TCI 173-2023 軌道交通直線(xiàn)感應(yīng)電機(jī)運(yùn)行特性計(jì)算方法

ICS29.160.30CCSK26CI團(tuán) 體 標(biāo) 準(zhǔn)T/CI173-2023軌道交通直線(xiàn)感應(yīng)電機(jī)運(yùn)行特性計(jì)算方法Operatingcharacteristicscalculationmethodoflinearinductionmachineinrailtransit2023-11-3發(fā)布 2023-11-3實(shí)施?中國(guó)國(guó)際科技促進(jìn)會(huì)?發(fā)布T/CI173-2023T/CI173-2023前 言1GB/T1.1-2020給出的規(guī)則起草。某些內(nèi)容可能涉及專(zhuān)利，本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別這些專(zhuān)利的責(zé)任。本文件由華中科技大學(xué)提出。本文件由中國(guó)國(guó)際科技促進(jìn)會(huì)歸口。本文件主要起草人：徐偉、葛健、廖凱舉、李耀華、胡冬、李偉業(yè)、黃直峰、袁文燁、T/CI173-2023T/CI173-2023PAGEPAGE2軌道交通直線(xiàn)感應(yīng)電機(jī)運(yùn)行特性計(jì)算方法范圍（后續(xù)簡(jiǎn)稱(chēng)為“直線(xiàn)感應(yīng)電機(jī)運(yùn)行特5%以規(guī)范性引用文件（包括所有的修改單）適用于本文件。GB755《旋轉(zhuǎn)電機(jī)定額和性能》GB/T2900.25《電工術(shù)語(yǔ)旋轉(zhuǎn)電機(jī)》GB/T2900.36《電工術(shù)語(yǔ)電力牽引》GB/T2900.74《電工術(shù)語(yǔ)電路理論》GB/T2900.83《電工術(shù)語(yǔ)電的和磁的器件》GB/T32349-2015GB/T32383-2020《城市軌道交通直線(xiàn)電機(jī)車(chē)輛通用技術(shù)條件》CJ/T311-2009《城市軌道交通直線(xiàn)感應(yīng)牽引電機(jī)技術(shù)條件》術(shù)語(yǔ)和定義GB/T2900.25、GB/T2900.36、GB/T2900.74、GB/T2900.83和GB/T32349-2015界定的術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。品質(zhì)因數(shù)Qualityfactor評(píng)價(jià)直線(xiàn)感應(yīng)電機(jī)性能的因數(shù)，表示電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的能力。行波電流層Travellingwavecurrentlayer內(nèi)功率因數(shù)Internalpowerfactor感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與初級(jí)相電流之間夾角的余弦。等效電路模型軌道交通直線(xiàn)感應(yīng)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。圖1直線(xiàn)感應(yīng)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖1py1ed1T2所示。2T型等效電路模型smr圖2中，s、m為初級(jí)電壓和電動(dòng)勢(shì)相量；、、為初級(jí)繞組電流、勵(lì)磁支路電流和次級(jí)支路電流相量；RFeXlrsmrT/CI173-2023T/CI173-2023PAGEPAGE4mXK(s)(s)Rback并聯(lián)而成，Kr(s)、Cr(s)為次級(jí)電阻的縱向端部效應(yīng)修正系數(shù)和橫向邊緣效應(yīng)修正系數(shù)；s為轉(zhuǎn)差率。參數(shù)計(jì)算依次建立一維和二維解析模型，進(jìn)而得到考慮端部效應(yīng)和集膚效應(yīng)的修正系數(shù)，次級(jí)電阻和勵(lì)磁電抗的縱向端部效應(yīng)修正系數(shù)為：sG

C2C2Ks1

(1)1r 2p1G2 C11 C2C2Ks1

(2)2x 2p1G2 C2式中，pe為等效極對(duì)數(shù)，如果待計(jì)算電機(jī)為全填充槽直線(xiàn)感應(yīng)電機(jī)，pe=p，如果為半填充槽e直線(xiàn)感應(yīng)電機(jī)，pe

2p

2f2；G為品質(zhì)因數(shù)，G0s ；u0為真空磁導(dǎo)率；4p3y1

/q2

geσs為次級(jí)導(dǎo)體面電導(dǎo)率；f為頻率；ge為等效電磁氣隙，gKd)，s為卡特系數(shù)，cC1、C2為：1e2sin2pS)1 s e Se2os2pS)C2pN s e

(3)e s

1 Soss) 1 1e2os2pS 1 s e Se2sin2pS) C2pN s e

(4)e s

1 11Ssins) 1 11tan11

1e

2ge )2S2；sGs sG

geX2 M2(π)2e102geAA2B2Skπ；tn11；X ；AM2(π)2e102geAA2B2

s2 ee e00(2ge)A A20(2ge)A A2B2eY次級(jí)電阻和勵(lì)磁電抗的橫向邊緣效應(yīng)修正系數(shù)為：sGRe2[T]Im2[T]Cr(s)Cx(s)

]Re2[T]Im2[T]

T

2R2

tanha

；R2

；2k2jes；a1為初級(jí)鐵芯jR

a1

1

1jsG ge寬度的一半。

1 11B2sinh22kg1 K

(7)f A1B2sinh22kd1 1sinhg2 d

2式中A=cosh2kg

e；

s 0 。1 初級(jí)電阻為：

se0d

1 2k sRCu1s

e0d

(8)aNSCuu為初級(jí)繞組電阻率；lc為初級(jí)繞組單匝長(zhǎng)度；1為初級(jí)繞組每相串聯(lián)匝數(shù)；Su為初級(jí)繞組單匝截面積；aN為并聯(lián)支路數(shù)。

