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多极自起动低速大转矩永磁同步电动机研究

作　者: 王森
导　师: 张炳义
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 电机与电器
关键词: 低速大转矩 多极 自起动 永磁同步电动机
分类号: TM341
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 293次
引　用: 3次
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内容摘要


自起动永磁同步电动机有别于调速永磁同步电动机,转子上设有起动绕组,具有在某一频率和电压下的自行起动能力,同传统的三相感应电动机相比,具有在宽负载范围内效率高、功率因数高的优点,符合国家“节能环保”的指导方向,有广泛的应用前景。在矿山、石油、冶金与电力机械等大型机械装备中,通常由笨重的机体、多级齿轮减速机构,才能实现电能到机械能的转换。此类机械负载大多为恒速运行,因此,取消机械减速机,由低速大转矩永磁同步电动机直接驱动负载运行,从根本上克服减速机带来的各种弊端,开发应用低速大转矩永磁同步电动机是一项十分有意义的工作。本文对自起动永磁同步电动机的各项转矩进行了系统深入的研究,推导了与最小转矩相关的永磁发电制动转矩最大值解析表达式和与失步转矩相关的最大电磁转矩解析表达式,分析了电枢反应电抗参数和空载发电电动势对各转矩的影响规律。最后提出了综合考虑自起动永磁同步电动机各种转矩指标的设计准则。利用自起动永磁同步电机的一些通用电磁设计公式,结合多极电机的设计特点,完成了电机的主要尺寸设计,定转子冲片设计,绕组计算,磁路计算,参数计算以及工作特性和起动特性的分析,最终确定了方案。采用Ansoft电磁分析软件,通过场路耦合的计算方法,计算了电机瞬态性能参数,并通过不断地调整设计值,得到电磁设计方案。应用UG软件的有限元分析功能,对多极自起动低速大转矩永磁同步电动机转轴的机械强度进行了有限元分析,主要包括静态和动态两种工况,保证了电机转轴在所遇到的工况下是安全的。实验结果表明,多极自起动低速大转矩永磁同步电动机实验所得数据和应用程序设计结果基本一致,证明了程序的下确可行、简单方便。本文的研究工作,对于进一步完善永磁同步电动机的设计具有重要理论意义和工程价值。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-20
  1.1 课题背景和意义  10-12
  1.2 自起动永磁同步电动机主要研究的问题  12-16
  1.3 永磁同步电动机的国内外研究现状和水平  16-18
  1.4 本论文的主要内容  18-20
第二章 自起动永磁同步电动机转矩分析  20-34
  2.1 自起动永磁同步电动机起动过程分析  20-29
    2.1.1 起动过程中的电磁转矩  20-22
    2.1.2 起动过程中的最小转矩  22-25
    2.1.3 起动过程中的牵入转矩  25-29
  2.2 自起动永磁同步电动机的失步转矩  29-32
  2.3 自起动永磁同步电动机设计中各转矩的综合考虑  32
  2.4 本章小结  32-34
第三章 多极自起动低速大转矩永磁同步电动机设计  34-49
  3.1 定子设计  34-36
    3.1.1 定子槽型与槽数的选择  34-35
    3.1.2 绕组排布  35-36
  3.2 转子与气隙设计  36-38
    3.2.1 转子槽型与槽数选择  36-38
    3.2.2 气隙长度选取  38
  3.3 永磁体设计  38-41
    3.3.1 永磁体材料选择  38
    3.3.2 转子磁路结构设计  38-39
    3.3.3 永磁体尺寸的设计  39-40
    3.3.4 隔磁措施  40-41
  3.4 磁路计算  41-43
    3.4.1 计算极弧系数  41-42
    3.4.2 空载漏磁系数  42
    3.4.3 永磁体工作点  42
    3.4.4 磁位差计算  42-43
  3.5 参数计算和分析  43-45
    3.5.1 空载反电动势  43-44
    3.5.2 交直轴电枢反应电抗  44-45
  3.6 起动特性  45-47
  3.7 设计方案与分析  47-48
  3.8 本章小结  48-49
第四章 多极自起动低速大转矩永磁同步电动机有限元分析  49-64
  4.1 基于Ansoft的样机起动过程仿真  49-59
    4.1.1 Ansoft工程电磁场有限元分析软件简介  49-50
    4.1.2 样机起动过程仿真与结果分析  50-59
  4.2 电机轴的机械强度有限元分析  59-63
    4.2.1 UG的有限元分析功能简介  59-60
    4.2.2 电机轴的静强度分析  60-63
    4.2.3 电机轴的动强度分析  63
  4.3 本章小结  63-64
第五章 多极自起动低速大转矩永磁同步电动机试验研究  64-72
  5.1 概述  64
  5.2 自起动低速大转矩永磁同步电动机试验介绍  64-69
    5.2.1 对拖法  64-65
    5.2.2 空载反电动势测定  65-66
    5.2.3 转矩、转速测试系统  66-69
  5.3 试验结果分析  69-71
  5.4 本章小结  71-72
第六章 结论  72-73
参考文献  73-76
在学研究成果  76-77
致谢  77

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 交流电机 > 同步电机
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