航空变频电源下笼型感应电机矩形转子槽结构优化分析.pdf

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1、航空学报Feb．252015V01．36No．2614-624ActaAeronauticaetAstronauticaSinIcaISSN1000-6893CN11·1929／VhttD：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cnDoI：10．7527／S1000一6893．2014．0052航空变频电源下笼型感应电机矩形转子槽结构优化分析杜肖飞1，侯砚泽2，孙楚1，周元钧1’*1．北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院，北京1001912．北京空间技术研制试验中心，北京100094摘要：当前大功率的航空发电机开始采用360

2、～800Hz的变频输出方式，在航空变频电源的直接供电下，感应电机的性能受到频率变化最大的影响是在高频时起动转矩太低。针对笼型感应电机，采用解析计算的方法对矩形转子槽尺寸进行优化，在不改变稳态性能的条件下获得最大起动转矩。深槽尺寸的变化将影响集肤效应系数和槽漏感2个方面，二者对起动转矩的作用相反。通过综合2个方面的因素，建立起包含槽型尺寸和频率的动态转子参数模型，并采用该动态转子参数对传统的转矩公式进行调整，进而获得关于转子槽尺寸的起动力矩解析式，同时基于该解析式实现对起动力矩的优化。采用该解析方法对7．5kw感应电机进行深槽转子优化，并对航空变频电源驱动

3、时的起动特性进行了仿真和样机实验，验证了该方法在矩形转子槽优化设计中的有效性。关键词：航空变频电源；感应电机；深槽转子；结构优化；起动力矩中图分类号：V242．4；TM343．3文献标识码：A文章编号：1000一6893(2015)02一0614—11自20世纪80年代“多电飞机”(MEA)的概念提出以来，飞机电气化发展愈加显著[1。2]，其中360～800Hz的变频交流电源作为新型的航空电源，开始应用在大型飞机上[3。]，逐步取代目前大部分飞机使用的400Hz的恒频电源。美国航空无线电委员会(RTCA)关于机载设备的DO一160G标准对航空宽变频(wF

4、)电源的输出频率规定为360～800Hz，输出电压规定为115V或230V[8

5、。由于良好的鲁棒结构和可靠性，在400Hz的航空恒频电源供电时，感应电机被广泛应用在飞机的电驱动系统中口]，驱动燃油泵和液压泵类负载。在航空变频电源供电时，由于这类负载设备不需要调速，因而也能够接受感应电机转速的变化，同时由于逆变器在恶劣环境(如燃油、液压油泵)下的低可靠性问题，研究人员考虑在一些感应电机的应用中不再采用逆变器。这类研究已经受到一些主要航空制造公司的关注，包括Goodrich和Boein一1¨¨。但是，当感应电机直接工作在恒压变频的电源下时，频率的增加不仅会导

6、致转速升高，而且会造成起动转矩的下降。因此，在航空变频电源供电的感应电动机的优化设计中，需要将高频(800Hz)时实现最大化起动转矩作为优化设计目标之一。采用深槽转子结构通常在一定程度上能够改善电机的起动性能，这主要是利用了深槽转子电阻和电感在起动过程中的集肤效应随频率变化的规律[12

7、，改善了起动转矩。但是，另一方面，深槽结构对电机性能存在的负面影响不能被忽略。收稿日期：2014—02-10；退修日期：2014一04-04；录用日期：2014．04-14；网络出版时间：2014．04．2108：02网络出版地址：www．cnkl．net／kcms／de

8、tail／10．7527／S1000．6893．2014．D052．html*通讯作者．Tel．：010—82317304E—maI

9、：zhouyuaniun@bu∞．edu．cn飘角接武lDUxF，HouYZ，Sunc，eta

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15、ca。2015．36(2)：614．624．杜强飞．侯税泽．孙楚．等i航空变频电

16、源下笼型感应电执矩形转子槽结构优化分街[JI。航空学报．2015．36(2)：614-624．杜肖飞等：航空变频电源下笼型感应电机矩形转子槽结构优化分析目前针对深槽感应电机的研究很多，主要涉及矩形槽的深槽效应口引、瞬态建模和仿真m。引、动态电磁转矩的调整[17。鲴以及考虑转子槽型的瞬态分析[20‘2妇等。本文在选择一种将深槽建立为双转子支路等效电路模型[2胡的基础上，研究了以起动转矩最大化为目标的转子槽深优化设计方法。本文通过双转子支路等效电路模型来分析槽深与集肤效应、槽漏感变化的规律，建立关于槽型结构的起动转矩方程。首先，本文将起动过程中动态的转子参数

17、建立为关于转子槽尺寸和频率的函数，并将其引入到传统的转矩方程中，从而得到起动状态