X0.158fW21sted

(9)ls 1qp p e qtd

m 0 w1X4kWm 0 w1

a1Vs2gepe

(10)式中，mkw1為初級(jí)繞組系數(shù)；Vs2f。次級(jí)背鐵電阻大小與磁場(chǎng)透入深度有關(guān)，即：T/CI173-2023T/CI173-2023PAGEPAGE6esfesfe

(11)ee修正前的次級(jí)背鐵電阻、次級(jí)導(dǎo)體電阻和次級(jí)電阻分別為：1 w1R 1 w1

2akW

(12)back

dback 2akW2Rcon

1 w1s

(13)R

(14)r R Rcon back基于復(fù)功率傳遞相等原則，次級(jí)漏抗的表達(dá)式為：Xlr

Kfsinh(2kd

(15)鐵耗等效為與勵(lì)磁支路串聯(lián)的鐵損電阻：tybI2Im

(16)式中，PFet、PFey、PFeb分布為初級(jí)齒部鐵耗、初級(jí)軛部鐵耗和次級(jí)軛部鐵耗，計(jì)算式為：p P B2(fFet 10/50t50 tp P B2(f

(17)Fey 10/50a y 50p P B2(sfb 10/50b50 b式中，P10/50為單位重量的鐵耗率；Bt、Ba、Bb分別為初級(jí)齒部、初級(jí)軛部和次級(jí)軛部磁密；Wt、Wa、Wb為初級(jí)齒部，初級(jí)軛部和次級(jí)軛部鐵的質(zhì)量。運(yùn)行特性計(jì)算1可知，直線(xiàn)感應(yīng)電機(jī)等效電路的總阻抗為：ZZsZ//Zr

(18)式中，Zs、Zm、Zr分別為初級(jí)、勵(lì)磁和次級(jí)支路的阻抗。內(nèi)功率因數(shù)為：Zr//ZmcosReZr//Zr//Zm

(19)電流特性計(jì)算初級(jí)繞組電流、次級(jí)支路電流幅值分別為：ZsIUsZs

(20)機(jī)械特性計(jì)算機(jī)械輸出功率為：

IrIsZr//ZmZrPmI21sKK(s)Zr//ZmZr

(21)(22)推力為：

r s fr r rFPpV2式中，pΔ0.5%。功率因數(shù)特性計(jì)算初級(jí)銅耗為：

(23)p mI2R

(24)cu1 ss

cu2 r fr p mI2KK(s)C(scu2 r fr

(25)鐵耗為：

pFepFetpFeypFeb

(26)

PinPpcu1pcu2pFe

(27)總復(fù)功率為：

Sin3UsIs

(28)功率因數(shù)為：

cosPinSin

(29)T/CI173-2023T/CI173-2023PAGEPAGE8效率特性計(jì)算效率為：

pPpcu1pcu2pFe

(30)法向力特性計(jì)算11312345J112之間，變量δ2，δ3，δ4為每層材料的厚度。圖3五區(qū)域次級(jí)直線(xiàn)感應(yīng)電機(jī)模型2、35250；14因磁路飽和的影響，磁導(dǎo)率是變化的，根據(jù)BH求解。法向力為：

0Sp 2 k2 2y4 |H1|12|z2|

(31) 0e 式中，|z2|為氣隙層表面阻抗；|H1|為緊貼初級(jí)行波電流層的磁場(chǎng)強(qiáng)度切線(xiàn)分量的絕對(duì)值；Sp為初級(jí)有效面積。各區(qū)域的表面阻抗為：z5

ek

(32)zz5zh44 zztanhr

(33)4 5 443z[z4h(3][z4h(3]3

(34)2zz[3zh(2][z3h(2]2

(35)式中，zzzze

(36)2k2jsk2jse03k2jsk2jse44

kee

k2jse03中區(qū)域3和4電率區(qū)域4的導(dǎo)數(shù)rkk2jse033 4 4 2 3r4

。k2jse44緊貼次級(jí)行波電流層磁場(chǎng)強(qiáng)度切線(xiàn)分量的絕對(duì)值|k2jse44|H1||k551|J1

(39)k55為中間系數(shù)，表達(dá)為：k55t

1t252)t(tt)

(40)21 511 122 512k2je11式中，r/jk；r/jk2je11

；t，tt，t為中間變量，1 1

5 1 0 1

11

21 22表達(dá)為：

t11

TTTT

(41)t t

4 3 221 22式中，T2、T3、T4為每個(gè)區(qū)域的轉(zhuǎn)移矩陣，表達(dá)為：ch(r) 1sh(r)] nn

nn

n2,

(42)n sh(r)

n ch(r)n nn nn 運(yùn)行特性計(jì)算流程4步驟1 輸入電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)及其他原始數(shù)據(jù)；T/CI173-2023T/CI173-202399步驟2 初設(shè)內(nèi)功率因數(shù)，可設(shè)在0.50-0.60之間；步驟3 根據(jù)內(nèi)功率因數(shù)計(jì)算視在功率磁通量及各部分磁密等同時(shí)查找鐵磁材