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內容簡(jiǎn)介：河南省高校杰出科研人才創(chuàng )新工程項目1引言90年代初，世界上開(kāi)始對直線(xiàn)同步電動(dòng)機驅動(dòng)垂直運輸系統的理論和試驗研究，它將是對傳統旋轉電機驅動(dòng)垂直運輸系統的重大變革，由于其有著(zhù)重大的理論研究?jì)r(jià)值和十分誘人的應用前景，日益受到人們重視。它主要包括高層建筑電梯和礦井提升系統兩個(gè)方面的應用。

　　自然科學(xué)基礎研究項目（ 99470001）河南省自然科學(xué)基金（ 004040500）河南省高校杰出科研人才創(chuàng )新工程項目1引言90年代初，世界上開(kāi)始對直線(xiàn)同步電動(dòng)機驅動(dòng)垂直運輸系統的理論和試驗研究，它將是對傳統旋轉電機驅動(dòng)垂直運輸系統的重大變革，由于其有著(zhù)重大的理論研究?jì)r(jià)值和十分誘人的應用前景，日益受到人們重視。它主要包括高層建筑電梯和礦井提升系統兩個(gè)方面的應用。其動(dòng)力源采用永磁直線(xiàn)同步電動(dòng)機（ PM LSM ），可能是目前唯一最好的方案，但PMLSM本身還有許多理論和技術(shù)問(wèn)題需要解決，其理論研究尚不完善。它的解析研究目前集中在一維穩態(tài)方面，主要有磁路法、等效電路法等[ 1～6].它一般是將電機理想化，即取電機的一個(gè)極距為求解區域，將繞組和永磁體等效成正弦電流層，忽略鐵心開(kāi)斷、邊端效應、補償繞組、端部半填槽、三相繞組實(shí)際不平衡等因素的影響，因此，它基本上是沿用旋轉電機的分析方法。關(guān)于PMLSM的二維解析，國內外目前尚未見(jiàn)系統研究的報道盡管用二維有限元數值解法求解PM LSM的磁場(chǎng)性能已有大量文獻發(fā)表，但它給出的不是解析表達式，而且有些場(chǎng)合似乎并無(wú)十分必要。文獻[ 7～8]提出整體分層線(xiàn)性模型和磁體逐極法、逐槽電流法，用傅里葉解析的方法求解二維穩態(tài)場(chǎng)分布。計算結果表明傅里葉解析方法求解PMLSM是十分合適有效的。
　　本文以隱極型永磁直線(xiàn)同步電動(dòng)機為例（圖1），在文獻[ 7～9]基礎上，基于場(chǎng)路結合法，進(jìn)一步詳盡地給出了二維場(chǎng)及性能計算公式，它較好地考慮了結構特點(diǎn)、諧波、縱向邊端效應及電流不對稱(chēng)等影響。本文方法同樣適用于凸極機，并可進(jìn)一步應用于其它類(lèi)型同步電機的穩態(tài)計算。
　　2分析模型永磁直線(xiàn)同步電動(dòng)機的物理模型如圖1所示。
　　坐標原點(diǎn)位于初級繞組中心， x軸（為縱向）位于初級槽的底部。為簡(jiǎn)化分析假定：（ 1）磁場(chǎng)沿電機橫向設為不變，因此可作為二維場(chǎng)來(lái)處理。（2）初、次級鐵心部分各向同性，磁導率無(wú)窮大，電導率為0永磁體的回復磁導率x、y方向相同，且等于空氣導磁率。（3）將初級的齒槽區域用均勻的各向異性體的結基于場(chǎng)路結合的永磁直線(xiàn)同步電機的解析計算汪旭東王兆安袁世鷹，等構代替[ 9]，該區域磁導率沿x方向分別為：1.次級鐵軛2.永磁體3.槽繞組4.齒5.初級鐵軛本文建立圖2所示的二維整體分層線(xiàn)性模型，圖中，電流層位置G可在各自作用高度內變動(dòng)，以此考慮電樞槽高及永磁體磁化高度分布的影響。
　　模型包括一個(gè)各向異性的初級（區域Ⅱ）和一個(gè)各向同性的次級及氣隙（Ⅰ）區域Ⅰ、Ⅱ又以電流片為界分成兩個(gè)區間Ⅰ′、Ⅰ″和Ⅱ′、Ⅱ″區域以外的區域為鐵磁材料層， L≈∞。
　　3磁場(chǎng)解析根據麥克斯韋電磁場(chǎng)方程和邊界條件應用傅里葉積分變換法，經(jīng)過(guò)嚴格推導，可解出勵磁磁場(chǎng)和電樞磁場(chǎng)分別作用時(shí)各區的磁場(chǎng)分量的解析表達式（式中，以上標p和s分別表示永磁體和電樞單獨作用），將兩者疊加即可得到合成磁場(chǎng)分布，其中，氣隙 g）合成磁場(chǎng)分布為：式中， h為永磁體磁化方向高度， h為槽中繞組的高度， H為矯頑力， k1、k2為永磁體分布在x軸負向和正向的磁體數目， Z為槽數， W為線(xiàn)圈匝為任一槽的位置， I為任一槽雙層繞組線(xiàn)圈上下圈邊電流， x為動(dòng)子位移， J為永磁體和初級等效電流層的傅立葉變換式。
