線圈連接

線圈連接是指多種不同作用的線圈，如驅動線圈、脈衝線圈、檢測線圈等與相應工作電路連接，從而實現具體功能。多極矩電磁發射是一種新型電磁發射技術，其可調參數多、驅動線圈連接方式靈活的特點對發射效率有較大的影響。從等效電路出發，分析了電樞受力公式及波形匹配問題，並通過電磁場有限元分析研究了不同電壓值( 電容值) 和多級電磁發射情況下六極矩驅動線圈間的連接方式對發射效率的影響。研究結果表明： 為了達到較大的發射效率，不同電壓值( 電容值) 需匹配不同的驅動線圈連接方式; 在多級六極矩電磁發射情況下，電樞速度改變的同時要改變驅動線圈的連接方式，可以在電容值改變較小的情況下實現較好的波形匹配，從而提高發射效率。傳統的感應型電磁發射由於結構不同可分為線圈型電磁發射和重接型電磁發射，它們都可以實現電樞與驅動線圈無摩擦高速發射。多極矩電磁發射( MFEL) 是一種新型電磁發射技術，具有推力大、懸浮穩定等優點，適合大質量、大口徑的拋體，並具有高速發射的潛力。提到 MFEL模式並通過仿真得到其具有軸向推力大的結論。通過建立數學模型和仿真得到六極矩電磁發射綜合性能相對較好。對六極矩電磁發射實驗進行了詳細的分析論述，論證了 MFEL 的可行性和廣泛的應用潛力。由於單級多極矩是由多個線圈沿周向排列而成，且單級多極矩的每個線圈之間彼此獨立，因此其線圈間的通電模式和連接方式是多樣化的。從仿真和實驗的角度論證了相鄰線圈通反向電流有利於磁力線的重接，從而提高發射效率，但沒有討論驅動線圈之間串並聯組合對發射效率的影響。由於驅動線圈之間的連接不同，則放電迴路中總電感值不同，因此，在線圈結構不變的情況下，驅動線圈的連接方式會影響迴路的放電電流波形，從而影響電磁發射效率。 ^[1] 

線圈連接方式對單邊磁拉力的影響進行了研究，得出了線圈並聯有利於減小的轉子偏心帶來的影響，減小SRM運行時的振動噪聲這一結論，但由於分析條件的限制並未進行全面的論證分析。 轉子偏心時，並聯線圈的端電壓相等，對應的氣隙磁通相等，因此定子各齒極所受到的電磁力大小相等，沒有單邊磁拉力的作用，轉子偏心也不會被惡化，但氣隙磁導的變化，會造成各線圈的電流不均。以上分析沒有考慮繞組相間互感和線圈電阻的影響，但在實際情況下，電機互感和線圈電阻必然存在。由於轉子偏心的影響，對應氣隙小的線圈，其相間互感變大、線圈電流變小，因此互感電勢變大、線圈電阻壓降變小，使得線圈感應電勢變大，其氣隙磁通也就相應變大;而對應氣隙大的線圈，相間互感減小、線圈電流變大，因此互感電勢減小、線圈電阻壓降變大，使得線圈感應電勢變小，其氣隙磁通也就相應減小。因此，線圈並聯時由於互感電勢和線圈電阻壓降的影響，各線圈對應的氣隙磁通並不相等，氣隙減小處的磁通大於氣隙增大處的磁通，因此也會產生一定的單邊磁拉力，方向同轉子偏心的方向，但由於相間互感和線圈電阻的影響相對較小，線圈並聯所產生的單邊磁拉力要遠小於線圈串聯理論分析、瞬態有限元仿真和振動實驗，分析了一相繞組線圈連接方式對SRM轉子偏心時產生的單邊磁拉力的影響，結果表明：線圈並聯時產生的單邊磁拉力要遠小於線圈串聯時，採用全並聯的線圈連接方式，將有利於減小SRM運行時的振動和噪聲。瞬態有限元分析方法對定、轉子鐵心受到的徑向磁拉力和單邊磁拉力的研究，也為進一步分析單邊磁拉力對高速/超高速SRM轉子動力學性能的影響打下了基礎。 ^[2] 

