雙直線感應(yīng)電機(jī)試驗(yàn)技術(shù)研究

鞠海林

【摘要】 本文在分析直線感應(yīng)電機(jī)原理的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)能量互饋式雙直線感應(yīng)電機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)雙電機(jī)進(jìn)行合理控制，使其中一臺(tái)電機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)，另一臺(tái)工作在發(fā)電狀態(tài)，系統(tǒng)用于模擬電動(dòng)機(jī)負(fù)載特性，并能將電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能，回饋到電網(wǎng)。

【關(guān)鍵詞】 雙電機(jī) 試驗(yàn)系統(tǒng) 能量 流動(dòng)

隨之工業(yè)的飛速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)和人民生活中越來越離不開電氣設(shè)備。直線感應(yīng)電機(jī)作為電氣設(shè)備的重要組成部分，廣泛應(yīng)用于機(jī)床、汽車、礦上、醫(yī)療等多個(gè)關(guān)系國(guó)計(jì)民生的領(lǐng)域。本文在研究直線感應(yīng)電機(jī)原理和數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了雙直線感應(yīng)電機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)。

一、直線電機(jī)

直線電機(jī)按工作原理分，一般較常使用的種類包括直線直流電機(jī)、直線感應(yīng)電機(jī)、直線同步電機(jī)以及直線步進(jìn)電機(jī)。其中直線感應(yīng)電機(jī)是由普通旋轉(zhuǎn)感應(yīng)電機(jī)演變而來的。把鼠籠式感應(yīng)電機(jī)沿徑向刨開并將它，則是由普通旋轉(zhuǎn)感應(yīng)電機(jī)直接演變而來的。定子演變而來的一邊稱為初級(jí)，轉(zhuǎn)子演變而來的一邊稱為次級(jí)。當(dāng)直線感應(yīng)電機(jī)進(jìn)入到一個(gè)新的磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)，空氣氣隙磁場(chǎng)強(qiáng)度增加拉直；電機(jī)離開時(shí)，次級(jí)磁場(chǎng)會(huì)消失。電機(jī)進(jìn)入和離開時(shí)次級(jí)磁場(chǎng)的變化會(huì)在次級(jí)區(qū)域里產(chǎn)生渦流，這個(gè)渦流會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)去削弱本區(qū)域內(nèi)氣隙磁場(chǎng)的變化，這種效應(yīng)稱為動(dòng)態(tài)邊端效應(yīng)。

二、試驗(yàn)系統(tǒng)

為了便于說明互饋系統(tǒng)的具體調(diào)節(jié)過程，這里規(guī)定LIM-1為被試（牽引）電機(jī)，初級(jí)定子頻率為fs1，輸出電磁推力Fe1；LIM-2為陪試電機(jī)，初級(jí)定子頻率為Fe2，輸出電磁推力為Fe2；兩臺(tái)直線電機(jī)同軸相聯(lián)速度為v，折算后電頻率為fR，能量互饋式雙直線感應(yīng)電機(jī)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的原理圖如圖1所示。同時(shí)規(guī)定與直線電機(jī)速度v方向相同的推力為“+”，相反的為“-”。直線電機(jī)LIM-1的轉(zhuǎn)差頻率：

當(dāng) fs11=fs1-fR （1）

直線電機(jī)LIM2的轉(zhuǎn)差頻率為：

fs12=fs2-fR （2）

三、系統(tǒng)能量流動(dòng)

雙直線電機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)最主要的特點(diǎn)是能量互饋流動(dòng)，即在“雙逆變器一電機(jī)”的內(nèi)部之間實(shí)現(xiàn)互饋，并且還能經(jīng)過四象限變流器反饋到電網(wǎng)。下邊以直線電機(jī)LIM1和LIM2分別工作在電動(dòng)和發(fā)電工況為例，對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)的能量流動(dòng)關(guān)系進(jìn)行說明，如圖2所示。圖2中Ps為電網(wǎng)輸入功率；PR，P11，P12分別為四象限變流器REC、逆變器INV1和逆變器INV2的開關(guān)損耗，Pin1、Pem1和Pout1分別為直線電機(jī)1的輸入電功率、電磁功率和輸出機(jī)械功率；Pin2、Pem2和Pout2分

別為直線電機(jī)2的輸出電功率，電磁功率和輸入機(jī)械功率；

PFe1和PFe2分別為直線電機(jī)1和2的鐵芯損耗；Pcul2和Pcul2分別為直線電機(jī)I和2的初級(jí)定子銅耗；Pcu21和Pcu22分別為直線電機(jī)1和2的次級(jí)轉(zhuǎn)子銅耗；Pz1和Pz2分別為直線電機(jī)1和2的機(jī)械損耗和附加損耗之和。直線電機(jī)1的輸入電功率Pin1經(jīng)過一系列損耗后傳遞到聯(lián)接軸端輸出機(jī)械功率

Pout1，由于兩電機(jī)同軸聯(lián)接，因此Pout1=Pout2，實(shí)現(xiàn)了能量從直線電機(jī)1到直線電機(jī)2的傳遞，而Pout2又經(jīng)過一系列損耗后流回到公共直流母線側(cè)，完成了能量回饋。（圖2）

四、結(jié)論

節(jié)能環(huán)保是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的方向。本文設(shè)計(jì)的能量互饋是雙直線感應(yīng)電機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)，雙直線感應(yīng)電機(jī)分別工作在發(fā)電和電動(dòng)狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)負(fù)載特性的測(cè)試，同時(shí)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的機(jī)械能通過發(fā)電機(jī)反饋到電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了能量的循環(huán)利用。

參考文獻(xiàn)

[1] 周揚(yáng)忠，胡育文.交流電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.1～4

[2] 王成元，夏加寬，孫宜標(biāo).現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.56～59

[3] 楊祖泉，姚緒梁，舒小芳.異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的仿真研究[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2004，8（4）：329—332