特種函數(shù)旋轉(zhuǎn)變壓器諧波補(bǔ)償?shù)挠邢拊治?/h1>
2012-10-31 06:53:44張艷麗楊為華劉永平邵煥清
微特電機(jī) 2012年11期
張艷麗，楊為華，劉永平，邵煥清，桑 瑜
(中國電子科技集團(tuán)第二十一研究所，上海 200233)
0 引 言
特種函數(shù)旋轉(zhuǎn)變壓器(以下簡稱特函旋變)誤差補(bǔ)償方法在文獻(xiàn)［1］中已進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析，本文采用二元有限元計(jì)算方法對一種55#機(jī)座的特殊函數(shù)的旋轉(zhuǎn)變壓器進(jìn)行諧波補(bǔ)償仿真分析，并通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析驗(yàn)證。
1 特函旋變的原理
特函旋變由定、轉(zhuǎn)子兩部分構(gòu)成，定子激磁，通過電磁感應(yīng)，轉(zhuǎn)子方輸出一相與定子機(jī)械轉(zhuǎn)角成特殊函數(shù)關(guān)系變化的信號，結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，原理圖如圖2所示。輸出電壓表達(dá)式:
2 有限元分析模型
特函旋變輸出電壓U(θ)取勝轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角θ的變化可以復(fù)現(xiàn)用戶要求的函數(shù)關(guān)系，本文有限元仿真分析的特函旋變的曲線如圖3所示。
圖3 特函旋變曲線
特種函數(shù)f(θj)旋轉(zhuǎn)變壓器二維暫態(tài)磁場有限元仿真模型的基本參數(shù)如表1所示，假定該旋轉(zhuǎn)變壓器工作理想狀態(tài)，加在定子方激磁繞組上的電壓E1=30 V，激磁頻率f=400 Hz。為了分析諧波補(bǔ)償對旋轉(zhuǎn)變壓器精度的影響，建立兩個(gè)仿真模型，除定子繞組的匝數(shù)不同外，其余各種參數(shù)定義相同。定、轉(zhuǎn)子均采用同心式繞組，模型1的定子繞組未進(jìn)行諧波補(bǔ)償，模型2中定子繞組是通過文獻(xiàn)［2］中誤差補(bǔ)償計(jì)算方法進(jìn)行了三次諧波補(bǔ)償，圖4為特函旋變仿真模型。為使剖分單元合理，采用靜態(tài)場剖分，暫態(tài)場計(jì)算，圖5為模型的有限元剖分圖，有140000多個(gè)剖分單元。定、轉(zhuǎn)子鐵心材料為軟磁合金帶 1JH3，厚0.35 mm，氣隙0.3 mm。
表1 仿真模型參數(shù)
3 有限元計(jì)算結(jié)果及分析
特函旋變二維暫態(tài)磁場有限元仿真結(jié)果如圖6～圖8所示。由圖可知，該旋變的齒部磁密最大，設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮齒部的磁飽和。特函旋變模型在一個(gè)電周期內(nèi)的輸出電壓波形如圖9所示。該特種函數(shù)f(θ)的使用范圍是 0°～ 72°，每 6°測一點(diǎn)。
三次諧波補(bǔ)償前有限元仿真計(jì)算誤差值Δfm如圖10(a)所示，最大誤差點(diǎn)為30°位置，誤差值約為－6.8‰，且誤差值偏負(fù)值。
三次諧波補(bǔ)償后有限元仿真計(jì)算誤差值Δf'm如圖10(b)所示，最大誤差點(diǎn)為6°位置，誤差值約為+3.9‰，通過諧波補(bǔ)償，誤差值明顯降低，且誤差值均勻分布在橫軸線兩側(cè)。
圖10 有限元計(jì)算誤差值
圖11 計(jì)算值與實(shí)測值對比圖
三次諧波補(bǔ)償前后實(shí)測誤差對比曲線如圖12所示。本文試驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線均為平均值，具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。未進(jìn)行諧波補(bǔ)償前零級品為0，補(bǔ)償后零級品為96%，產(chǎn)品精度顯著提高。
圖12 三次諧波補(bǔ)償前后實(shí)測誤差對比曲線
表2 特函旋試驗(yàn)數(shù)據(jù)
4 結(jié) 語
通過特函旋變二維暫態(tài)磁場有限元仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表明，采用有限元仿真分析有效驗(yàn)證了諧波補(bǔ)償對降低誤差的正確性及有效性，有限元磁場仿真有助于旋轉(zhuǎn)變壓器的設(shè)計(jì)及優(yōu)化。二維磁場仿真忽略了定、轉(zhuǎn)子鐵心的端部效應(yīng)，對轉(zhuǎn)子斜槽也無法計(jì)算。為提高計(jì)算的精確度，考慮轉(zhuǎn)子的斜槽情況，應(yīng)進(jìn)一步研究旋轉(zhuǎn)變壓器的三維磁場仿真技術(shù)。
［1］田恒安，陳燕玉，廖超宏，等.特種函數(shù)旋轉(zhuǎn)變壓器設(shè)計(jì)計(jì)算［J］.微特電機(jī)，1976(1):39 －64.