　　4參數計算4. 1勵磁電勢的計算永磁體勵磁磁場(chǎng)對電機的作用，可用勵磁電勢來(lái)反映，它即為動(dòng)子永磁體在同步速度V下穩定運行時(shí)，其勵磁磁場(chǎng)在電樞繞組中感應的電勢E一線(xiàn)圈a中的感應電勢：微電機2001年第34卷第1期（總第期）式中， A為電樞繞組區域的平均磁位， X為角頻率， X= V P/ T， b為永磁體橫向寬度， y1為線(xiàn)圈的節距。相電勢（如A相）是一相繞組所有串聯(lián)線(xiàn)圈的感應電勢之和， e a，其大小與動(dòng)子位移x有關(guān)，求取其一個(gè)周期內的平均值即為勵磁電勢E（幅值）。對于三相對稱(chēng)布置的繞組，各相電勢大小相4. 2同步電抗X的計算同步電機代表由電樞電流引起的總電抗。包括電樞漏抗和電樞反應電抗以相為例：式中， I為A相繞組電流， e′為三相電樞電流合成磁場(chǎng)在A(yíng)相繞組區域產(chǎn)生的感應電勢， e′電樞反應電抗X是表征能量轉換的重要參數，它可看成是電樞反應磁通（電樞磁通穿過(guò)氣隙到達動(dòng)子永磁體區部分）在A(yíng)相繞組產(chǎn)生的電勢e″與A相電流I的比例系數。
　　由前面分析可知，同步電抗X中已經(jīng)包括了槽漏抗和諧波漏抗總漏抗： X總阻抗： Z分別為電機繞組電阻和端部漏抗。
　　各場(chǎng)量的表達式（ 2）～（ 4）是積分形式的傅立葉反變換，對于它的求解有多種方法，直接求解計算量稍大。實(shí)踐證明采用快速傅立葉變換（ FFT ）算法可以迅速解出各場(chǎng)量，而且有較好的精度。
　　4. 3線(xiàn)電壓方程式由于一般采用對稱(chēng)電源三相三線(xiàn)制星形（ Y）連接方式供電，永磁直線(xiàn)同步電動(dòng)機穩態(tài)正常運行時(shí)，電源線(xiàn)電壓和勵磁線(xiàn)電勢仍然是對稱(chēng)的，但電機各相的電壓、電流、阻抗均不對稱(chēng)。因此，穩態(tài)性能計算中，不能再采用慣用的相電壓方程和單相等值電路，而應采用如下的線(xiàn)電壓平衡方程：設線(xiàn)電壓和線(xiàn)電勢有效值為l，功角為D，選為參考相量， E 4. 4等值電路圖永磁直線(xiàn)同步電動(dòng)機的二端口線(xiàn)電壓等值電路如圖3所示，由它可方便地列出線(xiàn)電壓平衡方程式，從而準確計算穩態(tài)運行電流、電磁功率、效率、功率因數及推力。
　　5性能計算5. 1三相電流由式（ 5）可解出三相電流為：5. 2電磁功率P及電磁力F式中， I分別為的共軛復數 V為同步速度， V 5. 3功率因數cos5及效率G復功率： S 6結果分析實(shí)驗樣機主要參數為：氣隙g = 8mm槽數Z磁體寬次級材料：釹鐵硼（ NdFeB）按本文電磁計算公式編制的設計程序計算了該電機的穩態(tài)性能，如表1所示。表1為三相電流和功率因數的計算值與實(shí)驗值的比較計算結果與實(shí)驗值吻合。
　　基于場(chǎng)路結合的永磁直線(xiàn)同步電機的解析計算汪旭東王兆安袁世鷹，等繞組破損處。
　　（ 5）對于無(wú)避雷器或避雷器失效的，應加設避雷器或重新校驗避雷器。
　　4繞組相間短路4. 1故障現象電機無(wú)法起動(dòng)電機供電回路熔絲熔斷或開(kāi)關(guān)跳閘電機繞組冒煙，有燒焦味。
　　4. 2檢查結果相間短路部位的多股導線(xiàn)燒斷，其周?chē)秀~熔點(diǎn)。
　　4. 3故障原因及處理方法（ 1）對于下線(xiàn)時(shí)導線(xiàn)表面絕緣劃傷或繞組端部絕緣不好的電動(dòng)機，應將燒傷的導線(xiàn)挑開(kāi)，清理后焊好，并包好絕緣壓平，下入槽后刷上絕緣漆并烘干。
　　若無(wú)法修復時(shí)，應按原數據重繞。
　　（ 2）繞組間連線(xiàn)及引用線(xiàn)的套管必須與電動(dòng)機繞組的絕緣等級相適應，連線(xiàn)的絕緣套管應比焊點(diǎn)5繞組匝間短路5. 1故障現象電機在運轉中冒煙，局部溫升過(guò)高，并有燒焦味。
　　5. 2檢查結果電動(dòng)機三相電流不平衡幾匝或一個(gè)線(xiàn)圈變成裸線(xiàn)。
　　5. 3故障原因及處理方法（ 1）燒壞幾匝或一個(gè)線(xiàn)圈時(shí)，若槽滿(mǎn)率不高，可進(jìn)行穿繞修理。
　　（ 2）其余部分參見(jiàn)第4項處理方法。
　　及時(shí)發(fā)現并迅速排除電氣設備故障，能夠預防事故的發(fā)生，確保生產(chǎn)順利進(jìn)行。對此，必須按照規定定期檢查和維護電氣設備，準確判斷和處理電氣設備的運行故障，減少設備事故損失，保證生產(chǎn)正常進(jìn)行。

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