[word.doc]双余度永磁无刷直流电机磁-热耦合分析

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1、双余度永磁无刷直流电机磁-热耦合分析双余度永磁无刷直流电机磁-热耦合分析双余度永磁无刷直流电机磁-热耦合分析双余度永磁无刷直流电机磁-热耦合分析双余度永磁无刷直流电机磁-热耦合分析双余度永磁无刷直流电机磁-热耦合分析双余度永磁无刷直流电机磁-热耦合分析双余度永磁无刷直流电机磁-热耦合分析双余度永磁无刷直流电机磁-热耦合分析双余度永磁无刷直流电机磁-热耦合分析双余度永磁无刷直流电机磁-热耦合分析双余度永磁无刷直流电机磁-热耦合分析双余度永磁无刷直流电机磁-热耦合分析2010年12月第28卷第6期西北工业大学JoumalofNorthwesternPolytechnic

2、alUlli,rersit),Dec.2010V01.28No.6双余度永磁无刷直流电机磁一热耦合分析付朝阳,刘景林,赵小鹏(西北工业大学,陕西西安710072)摘要:文章针对永磁无刷直流电机中常见的绕组故障,将余度技术引入到无刷电机设计中来,设计了双余度永磁无刷直流电机,它采用2种定子绕组方式,包括同槽嵌放和隔槽嵌放2种结构.根据永磁无刷直流电机的电压平衡方程式,推导了2种结构下的双余度永磁无刷直流电机电压,转矩方程.建立了2种双余度无刷直流电机的电磁场模型,设置了2套独立的控制电路,并利用magnet对其进行了电磁场仿真,对比分析了2种结构下的转速,转矩等.文章

3、建立了2种双余度无刷直流电机的磁热耦合分析模型,对其热场进行了仿真,对比分析了2种结构下的温度.仿真结果表明:2种结构的双余度无刷直流电机在运行过程中,具有良好的动态特性,2套绕组并未给电机带来不良后果,但大大提高了系统可靠性.关键词:双余度,元刷直流电机,磁热,耦合分析中图分类号:TM301.2文献标识码:A文章编号:1000-2758(2010)064)921-06永磁无刷直流电机以电子换向线路替代了由换向器和电刷组成的机械式换向结构,既克服了一般直流电机由于机械换向带来的缺点,又保持了一般直流电机调速方便的特点.随着电力电子技术,计算机技术和传感器技术快速发展

4、,永磁无刷直流电机因其调速性能好,控制简单,效率高,启动转矩大等优点,被广泛应用于传动系统和伺服驱动系统中.在电机故障中,绕组故障作为最常见的故障之一,一直是1个难点.针对这一问题,提出了双余度永磁无刷直流电机的概念,将余度技术引入到电机设计中来,电机中设置2套电枢绕组,共用一套转子铁芯,电枢铁芯,永磁体,机座等,各套绕组采用独立的控制系统,与传统的采用多台电机实现余度控制的方案相比,具有体积小,重量轻,成本低的优点.1数学模型1.1基本假设双余度高压无刷直流电机是在定子槽中嵌放2套三相集中绕组,星形接法,2套绕组可以同槽嵌放,也可以隔槽嵌放.由于方波驱动无刷直流电

5、机的气隙磁场,反电势以及电流是非正弦的,因此采用直,交轴坐标变换已不是有效的分析方法.通常,直接利用电动机本身的相变量来建立数学模型.为了便于分析,假定:(1)三相绕组完全对称,气隙磁场为方波,定子电流,转子磁场皆为对称分布;(2)忽略齿槽,换相过程和电枢反应等影响;(3)电枢绕组在定子内表面均匀连续分布;(4)磁路不饱和,不计涡流和磁滞损耗.1.22套绕组同槽嵌放定子采用12槽结构,每个槽中嵌放2套三相集中绕组.设冗余式无刷直流电机采用的双Y型绕组分别为A.,,C和A:,:,,同槽嵌放时绕组结构如图1所示.2套绕组之间对应相轴线重合,各相绕组参数对称,由此得到以下

6、电压平衡方程式收稿日期:2009-10-18基金项目:西安市创新支撑计划(YF07042)和2009年度西北工业大学科技创新基金资助作者简介:付朝阳(1981一),西北工业大学博士研究生,主要从事稀土永磁电机设计及控制技术研究.?922?西北工业大学第28卷d1H6lⅡc1Ub2Uc.2图1同槽放置时绕组结构+fm12om12omom12om12o,扎l201ml20m120mom120ml20ml201ml2oml20m0m0ml20ml20Zml2oml20ml20m0m12om12o‘a1‘6ltella2+ealeblec1ea2eb2e~2ml20ml20

7、Zm0m12om12om120Z(1)式中,下标1与2分别表示第1和第2余度的电压,电流,反电势变量;参数z为相绕组电感;mo与m.加分别为两相绕组差O.与120.电角度时的互感.由于2个余度分别采用三相绕组星形连接,且没有中线,则有.l+6l+z.1:0(2)砬+觇+吐=0(3)从而联立得01们c1nd2Ub2Uc2p口l‘61‘c1la262+ed1eblec1ea2eb2ee2+(4)式中,I=l—m,∞,m=m.一m∞.由电压平衡方程式,可得到电磁转矩为=e口l口l+e6l61+ec1Z1+e口242+e6262+e以Z(5)因2套绕组与控制电路结构相同