開關磁阻電機由於結構簡單、堅固等優點而得到廣泛的應用，但是顯著振動和噪聲的問題在一定程度上限制了開關磁阻電機的應用，針對電機實際運行過程中存在的轉子偏心現象，不同線圈連接方式下，轉子偏心對氣隙磁場的影響，建立了開關磁阻電機轉子偏心的有限元瞬態分析模型，研究線圈連接方式對瞬態的單邊磁拉力，結果表明：當線圈並聯時產生的單邊磁拉力要小於線圈串聯時產生的單邊磁拉力。採用全並聯的線圈連接方式，將有利於減小電機運行時的振動噪聲。 開關磁阻電機(switched reluctance machine，SRM)與傳統電機相比，具有結構簡單，調速性能優異，效率高，可靠性好等優點，但振動噪聲問題制約了它的發展和在相關領域的應用，是SRM研究的難點和熱點之一SRM運行時，雙凸極的定、轉子磁極間存在脈動的切向和徑向磁拉力，脈動的切向磁拉力產生脈動的電磁轉矩，它使轉子運行不平穩，產生振動和噪聲。電磁轉矩脈動曾一度被視為SRM噪聲的主要成因，而現有的研究表明SRM定子受到徑向磁拉力作用而產生的振動和變形才是噪聲的主要根源，特別當徑向磁拉力的諧波頻率和定子的固有頻率一致時，電機的振動和噪聲明顯增大因此，研究電機定子振動特性對於降低電機噪聲有着非常重要的作用國內外學者針對SRM電機本體設計和控制策略，提出了很多方法來改善SRM的振動和噪聲問題，取得了一定的成效。但電機帶載運行時，特別是重載時，由於電機機械加工精度或者軸承磨損等問題，必然使轉子產生偏心，導致其氣隙不均。SRM的氣隙很小，且氣隙的磁導率遠小於鐵磁材料，氣隙的細微變化就可能引起氣隙磁通分佈的較大變化，從而產生較大的徑向磁拉力差，即出現單邊磁拉力，使得SRM的振動和噪聲惡化特別對高速/超高速SRM，週期脈動的單邊磁拉力還會對電機轉子動力學性能帶來不利影響，將降低SRM的高速性能。

MFEL 系統是由脈衝電容器、閉合開關、二極管、驅動線圈、拋體電樞、檢測控制芯片和位置傳感器組成。其發射過程是： 當位置傳感器檢測到拋體電樞運動到觸發位置時，控制電源的開關閉合，脈衝電容器向驅動線圈放電，驅動線圈產生徑向脈衝磁場，並在拋體電樞上感應出反向渦流，驅動線圈產生的磁場與拋體電樞的渦流作用產生安培力，從而驅動拋體電樞運動。由於電樞的觸發放電位置會影響發射效率，將取得最大發射效率時的觸發放電位置稱之為最佳觸發位置。由於不同線圈連接方式下的線圈電流波形是不同的，其最佳觸發位置也就不同，通過不斷改變每組觸發放電位置並進行仿真，直至得到最大發射效率，此時的觸發放電位置便是最佳觸發位置為了實現較好的波形匹配，驅動線圈的電流也需要脈寬逐漸變窄的波形，因此通過減小電容提高電壓的方式可以提高發射效率。而六極矩電磁發射卻可以通過改變驅動線圈的連接方式來改變驅動線圈電流的幅值及脈寬，在電容值不變或改變較小的情況下實現不同發射速度下較好的波形匹配，從而提高發射效率。驅動線圈連接方式對發射效率有影響。利用有限元軟件分析了單級和多級電磁發射情況下驅動線圈的連接方式對發射效率的影響，研究結果表明不同發射條件下匹配不同的驅動線圈連接方式有利於提高發射效率。最後，搭建了單級六極矩電磁發射實驗平台，從實驗的角度驗證了以上結果。

放電線圈跨接在電容器與串聯電抗器兩端的可行性，理論分析和數值計算證明放電線圈的這種跨接並不影響電容器迴路的放電特性，且有利於放電線圈的安全運行和產品型號規格的簡化。同時，還指出在採用相差動保護的電容器線和需要直接檢測電容器端電壓的場合，放電線圈不能使用跨接方式。放電線圈連接方式的更改不影響其放電性能已獲論證。但是，作為一種技術措施或者一種技術方案無不存在利弊之處，值得深入研討。筆者通過對跨接方式的關聯問題的初步分析，提出以下見解：如放電線圈兼作相電壓差動保護用時，跨接方式不適用，除非放電線圈另作設計。如放電線圈採用跨接方式且兼作開口三角電壓保護用時，只需將保護整定算式中電容器組額定相電壓改為電容裝置接入處母線平均運行相電壓，或者設計依據的母線相電壓即可。若須用放電線圈直接監測電容器端電壓時，跨接方式不適用。放電線圈採用跨接方式時，其運行電壓同於母線電壓(包括穩態過電壓和操作過電壓)，均低於並接方式的電容器組端電壓，有利於安全運行;且其額定電壓不必與電容器組額定電壓相對應，有利於產品型號規格簡放電線圈採用跨接方式與並接方式的放電過程是近似等效的，即在電容器組放電迴路中加入串聯電抗器，並不影響放電線圈達到預期的放電性能要求;放電線圈採用跨接方式，有利於安全運行和產品型號規格的簡化。 ^[3]