本发明专利技术提出一种航空变频电源系统深槽转子异步电动机设计方法，应用于航空变频交流供电领域。该方法在现有异步电动机结构设计的基础上，首先进行变频电源供电系统电机启动特性分析，确定不同频率下异步电机起动电流和起动转矩的关系，然后考虑深槽转子电机的集肤效应，分析改变深宽比对转子电阻和漏抗的影响，并推导其计算公式。再考虑电源频率的影响，综合设计转子深宽比，实现异步电动机最佳启动性能。最后通过仿真验证方法的可行性。在进行深槽设计时，保证槽面积不变，以实现正常运行时转子铜损耗基本不变。本发明专利技术方法在不改变异步电动机槽面积的前提下，实现了对变频电源系统带载异步电动机起动性能的优化，并保证了正常运行时的系统性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于航空变频交流供电领域，具体涉及。
技术介绍
变频交流电源系统具有结构简单、能量转换效率高、功率密度高等优点。但是由于其输出频率变化范围大，难以满足机载电子设备对供电品质的要求，其发展曾一度受到了限制。随着电力电子技术的发展及其在飞机上的应用，变频交流电源系统更易于构成变频交流起动发电系统，因此在最新研制的大型民用飞机上得到了很好的应用，如空客A380，其主电源采用电压为115/200V，频率为360-800HZ的变频电源。然而，采用新的供电体制会出现新的问题和与之相对应的关键技术需要突破，在 应用上需要更多的研究以适应供电系统的变化。电源系统频率的宽范围变化，对用电负载影响最大的是异步电动机。这将导致电机转速的宽范围变化。航空上部分电驱动设备因不能接受这种电机的转速变化，须增加电源变换器。而另有部分电力设备因自身有调节能力，能够接受电机的这种转速变化，可以将异步电动机直接连接在电网上接受变频电源供电。随着电源频率的上升，异步电动机定转子漏抗增大，电机变为弱磁状态，与交流调速中的基速以上的弱磁调速特性相似，机械特性如图2所示，图中的负载转矩为恒功率负载转矩。由电机的起动电流与起动转矩公式，可看出在变频电源系统异步电动机的设计中存在以下两个问题一、若将电机设计频率选在低频(360Hz左右)，则高频时(800Hz)电机的起动转矩Tst很小，很难满足航空电机的起动和过载要求；二、若将设计频率选择在比较高的频率(高于500Hz)，虽然可以提高高频时的起动转矩Tst，但会导致低频(360Hz)时电机的严重磁饱和，使起动电流Ist增大，功率损耗严重增大。三、若通过增大电机设计功率来增大起动转矩Tst，则不仅增加电机的体积和重量，而且使电机效率下降，再者起动电流Ist也会随之增大。为从结构上改善异步电动机起动性能，可在不改变槽面积的情况下采用深槽设计。深槽电机起动时，转子电流频率最高(f2 = f\)，转子漏抗远大于电阻，产生集肤效应使上部电流密度大，转子电阻V 2增大。而当电机达到正常转速时，由于f2减小，集肤效应基本消失，转子电阻恢复正常。此外，由于这种“挤流〃作用，还会导致的转子绕组漏抗Γ 12变小。而转子电阻增大，能够非常有效地提高起动转矩，减小起动电流。而转子漏抗Γ 12减小也在一定程度上提高起动转矩。由此可见，转子槽形的深宽比越大，电机起动时集肤效应就越明显，在电源频率不变的情况下，转子槽深宽比khb集肤效应的关系如图3(a)所示。另一方面，转子漏抗包括槽漏抗、谐波漏抗、端部漏抗和斜槽漏抗，其中槽漏抗与转子槽形的深宽比khb有关，其他漏抗与khb基本无关。即khb的增大会导致转子漏抗的增大，图3(b)给出了转子槽深宽比khb与转子漏抗的关系。由图3(b)可见随着khb的增大，槽漏抗几乎线性增大。当转子槽形的深宽比增大到一定程度时，槽漏抗增大对起动转矩的影响可能会彻底掩盖集肤效应对起动转矩的改善效果。如何在变频电源系统下，选择最优深宽比保证异步电动机起动性能一直是困扰设计人员的难题。目前可以检索到国内外异步电动机设计的参考资料，但对于新型变频电源供电系统中，异步电动机设计的内容非常少。鉴于国外对我国相关技术采取封闭政策，我们对国外变频电源中感应电机的设计无从得知，我国对变频电源供电系统的研究也刚刚起步，到目前为止我国尚未有适合于工程应用的变频系统异步电机的设计方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决在不改变异步电动机正常运行的前提下，实现了改善航空变频电源供电体系下异步电动机起动特性的目的，提出了，为多电飞机新型变频交流供电系统下，改善异步电动机的起动性能提供一种实用、易实现且改善效果明显的深槽设计方法。 本专利技术提出，具体包括步骤一、进行变频电源供电系统电机启动特性分析，确定不同频率下异步电机起动电流和起动转矩的关系。步骤二、考虑深槽转子电机的集肤效应，分析改变深宽比对转子电阻和漏抗以及不同频率下集肤效应的影响，并推导其计算公式。步骤三、分析深宽比的增大对转子槽漏抗的影响，综合设计转子深宽比，实现异步电动机的最佳起动性能，限制低频起动电流，增大高频起动转矩。步骤四、根据得到的深宽比最佳值，设计航空变频电源系统深槽转子异步电动机，然后对设计出的异步电动机，进行系统仿真，验证其可行性。