高效節(jié)能稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)的研究
竇滿鋒 劉衛(wèi)國 李鐘明(西北工業(yè)大學(xué)西安710072)
l引 言
西北工業(yè)大學(xué)稀土永磁電機(jī)研究所研制成國內(nèi)第一臺800w高效節(jié)能紡織電機(jī)（該項(xiàng)目獲1993年全國發(fā)明二等獎(jiǎng)）后，承擔(dān)了國家“八五”攻關(guān)項(xiàng)目“稀土永磁高效節(jié)能紡織電機(jī)”，本項(xiàng)目系其中的一個(gè)主要子項(xiàng)目，1993年8月在山西省通過省級鑒定，鑒定結(jié)論認(rèn)“填補(bǔ)了山西省空白，居國內(nèi)****水平”，現(xiàn)已由山西省晉中電機(jī)廠投入批量生產(chǎn)。
2主要技術(shù)指標(biāo)
(1)額定電壓
(2)額定功率
(3)額定轉(zhuǎn)速
(4)額定效率
(5)額定功率因數(shù)
(6)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)
(7)牽入轉(zhuǎn)矩倍數(shù)
(8)過載能力1
(9)起動(dòng)電流倍數(shù)
3方案選擇
3.1稀土材料
選用nnf-30h，性能指標(biāo)：
國家“八五”重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目
溫度系數(shù)abd/bd<百分之4
居里溫度320℃
工作溫度120℃
3.2結(jié)構(gòu)方案
3.2.1定子結(jié)構(gòu)
采用標(biāo)準(zhǔn)三相異步電機(jī)fx132s-6定子結(jié)構(gòu)，僅對繞組型式作適當(dāng)調(diào)整。
3.2.2轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)主要是轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是轉(zhuǎn)子坤片的設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)子沖片設(shè)計(jì)的核心問題有：磁路結(jié)構(gòu)（包括主磁路和漏磁回路）的確定；磁鋼用量的合理選擇；轉(zhuǎn)子鼠籠槽數(shù)和槽形設(shè)計(jì)；轉(zhuǎn)子沖片的整體性和加工工藝的簡單性。從這四個(gè)角度出發(fā)，設(shè)計(jì)出fty132s-6的轉(zhuǎn)子沖片結(jié)構(gòu)如圖1所示。整個(gè)轉(zhuǎn)子采用鑄鋁結(jié)構(gòu)，每臺電機(jī)磁鋼用量0. 87kg。
4電機(jī)設(shè)計(jì)
4.1運(yùn)行狀態(tài)的確定
稀土永磁同步電機(jī)勵(lì)磁恒定，運(yùn)行狀態(tài)是設(shè)計(jì)的前提和基礎(chǔ)，兼顧高力能指標(biāo)和低成本兩個(gè)因素，fty132s -6運(yùn)行狀態(tài)設(shè)計(jì)在欠勵(lì)去磁作用狀態(tài)下，其電勢向量圖和轉(zhuǎn)矩一功角曲線圖如圖2a、b所示。
a．功角在40度～55度范圍內(nèi)變化時(shí)，負(fù)載變化范圍很大，而功率因數(shù)變化很小，保證電機(jī)在大負(fù)載范圍內(nèi)保持高力能指標(biāo)。
b．電機(jī)****功角大于110度，過載能力強(qiáng)。
c．勵(lì)磁為欠勵(lì)，磁鋼用量減小。
4.2電機(jī)設(shè)計(jì)
fty132s-6稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)由電磁設(shè)計(jì)、場的有限元分析及場路結(jié)合的cad設(shè)計(jì)三部分組成。
電磁設(shè)計(jì)按永磁電機(jī)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行，考慮ndfeb的特點(diǎn)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)調(diào)整傳統(tǒng)電機(jī)設(shè)計(jì)的一些經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，作出部分有理論依據(jù)的修正。
場的有限元分析，其目的是為了得到電路各部分的準(zhǔn)確場量以及氣隙磁場的分布。該方法也是對電磁設(shè)計(jì)結(jié)果的檢驗(yàn)和校核。
場路結(jié)構(gòu)的cad設(shè)計(jì)利用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性、快速性的特點(diǎn)，把路的設(shè)計(jì)與場的分析相結(jié)合（磁場參數(shù)用場分析得到，電參數(shù)用路的計(jì)算得到）并以高力能指標(biāo)與低成本為目標(biāo)進(jìn)行的路結(jié)合的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
5美鍵技術(shù)
受永磁體“發(fā)電制動(dòng)轉(zhuǎn)矩”和凸極效應(yīng)轉(zhuǎn)矩的影響，稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)的主要問題是起動(dòng)，fty132s-6采用以下方法改善起動(dòng)性能：
(1)增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩
同步運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中無基波電流，增大轉(zhuǎn)子電阻可以增加起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，但不影響效率。
(2)削弱凸極效應(yīng)
設(shè)計(jì)合理磁路結(jié)構(gòu)，降低比值，可以有效地降低凸極效應(yīng)。
(3)利用鼠籠導(dǎo)條的阻尼作用削弱振蕩轉(zhuǎn)矩
同步速附近，各種轉(zhuǎn)矩相互作用容易引起轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速振蕩，合理選擇定轉(zhuǎn)子槽配合不僅可以增加起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，也可以增加牽入轉(zhuǎn)矩，削弱振蕩轉(zhuǎn)矩。
(4)計(jì)及擠流效應(yīng)、飽和效應(yīng)、凸極效應(yīng)及“發(fā)電制動(dòng)轉(zhuǎn)矩”，仿真稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過程。
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