单极感应式交流电机的双反应理论.doc

桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第4页 共4页能量转换,25卷,第3号(2010年9月)单极感应式交流电机的双反应理论Zhenxiu Lou, Kexun Yu, Liheng Wang, Zhang-ao Ren, and Caiyong Ye 摘要：这篇文章主要的目的是解决是否双反应理论适用于单极电感交流发电机的有关争议。首先，提出该理论的两个先决条件。对单极感应交流电机的直轴和正交轴的定义，以及电枢反应和相应的计算字段分别基于有限元方法。双反应理论的一个结论是适用于单极感应式交流电机所使用的空间叠加分析。索引词：电枢反应，单极感应式交流发电机，空间叠加分析，双反应理论。图1 单极感应式交流发电机的简化视图 图2 沿单极感应式交流发电机隙方向的运动I.介绍单极感应式交流发电机应用前景非常广阔，主要是因为其具有高速性，高可靠性和高功率。然而，许多关于单极感应式交流电机的理论还不明确，还需要更多的实际调查研究。例如，一个关于双反应理论是否适用于单极感应式交流电机的争议。Erdelyi等人声称双反应理论不能用于单极感应式交流电机，是因为单极感应式交流电机还没有正交，并且拥有两个不同的直轴，一条在转子齿中的轴和另外一条在转子中的转子轴，Siegl和Erdelyi2和Jokl等也提出了类似的声明。在此之后，单极感应式交流发电机的负载分析主要是基于数值方法46，这是费时的，因此不方便在实际应用中使用。Jain推导出了电枢反应电抗的公式，但他没能够提供足够深入的解释。对于电枢反应的磁场，对方没有考虑他的公式所以这公式是不正确的。Lorilla 8 and Tsao 9推导出了一个在派克变换基础上的数学电感，并设想他们的数值等于电枢反应电感。这一结论没有证明双反应理论适用于单极感应式交流电机，因此是没有说服力的。图3.左侧的直轴电枢反应场分布 图4.左侧的正交轴电枢反应场分布这篇文章的主要目的是化解争议。首先，对双反应理论前提条件的说明。其次，直接和单极感应式交流电机正交轴的定义，相应的电枢感应场要基于有限元素的方法计算。据以往的研究，一个相关的结论是双反应理论适用于曾经使用过的单极感应式交流电机的空间叠加分析。这篇文章解决了争议的问题，并且为先前的作品提供了理论支持。2009年9月5日投稿，2009年12月2日再次修订，2009年12月3日接受稿件。出版日期二一年二月十七日;当前日期版本2010年8月20号。文件。的TEC -00375- 2009。z的楼，于光，z的敖仁和C你们是与华中科技大学与技术学院，武汉，430074湖北，中国（电子邮箱：）。属王与京津电气技术（北京）有限公司，10012北京，中国。数字对象标识符10.1109/TEC.2009.2038370图5.直轴电枢反应场的分布II.双反应理论的前提条件双反应理论是建立于各自电机磁路对称的直接正交轴的前提之上的。这也就是说，直轴波形（或者正交轴）电枢对每个直接反应场轴（或正交轴）是完全一样的，因此直轴（或正交轴）电枢反应电抗是独一无二的。事实上，这就是双极反应理论适用于突极同步机械的原因。III.直轴和交轴电枢反应的计算一幅四极单极感应式交流电机如图1。为了便于理解，单极感应式交流电机是沿着圆周气隙方向扩大的，如图2。转子齿轴和内齿轴都定义为直接轴，被分别被命名为Dt和Ds，两条邻直接轴的平分线被定义为正交轴，分别称作Ql和Qr。直轴和正交轴之间的角度为90电度，正好符合了直轴和正交轴的物理意义。由于左边的电枢反应场是一个逆转的，并且在左边电枢反应相位差180度。只有左边的电枢反应场在这一部分是受过调查的。首先，将会对分布在左边的电枢反应场进行研究，直流电枢反应场的计算是基于有限元的方法。电枢反应磁势振幅相吻合的直轴，如图3所示，从这可以看出，直轴电枢反应的振幅在每个直轴领域是不同的。因此，双反应理论的前提条件并不令人感到满意。对这个例子可以做出同样的结论：电枢反应的振幅恰好同直轴Ds相符。其次，计算左边电枢反应场如图4所示，从图中可以看出，正交轴反应场是非对称的正交轴，因此双反应理论的前提条件一直不令人满意。这表明，当电枢反应场在左侧或者右侧进行独立调查的时候，双反应理论确实不适用于单极感应式交流电机。IV.基于空间叠加分析的双反应理论 空间叠加分析是一种重合在电枢反应场左侧与右侧的方法，根据定义，我们可以看到，这样的布置相当于电枢线圈，因此，这一方法对单极感应式交流电机的输出没有任何影响。事实上，只有这样，空间叠加分析才被采纳。单极感应式交流电机演示直接和正交轴电功能的空间叠加分析的的使用。因此，双反应理论是适用的。首先，直轴电枢反应场在双方都计算的情况下，电枢反应的振幅和直轴Dt相吻合。