［2］張艷麗.特種函數(shù)旋轉(zhuǎn)變壓器的諧波補(bǔ)償［J］.微特電機(jī)，2008(12):31－33.
［3］Lang C W.Special synchros for function generation［J］.Control Engineering，1968，15(12):75 －78.
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1 特函旋變的原理
特函旋變由定、轉(zhuǎn)子兩部分構(gòu)成，定子激磁，通過電磁感應(yīng)，轉(zhuǎn)子方輸出一相與定子機(jī)械轉(zhuǎn)角成特殊函數(shù)關(guān)系變化的信號，結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，原理圖如圖2所示。輸出電壓表達(dá)式:
2 有限元分析模型
特函旋變輸出電壓U(θ)取勝轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角θ的變化可以復(fù)現(xiàn)用戶要求的函數(shù)關(guān)系，本文有限元仿真分析的特函旋變的曲線如圖3所示。
圖3 特函旋變曲線
特種函數(shù)f(θj)旋轉(zhuǎn)變壓器二維暫態(tài)磁場有限元仿真模型的基本參數(shù)如表1所示，假定該旋轉(zhuǎn)變壓器工作理想狀態(tài)，加在定子方激磁繞組上的電壓E1=30 V，激磁頻率f=400 Hz。為了分析諧波補(bǔ)償對旋轉(zhuǎn)變壓器精度的影響，建立兩個(gè)仿真模型，除定子繞組的匝數(shù)不同外，其余各種參數(shù)定義相同。定、轉(zhuǎn)子均采用同心式繞組，模型1的定子繞組未進(jìn)行諧波補(bǔ)償，模型2中定子繞組是通過文獻(xiàn)［2］中誤差補(bǔ)償計(jì)算方法進(jìn)行了三次諧波補(bǔ)償，圖4為特函旋變仿真模型。為使剖分單元合理，采用靜態(tài)場剖分，暫態(tài)場計(jì)算，圖5為模型的有限元剖分圖，有140000多個(gè)剖分單元。定、轉(zhuǎn)子鐵心材料為軟磁合金帶 1JH3，厚0.35 mm，氣隙0.3 mm。
表1 仿真模型參數(shù)
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三次諧波補(bǔ)償后有限元仿真計(jì)算誤差值Δf'm如圖10(b)所示，最大誤差點(diǎn)為6°位置，誤差值約為+3.9‰，通過諧波補(bǔ)償，誤差值明顯降低，且誤差值均勻分布在橫軸線兩側(cè)。
圖10 有限元計(jì)算誤差值
圖11 計(jì)算值與實(shí)測值對比圖
三次諧波補(bǔ)償前后實(shí)測誤差對比曲線如圖12所示。本文試驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線均為平均值，具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。未進(jìn)行諧波補(bǔ)償前零級品為0，補(bǔ)償后零級品為96%，產(chǎn)品精度顯著提高。
圖12 三次諧波補(bǔ)償前后實(shí)測誤差對比曲線
表2 特函旋試驗(yàn)數(shù)據(jù)
4 結(jié) 語
通過特函旋變二維暫態(tài)磁場有限元仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表明，采用有限元仿真分析有效驗(yàn)證了諧波補(bǔ)償對降低誤差的正確性及有效性，有限元磁場仿真有助于旋轉(zhuǎn)變壓器的設(shè)計(jì)及優(yōu)化。二維磁場仿真忽略了定、轉(zhuǎn)子鐵心的端部效應(yīng)，對轉(zhuǎn)子斜槽也無法計(jì)算。為提高計(jì)算的精確度，考慮轉(zhuǎn)子的斜槽情況，應(yīng)進(jìn)一步研究旋轉(zhuǎn)變壓器的三維磁場仿真技術(shù)。
［1］田恒安，陳燕玉，廖超宏，等.特種函數(shù)旋轉(zhuǎn)變壓器設(shè)計(jì)計(jì)算［J］.微特電機(jī)，1976(1):39 －64.
［2］張艷麗.特種函數(shù)旋轉(zhuǎn)變壓器的諧波補(bǔ)償［J］.微特電機(jī)，2008(12):31－33.
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