側(cè)各齒的全部磁通應(yīng)等于在線圈外側(cè)各齒中流過的磁通。從而每個(gè)線圈磁勢與流過鐵心各個(gè)齒的磁通間有下列關(guān)系：
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