分析極弧系數(shù)對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)性能的影響

李斌 孫碧青 樊青青

摘 要：在原有開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)設(shè)計(jì)理論和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一臺(tái)8/6極750W開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，根據(jù)要求的電機(jī)性能調(diào)整電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)性能較優(yōu)。借助ansoft軟件中的RMxpart模塊搭建開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的電機(jī)模型，然后優(yōu)化模型分析極弧系數(shù)對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)性能的影響，將每組不同的數(shù)據(jù)記錄對(duì)比。得到最終的結(jié)果。

關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)；有限元分析；定轉(zhuǎn)子極??；ansoft仿真

中圖分類號(hào)：TM615 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

目前環(huán)境污染嚴(yán)重，能源儲(chǔ)量減少，發(fā)展新型清潔的電動(dòng)汽車的前景和市場(chǎng)是越來(lái)越受到關(guān)注了。與直流電機(jī)、永磁同步電機(jī)、交流異步機(jī)等相比，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、調(diào)速性能優(yōu)良、成本低等優(yōu)點(diǎn)，非常適合于電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)。

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)是一種新型的特種電機(jī)，具有雙凸極結(jié)構(gòu)、體積較小、運(yùn)行效率高、低速啟動(dòng)力矩大、可實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行等特點(diǎn)。由于開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)不同于傳統(tǒng)電機(jī)并且關(guān)于開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的設(shè)計(jì)和計(jì)算方面的文獻(xiàn)較少，所以在設(shè)計(jì)中有許多可以影響到電機(jī)的運(yùn)行性能。其中以極弧系數(shù)影響較為顯著，運(yùn)用Ansoft仿真軟件詳細(xì)分析了開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)極弧系數(shù)對(duì)電機(jī)性能的影響，電機(jī)關(guān)鍵的性能參數(shù)包括槽滿率、相有效電流、相電流密度、額定轉(zhuǎn)速、效率和額定轉(zhuǎn)矩，運(yùn)用控制變量法逐個(gè)分析極弧系數(shù)對(duì)電機(jī)性能的影響。

1 電機(jī)模型參數(shù)的計(jì)算

通過(guò)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的基本原理和設(shè)計(jì)要求的需要，運(yùn)用MathCAD軟件對(duì)四相8/6極5KW電機(jī)進(jìn)行定轉(zhuǎn)子以及電機(jī)軸的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算得到電機(jī)各個(gè)參數(shù)為電機(jī)相數(shù)為4、轉(zhuǎn)子極數(shù)6、軸徑32mm、定子外徑155mm、定子軛高10mm、定子內(nèi)徑85.8mm、轉(zhuǎn)子軛高12mm，同時(shí)根據(jù)仿真研究，在ansof中RMxprt模塊下，構(gòu)建模型。

2 弧系數(shù)的理論分析

為保證自起動(dòng)能力，極弧設(shè)計(jì)時(shí)，相鄰相電感在上升區(qū)要有重疊。

極弧滿足的必要條件為

式中βs代表定子極弧，βr代表轉(zhuǎn)子極弧。

只有在滿足上式情況下，電機(jī)才具備轉(zhuǎn)子處于任何位置都有正反方向自起動(dòng)能力，否則只有單方向自起動(dòng)能力，可用如下圖表示。

A點(diǎn)時(shí)，定、轉(zhuǎn)子極弧最小，鐵芯質(zhì)量最小，節(jié)省材料；B點(diǎn)時(shí)，定子極弧最小，定子槽大；C點(diǎn)時(shí)，定子極弧等于定子極距，無(wú)意義；CB邊上，定、轉(zhuǎn)子極弧滿足 βs+βr=τs，由于Nr>Ns時(shí)會(huì)增加開(kāi)關(guān)頻率，因此在選取定轉(zhuǎn)子極弧時(shí)應(yīng)在三角形ADB區(qū)域內(nèi)，使βs>βr。

3 仿真分析

在其他條件不發(fā)生變化的情況下對(duì)不同的定子極弧系數(shù)仿真數(shù)據(jù)對(duì)比分析

4 總結(jié)

從表中可以看出，定子極弧系數(shù)增大，相電流增大，電流密度增加，增加量較大；槽滿率增大是由于定子極弧系數(shù)變大，定子極變寬，定子槽變?。欢ㄗ訕O弧系數(shù)增大，定、轉(zhuǎn)子極重疊面積增大，磁通量增加，由于繞組匝數(shù)不變，磁鏈也會(huì)增加，額定轉(zhuǎn)矩隨磁鏈增大而增大；轉(zhuǎn)矩增加，轉(zhuǎn)速明顯降低，效率降低約0.5%。因此定子極弧系數(shù)對(duì)電機(jī)性能影響較大。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳建華.開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)設(shè)計(jì)與應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[2]劉迪吉.開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)發(fā)展及應(yīng)用.電氣技術(shù)， 2006， （07）：1720.

[3]曾裕.基于有限元的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].南昌大學(xué)，2016.

作者簡(jiǎn)介：孫碧青（1993），男，漢族，河北張家口人，現(xiàn)為河北科技大學(xué)2016級(jí)碩士研究生，現(xiàn)主要研究開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。