线圈连接
电机工程学术语
线圈连接是指多种不同作用的线圈,如驱动线圈、脉冲线圈、检测线圈等与相应工作电路连接,从而实现具体功能。单级多极矩是由多个线圈沿周向排列而成,且单级多极矩的每个线圈之间彼此独立,因此其线圈间的通电模式和连接方式是多样化的。在线圈结构不变的情况下,线圈的连接方式会影响回路的放电电流波形,从而影响电磁发射效率。
线圈连接定义
线圈连接是指多种不同作用的线圈,如驱动线圈、脉冲线圈、检测线圈等与相应工作电路连接,从而实现具体功能。多极矩电磁发射是一种新型电磁发射技术,其可调参数多、驱动线圈连接方式灵活的特点对发射效率有较大的影响。从等效电路出发,分析了电枢受力公式及波形匹配问题,并通过电磁场有限元分析研究了不同电压值( 电容值) 和多级电磁发射情况下六极矩驱动线圈间的连接方式对发射效率的影响。研究结果表明: 为了达到较大的发射效率,不同电压值( 电容值) 需匹配不同的驱动线圈连接方式; 在多级六极矩电磁发射情况下,电枢速度改变的同时要改变驱动线圈的连接方式,可以在电容值改变较小的情况下实现较好的波形匹配,从而提高发射效率。传统的感应型电磁发射由于结构不同可分为线圈型电磁发射和重接型电磁发射,它们都可以实现电枢与驱动线圈无摩擦高速发射。多极矩电磁发射( MFEL) 是一种新型电磁发射技术,具有推力大、悬浮稳定等优点,适合大质量、大口径的抛体,并具有高速发射的潜力。提到 MFEL模式并通过仿真得到其具有轴向推力大的结论。通过建立数学模型和仿真得到六极矩电磁发射综合性能相对较好。对六极矩电磁发射实验进行了详细的分析论述,论证了 MFEL 的可行性和广泛的应用潜力。由于单级多极矩是由多个线圈沿周向排列而成,且单级多极矩的每个线圈之间彼此独立,因此其线圈间的通电模式和连接方式是多样化的。从仿真和实验的角度论证了相邻线圈通反向电流有利于磁力线的重接,从而提高发射效率,但没有讨论驱动线圈之间串并联组合对发射效率的影响。由于驱动线圈之间的连接不同,则放电回路中总电感值不同,因此,在线圈结构不变的情况下,驱动线圈的连接方式会影响回路的放电电流波形,从而影响电磁发射效率。
线圈连接方式
线圈连接方式对单边磁拉力的影响进行了研究,得出了线圈并联有利于减小的转子偏心带来的影响,减小SRM运行时的振动噪声这一结论,但由于分析条件的限制并未进行全面的论证分析。 转子偏心时,并联线圈的端电压相等,对应的气隙磁通相等,因此定子各齿极所受到的电磁力大小相等,没有单边磁拉力的作用,转子偏心也不会被恶化,但气隙磁导的变化,会造成各线圈的电流不均。以上分析没有考虑绕组相间互感和线圈电阻的影响,但在实际情况下,电机互感和线圈电阻必然存在。由于转子偏心的影响,对应气隙小的线圈,其相间互感变大、线圈电流变小,因此互感电势变大、线圈电阻压降变小,使得线圈感应电势变大,其气隙磁通也就相应变大;而对应气隙大的线圈,相间互感减小、线圈电流变大,因此互感电势减小、线圈电阻压降变大,使得线圈感应电势变小,其气隙磁通也就相应减小。因此,线圈并联时由于互感电势和线圈电阻压降的影响,各线圈对应的气隙磁通并不相等,气隙减小处的磁通大于气隙增大处的磁通,因此也会产生一定的单边磁拉力,方向同转子偏心的方向,但由于相间互感和线圈电阻的影响相对较小,线圈并联所产生的单边磁拉力要远小于线圈串联理论分析、瞬态有限元仿真和振动实验,分析了一相绕组线圈连接方式对SRM转子偏心时产生的单边磁拉力的影响,结果表明:线圈并联时产生的单边磁拉力要远小于线圈串联时,采用全并联的线圈连接方式,将有利于减小SRM运行时的振动和噪声。瞬态有限元分析方法对定、转子铁心受到的径向磁拉力和单边磁拉力的研究,也为进一步分析单边磁拉力对高速/超高速SRM转子动力学性能的影响打下了基础。
线圈连接的应用
在开关磁阻电机中
