关于凸极同步电机磁阻转矩的探讨_李海成.pdf

2011 年第 4 期 11 理论与设计 摘 要 对凸极同步电机电磁转矩的两个计算公式 进行了比较和分析 指出了两式中磁阻转矩表达式的不 同 根据磁阻转矩产生的机理 确定了磁阻转矩的计算 公式 关键词 同步电机 电磁转矩 磁阻转矩 中图分类号 TM341 文献标识码 A DOI编码 10 3969 j issn1006 2807 2011 04 004 Abstract Difference between two expressions of re luctance torque had been proposed after comparing and an alyzing two kinds of formulas of electromagnetic torque in the salient pole synchronous motor The reluctance torque formula was given according to the generation mechanism of reluctance torque Keywords Synchronous motor Electromagnetic torque Reluctance torque 关于凸极同步电机磁阻转矩的探讨 李海成 山东华力电机集团有限公司 264300 Discussion about Reluctance Torque of Salient pole Synchronous Motor Li Haicheng Shandong Huali Electric Motor Group Co Ltd Tem p Lmdifiq Ld Lq idiq 1 式中 p 电机的极对数 Lmd 直轴主电感 Ld Lq 分别为直交轴同步电感 由式 1 可知 电磁转矩分别为基本电磁转 矩 它是由励磁磁场与交轴电枢电流相互作用产 生 和磁阻转矩 是在交 直轴磁路磁阻不同的 条件下 交直轴电枢电流相互作用产生 产生磁 阻转矩的条件是 Ld Lq 0 idiq 0 在调速 永磁同步电动机中 若采用id 0控制 则不产生 磁阻转矩 2 a b c坐标系统中的转矩表达式 在a b c坐标系统中 忽略电枢电阻时 电磁 转矩的表达式为 Tem m E0U xd sin U 2 2 1 xq 1 xd sin2 2 在式 2 中 第一项和第二项也分别称为基 本电磁转矩和磁阻转矩 2 那么两式求得的磁阻 转矩是否相等呢 下面进行分析 电机稳态对称运行时 式 1 中e0 Lmdif E0 id Id iq Iq 在忽略定子电阻的条 件下 Iq Usin xq Id E0 Ucos xq 代入式 1 得 Tem m E0U xq sin E0U 1 xd 1 xq sin 在凸极同步电机中 由于交轴和直轴磁路磁 阻的不同 电机运行时 除基本电磁转矩以外 还会产生附加磁阻转矩 文献 1 给出了同步电机 在d q坐标系统中的转矩计算式 文献 2 给出了 同步电机在a b c坐标系统中的转矩表达式 然 而两式给出的磁阻转矩有较大差异 本文对此 进行比较分析 1 d q坐标系统中的转矩计算式 根据电机的基本理论 若采用功率不变约束 的坐标变换 在d q坐标系统中 同步电机的电磁 转矩为 12 2011 年第 4 期 理论与设计 U 2 2 1 xq 1 xd sin2 3 式 3 中 第一项与式 1 的第一项相对应 为基本电磁转矩 第二项与式 1 的第二项相对 应 为磁阻转矩 由式 3 和式 2 比较可知 虽 然两式的电磁转矩相等 但磁阻转矩明显不同 在式 3 中 磁阻转矩不仅仅与功角 电源电压 交直轴同步电抗有关 而且还与励磁电动势有 关 在励磁电动势等于0时 由式 2 和式 3 求 得的电磁转矩相等 根据电磁转矩产生的机理 式 3 中第一项为基本电磁转矩 第二项为磁阻 转矩 3 实例分析 以一台永磁同步电动机为例 在额定频率 下 励磁电动势E0 0 8 直轴同步电抗xd 0 4 交轴同步电抗xq 0 6 忽略电枢电阻 即R1 0 调节负载和电源电压U 使直轴电流Id 0 交轴 电流Iq 1 0 计算可得 U 1 0 36 87 式 2 和式 3 对应的电磁转矩标么值表达 式分别为 Tem E0 U xd sin U 2 2 1 xq 1 xd sin2 4 Tem E0 U xq sin E0 U 1 xd 1 xq sin U 2 2 1 xq 1 xd sin2 5 由此计算得到电机的电磁转矩 基本转矩 和磁阻转矩如表1 表1 转矩计算值 计算公式电磁转矩标么值基本转矩标么值磁阻转矩标么值 由式 4 计算0 81 2 0 4 由式 5 计算0 80 80 0 可以看出 两式算得的磁阻转矩相差较大 在此实例中由于直轴电枢电流Id 0 因此磁阻转 矩等于0 4 结论 本文对凸极同步电机电磁转矩的两个计算 公式进行了比较分析 指出了两式中磁阻转矩表 达式的不同 根据磁阻转矩产生的机理来确定磁 阻转矩的计算公式 参 考 文 献 1 唐任远等著 现代永磁电机理论与设计 北京 机械工业出版社 1997 2 汤蕴璆 史乃主编 电机学 北京 机械工业出版社 1999 4 收稿日期 2011 03 11 4 132kW 基频33Hz的变频调速异步电动机 样 机试验结果表明 电动机的低频性能良好 低频 和高频运行噪声及振动小 电机在低频1Hz 3Hz 运行时 无转矩脉动 频率在1Hz 3Hz下电流设 定为1 5倍额定电流 400A 时 电机堵转转矩大 于1 5倍额定转矩 2000Nm 电动机在3000r min定载运行时 其振动值为2 5mm s 电动机配 套的塔机于2003年4月在北京奥运会工地使用 速度调节范围为50r min 3000r min 提升机构频 繁起动 制动和正反转 其起动 制动 加速和减 速全过程平稳 机械冲击少 整个使用过程没有 出现任何故障 目前 这种起重变频电机受到了 广大用户的认可 在塔式起重机上已开始批量使 用 成为了我厂的主导产品 4 结语 本文针对起重电机和变频电机的性能和工 况特点进行了简单的分析 通过分析把两者的特 点有机地结合