本专利技术的优点和积极效果在于(I)在常规异步电动机结构设计的情况下，能够较大程度地改善电机起动性能，限制低频起动电流，增大高频起动转矩；(2)考虑了集肤效应对转子电阻及漏抗的影响，采用深槽设计能够更好地利用集肤效应的正面影响；(3)在设计电机深宽比时，保证不改变槽面积，兼顾异步电机高频和低频性能，实现起动性能的最优。附图说明图I是本专利技术方法的步骤示意图；图2是变频电源供电时异步电动机机械特性；图3是不同频率下的集肤效应效果；图4是800Hz下不同深宽比槽形的变化；图5是转子槽形深宽比与起动转矩的关系；图6是不同深宽比槽形的异步电动机在不同频率下的起动特性；图7是深宽比为8. 2电机不同频率下的机械特性。具体实施例方式下面结合附图及实施例对本专利技术进行详细说明。本专利技术的，主要包括两部分基于恒频交流供电体系下的异步电动机深宽比设计方法，变频供电时的深宽比最优设计方法。流程如图I所示，本专利技术方法在常规异步电动机设计的基础上，进行变频电源供电系统下深槽转子设计的方法如下步骤一、进行变频电源供电系统电机启动特性分析，确定不同频率下异步电机起动电流和起动转矩的关系。当异步电动机由115V，360 800Hz的变频电源供电时，随着电源频率的上升，定 转子漏抗增大，电机变为弱磁状态，机械特性如图2所示，图中的负载转矩为恒功率负载转矩。电机参数满足汛+R' 2)2〈〈(Xn+X' 12)2，其中，RdPr 2分别表示定子电阻和转子电阻归算值，X11和V 12分别表示定子漏抗和转子漏抗归算值。则起动电流Ist、起动转矩Tst分别满足本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种航空变频电源系统深槽转子异步电动机设计方法，其特征在于，包括以下几个步骤：步骤一、进行变频电源供电系统电机启动特性分析，确定不同频率下异步电机起动电流和起动转矩的关系；航空变频电源系统为115V，360～800Hz；异步电动机的参数满足：(R1+R′2)2Ist=U12πf1Ll1+Ll2′,Tst=3pnU12R2′8π3f13(Ll1+Ll2′)2其中，U1为定子电压，f1为感应电动势的频率，Ll1和L′l2为定子漏感和转子漏感值，pn为电机极对数；步骤二、考虑深槽转子电机的集肤效应，分析改变深宽比对转子电阻和漏抗以及不同频率下集肤效应的影响，并获取其计算公式；用电阻变化系数KF及电抗变化系数Kx来描述集肤效应，其公式分别为：其中，为电阻变化系数函数，为电抗变化系数函数，ξ＝αh，h为转子笼矩形导条高度，α为透入深度，表示为：α=bbsπf2μ0ρ其中，b为导条宽度，bs为槽的宽度，f2为转子电流频率，μ0为真空磁导率，ρ为转子导条电阻率，对电阻变化系数KF、电抗变化系数Kx进行线性化，得：KF=2.71×10-3f1+1.2743·(Kfb8)0.46,Kx=0.84788-5.13×10-4f1·(Kfb8)-0.46其中，Kfb为深宽比；步骤三、根据深宽比的增大对转子槽漏抗的影响，综合设计转子深宽比，实现异步电动机的最佳起动性能，限制低频起动电流，增大高频起动转矩；以正常转速下各物理量为标准，采用标幺值形式分析起动性能，随着深宽比的增大，导致转子槽漏抗增大，以标幺值表示其关系为：Xl2′=Kfb8+0.5转子电阻标幺值表示为电阻变化系数KF，转子漏抗标幺值应为集肤效应与深宽比的共同作用，其对应函数为Kx·X′l2，定子电阻标幺值为1，将以上阻抗变化系数公式代入起动电流和起动转矩公式中，则设目标函数为Tst/Ist，当目标函数取值最大时，系统性能最佳，整理标幺值形式目标函数，为：Tst/Ist=3(2.71×10-3f1+1.2743)·(Kfb8)0.464[1+(0.84788-5.13×10-4f1)·(Kfb8)-0.46·(Kfb8+0.5)]对深宽比Kfb求其导函数，并令其分子为0，并整理可得关系式：(Kfb8)-0.54+(0.84788-5.13×10-4f1)·(Kfb8)-1=0.173(0.84788-5.13×10-4f1)通过解非线性方程，求出深宽比的最佳值；步骤四、根据得到的深宽比最佳值，设计航空变频电源系统深槽转子异步电动机，然后对设计出的异步电动机，进行系统仿真；根据得到的深宽比最佳值，设计航空变频电源系统深槽转子异步电动机，进行系统仿真，验证异步电动机的可行性。FDA00001876130300013.jpg,FDA00001876130300014.jpg,FDA00001876130300015.jpg,FDA00001876130300016.jpg...
【技术特征摘要】
1. 一种航空变频电源系统深槽转子异步电动机设计方法，其特征在于，包括以下几个步骤 步骤一、进行变频电源供电系统电机启动特性分析...
【专利技术属性】
技术研发人员：王娜，肖春燕，杜肖飞，周元钧，郭农生，沈琳，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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