开关磁阻电机由于结构简单、坚固等优点而得到广泛的应用,但是显著振动和噪声的问题在一定程度上限制了开关磁阻电机的应用,针对电机实际运行过程中存在的转子偏心现象,不同线圈连接方式下,转子偏心对气隙磁场的影响,建立了开关磁阻电机转子偏心的有限元瞬态分析模型,研究线圈连接方式对瞬态的单边磁拉力,结果表明:当线圈并联时产生的单边磁拉力要小于线圈串联时产生的单边磁拉力。采用全并联的线圈连接方式,将有利于减小电机运行时的振动噪声。 开关磁阻电机(switched reluctance machine,SRM)与传统电机相比,具有结构简单,调速性能优异,效率高,可靠性好等优点,但振动噪声问题制约了它的发展和在相关领域的应用,是SRM研究的难点和热点之一SRM运行时,双凸极的定、转子磁极间存在脉动的切向和径向磁拉力,脉动的切向磁拉力产生脉动的电磁转矩,它使转子运行不平稳,产生振动和噪声。电磁转矩脉动曾一度被视为SRM噪声的主要成因,而现有的研究表明SRM定子受到径向磁拉力作用而产生的振动和变形才是噪声的主要根源,特别当径向磁拉力的谐波频率和定子的固有频率一致时,电机的振动和噪声明显增大因此,研究电机定子振动特性对于降低电机噪声有着非常重要的作用国内外学者针对SRM电机本体设计和控制策略,提出了很多方法来改善SRM的振动和噪声问题,取得了一定的成效。但电机带载运行时,特别是重载时,由于电机机械加工精度或者轴承磨损等问题,必然使转子产生偏心,导致其气隙不均。SRM的气隙很小,且气隙的磁导率远小于铁磁材料,气隙的细微变化就可能引起气隙磁通分布的较大变化,从而产生较大的径向磁拉力差,即出现单边磁拉力,使得SRM的振动和噪声恶化特别对高速/超高速SRM,周期脉动的单边磁拉力还会对电机转子动力学性能带来不利影响,将降低SRM的高速性能。
在MFEL 系统中
MFEL 系统是由脉冲电容器、闭合开关、二极管、驱动线圈、抛体电枢、检测控制芯片和位置传感器组成。其发射过程是: 当位置传感器检测到抛体电枢运动到触发位置时,控制电源的开关闭合,脉冲电容器向驱动线圈放电,驱动线圈产生径向脉冲磁场,并在抛体电枢上感应出反向涡流,驱动线圈产生的磁场与抛体电枢的涡流作用产生安培力,从而驱动抛体电枢运动。由于电枢的触发放电位置会影响发射效率,将取得最大发射效率时的触发放电位置称之为最佳触发位置。由于不同线圈连接方式下的线圈电流波形是不同的,其最佳触发位置也就不同,通过不断改变每组触发放电位置并进行仿真,直至得到最大发射效率,此时的触发放电位置便是最佳触发位置为了实现较好的波形匹配,驱动线圈的电流也需要脉宽逐渐变窄的波形,因此通过减小电容提高电压的方式可以提高发射效率。而六极矩电磁发射却可以通过改变驱动线圈的连接方式来改变驱动线圈电流的幅值及脉宽,在电容值不变或改变较小的情况下实现不同发射速度下较好的波形匹配,从而提高发射效率。驱动线圈连接方式对发射效率有影响。利用有限元软件分析了单级和多级电磁发射情况下驱动线圈的连接方式对发射效率的影响,研究结果表明不同发射条件下匹配不同的驱动线圈连接方式有利于提高发射效率。最后,搭建了单级六极矩电磁发射实验平台,从实验的角度验证了以上结果。
在电容器与串联电抗器中
放电线圈跨接在电容器与串联电抗器两端的可行性,理论分析和数值计算证明放电线圈的这种跨接并不影响电容器回路的放电特性,且有利于放电线圈的安全运行和产品型号规格的简化。同时,还指出在采用相差动保护的电容器线和需要直接检测电容器端电压的场合,放电线圈不能使用跨接方式。放电线圈连接方式的更改不影响其放电性能已获论证。但是,作为一种技术措施或者一种技术方案无不存在利弊之处,值得深入研讨。笔者通过对跨接方式的关联问题的初步分析,提出以下见解:如放电线圈兼作相电压差动保护用时,跨接方式不适用,除非放电线圈另作设计。如放电线圈采用跨接方式且兼作开口三角电压保护用时,只需将保护整定算式中电容器组额定相电压改为电容装置接入处母线平均运行相电压,或者设计依据的母线相电压即可。若须用放电线圈直接监测电容器端电压时,跨接方式不适用。放电线圈采用跨接方式时,其运行电压同于母线电压(包括稳态过电压和操作过电压),均低于并接方式的电容器组端电压,有利于安全运行;且其额定电压不必与电容器组额定电压相对应,有利于产品型号规格简放电线圈采用跨接方式与并接方式的放电过程是近似等效的,即在电容器组放电回路中加入串联电抗器,并不影响放电线圈达到预期的放电性能要求;放电线圈采用跨接方式,有利于安全运行和产品型号规格的简化。
最新修订时间:2022-08-26 10:24
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概述
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参考资料