如图5所示，他们由此产生的电枢反应场的使用空间叠加分析。可以看出，由此产生的波形电枢直接反映在每个轴外场是完全一样的，因此，双反应理论的前提是令人满意的，虽然在插槽里的波形较多，这些谐波对产生的电枢反应场的对称性没有影响。从这个例子可以得出同样的结论：电枢反应的振幅于直轴Ds相吻合。其次，计算交轴电枢反应场的两个方面，如图6所示。在每一个交轴产生的电枢反应的波形也是一致的，这可以利用同样的结论。同步电机，直轴的波形电枢反应场将是同样的交轴，如果直轴气隙长度等于交轴气隙长度。当转子齿的宽等同于转子内齿的宽时，跟单极感应式交流电机是同样的结论。对于同步电机，当饱和时叠加原理不再适用。然而，关于空间叠加分析的适用性，饱和不会受到影响。这是因为空间叠加分析是一种基于不同的机器空间的方法。由此产生的电枢反应场是两侧的代数和。并且，这是一个点数线圈是否饱和与否的实际磁链。图6.交轴电枢反应场的分布V.结论基于空间叠加的分析，我们得出这样的结论：双反应理论是适用于单极感应式交流电机的。这意味着如果需要时，在做适当的修改之后，凸极同步电机的分析和设计方法是能够应用于单极感应式交流电机的。特别感谢在此特别感谢华中科技大学的马教授提供的技术支持。参考文献1 E. A. Erdelyi, F. C. Trutt, and R. E. Hopkins, “Saturated high-speedhomopolar alternators at balanced loads,” IEEE Trans. Aerosp., vol. AS-2, no. 2, pp. 929936, Apr. 1964.2 M. Siegl and E. A. Erdelyi, “Damper bars and their influence in operatinghomopolar inductor alternators for aerospace suppliesPart I: Determinationof saturated time-dependent reactances,” IEEE Trans. Aerosp.Electron. Syst., vol. AES-9, no. 6, pp. 925931, Nov. 1973.3 A. L. Jokl, L. I. Amstutz, and E. A. Erdelyi, “Nonsymmetrical, nonlinearaerospace alternators on nonlinear loads,” IEEE Trans. Aerosp. Electron.Syst., vol. AES-11, no. 3, pp. 298315, May 1975.4 E. A. Erdelyi, “Influence of inverter loads on the airgap flux of aerospacehomopolar alternators,” IEEE Trans. Aerosp., vol. AS-3, no. 2, pp. 711,Jun. 1965.5 M. Siegl, “Transient and subtransient behavior of homopolar inductoralternators” Ph.D. dissertation, Univ. Colorado, Boulder, CO, 1972.6 K. E. Schenk, E. F. Fuchs, and F. C. Trutt, “Load analysis of nonlinear homopolarinductor alternators,” IEEE Trans. Power App. Syst., vol. PAS-92,no. 2, pp. 442448, Mar. 1973.7 G. C. Jain, “Design aspects of a homopolar inductor alternator,” IEEETrans. Power App. Syst., vol. 83, no. 10, pp. 10091015, Oct. 1964.8 L. M. Lorilla, “Investigation of the homopolar inductor alternator forautomotive applications M.Eng. thesis, Depart. Elect. Eng. Computer Sci.,Massachusetts Inst. Technol., Cambridge, MA, May 2000.9 P. Tsao, “An integrated flywheel energy st