编辑：丹东矿用变压器厂家 日期：2019-01-11 人气：419
轮毂式丹东矿用变压器电磁转矩的数值计算与误差分析 核心提示： 在电机的多种结构类型中，矩形波丹东矿用变压器（或称永磁丹东矿用变压器）具有效率高、便于控制、可由低电压电源供电和相对造价较低等明显的特点，因此被广泛应用于丹东矿用变压器驱动系统中。 对于在电机的多种结构类型中，矩形波丹东矿用变压器（或称永磁丹东矿用变压器）具有效率高、便于控制、可由低电压电源供电和相对造价较低等明显的特点，因此被广泛应用于丹东矿用变压器驱动系统中。
对于矩形波丹东矿用变压器电磁转矩的精确计算研究，一直是丹东矿用变压器驱动电机研究领域的重要课题。由于这种电机的气隙磁密以及场矢量的分布呈非正弦量特征，加之电机结构的复杂性和铁磁材料的非线性，已无从采用解析公式计算其电磁转矩，此时，应用有限元数值计算法可获得满意的计算精度。
由于有限元数值解的计算误差是方法所固有的，只能通过选择合适的转矩计算数学模型、合理的网格剖分或采用高阶元法等，将误差减至最小。
动机，从平行磁化和径向磁化两个方面给出了一种转矩计算的解析解模型，同时该文指出，由此模型算得的结果仍需通过有限元数值解的验证；分析了采用麦克斯韦应力法计算永磁电机电磁转矩时，不同形式的网格剖分所产生的误差影响；克斯韦应力法和虚位移法对所研究样机的电磁转矩进行了数值计算和比较。分别计算了电枢为直槽和斜槽结构时的电磁转矩。其中，对于首选的麦克斯韦应力法，提出了关于气隙中积分路径所经三角单元优化配置的新见解，从而可得到理想的电磁转矩计算精度。同时，计算了电流相位超前时转矩脉动的增加以及平均转矩的减小等倍受关注的问题。本文还对样机的定位转矩及定子槽口大小对定位转矩的影响作了分析和计算。其研究结果对解决该类电机的电磁转矩计算以及相伴随的有限元数值解的误差分析等问题，有工程实际意义和现实的价值。
2电磁转矩的有限元分析被研究样机的结构、运行原理及其有限元分析数学模型，已在作者近期发表的文章中作了详细叙述21麦克斯韦应力法设有限元求解区域为一对磁极范围，极对数为p由电磁力基本关系和麦克斯韦方程，可导出作用于丹东矿用变压器转子上总电磁转矩的离散解为一丹东矿用变压器轴向有效长度一积分路径经过第i个单元的跨越角一第i单元内磁感应强度的法向和切向分量一积分路径所经过的单元总数根据电机运行的实际工况，设电枢绕组中的任意两相处于额定导通状态，调整转子位置角，使电枢磁场与转子永磁体磁极轴线的夹角在120°至60°（本文角度量纲均为电角度）之间变化。由此，对直槽和斜槽两种电枢结构，应用可1所示额定负载时稳态电磁转矩的特性曲线根据永磁电机的弱磁控制原理，当电枢电流的相位超前于反电动势时，将使直轴电枢反应增大，从而增加丹东矿用变压器的范围。设电枢电流相位角超前于反电动势30°此时算得的电磁转矩曲线示于。由可见，转矩平均值有所下降，且出现了较大幅度的波动。原因是由于转子主磁场的气隙磁密分布为梯形波，当电流相位超前时，电枢磁场与转子主磁场的夹角平均值已由原来的90°变为120°从而定、转子磁场轴线已不满足正交关系。显然，转矩波动的频率与电流换向频率相同。
根据电机电磁场理论，当选取电机绕组电算得电磁转矩于转子位置角的变化曲线，*图脱4和转子子位移为独立变量时基于虚法此可得2.2虚位移法电磁转矩计矿用变压器算公式为共能值由下算得的电磁转矩值越接近于零，则表明所应用算法的计算误差越小，计算精度亦越高。本文以此作为数值解验证的判据，通过深入分析和研究，提出了具有较高计算精度的网格剖分单元配置规则。
大量的数值计算和分析表明，应用麦克斯韦应力法计算转矩时，求解域内剖分节点疏密度的分布以及单元形状应合理、规则，尤其是对气隙域内的剖分要求十分严格。计算分析可知，气隙域内沿半径方向剖分三层较为合适，若继续增加剖分层数，则剖分单元和节点总数亦将随之大为增加。事实上，当网格剖分达到一定密度后，继续增加单元数只能徒增计算量，而无助于计算精度的提高。本例中，当剖分单元总数为4913，节点总数为2554 4定位转矩的数值计算定位转矩是指电枢电流为零，因对应于不同转子位置时磁路磁阻的不均匀性所产生的转矩。定位转矩与电磁转矩叠加，使电机出现转矩波动。作为丹东矿用变压器驱动电机的应用，希望定位转矩越小越好，以保证电机良好的动态性能。
分析表明，定子槽口宽度对定位转矩值的影响较大，槽口宽度越大则定位转矩值亦越大。设槽口宽与齿距的比值为a根据麦克斯韦应力法，可分别计算出两种a取值时的定位转矩随转子位置角的变化关系，如所示。由a可见，采用斜槽结构以后，可基本消除定位转矩。但是当槽口宽度增加时，定位转矩值亦随之增加（5电磁转矩的实验测试在实验室条件下，对样机作静态电磁转矩测试。给定电枢电流为3.0A，定、转子磁极轴线的夹角在30°至90°之间变化。给出了静态转矩特计算值略大，其主要原因为，转矩计算值含有两项，即电枢电流与永磁体磁极相互作用产生的电磁转矩和由于电枢开槽而产生的定位转矩。而实测静转矩中除了上述两项以外，还包含有丹东矿用变压器静摩擦形成的转矩，这将使计算结果偏小。
电角度/电角度八°）直槽和斜槽结构的定位转矩特性1一直槽结构2―斜槽结构Fig.5 Orientedtorquecharacteristicsw-ith 6结论（）应用虚位移法或麦克斯韦应力法计算矩形波电机的电磁转矩，均可获得较高的计算精度。但麦克斯韦应力法具有计算量小和计算精度高的特点，更适合于电磁转矩的数值计算。
（2）单元剖分的疏密度和形状将直接影响电磁转矩的计算精度。当运用麦克斯韦应力法计算转矩时，气隙单元的剖分尤为重要。此此，积分路径所经的三角元须对称分布（见），方可保证转矩数值解的计算精度。
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