真空干泵用两种驱动电机热特性对比分析

真空干泵驱动电机散热困难,需要严格控制其的温升,进而保证系统的长时间运行。以30 kW驱动电机为研究对象,设计了一台异步电机和一台18/12极双凸极永磁电机。两种电机的外形尺寸和功率等级等条件相同。同时,两种电机的冷却方式均采用机壳通有螺旋水道的水冷,分别对两种电机进行了温度场分析。分析结果表明,在额定运行时双凸极永磁电机具有更低的整体温升,更加适用于真空干泵机组。

真空干泵用磁通切换永磁同步电机温度场仿真分析

针对真空干泵驱动用电机在极端真空环境下工作时发热严重的问题,以一台4.5 kW磁通切换永磁同步电机(FSPMSM)为研究对象,分析了其冷却结构,并进行了温度场仿真计算。通过有限元软件建立FSPMSM三维温度场仿真计算模型,设定边界条件和热源激励,得到电机内部各部件的温度分布情况,并分析了水道截面直径、水道圈数对电机温度变化的影响。与一台技术要求相同的永磁同步电机(PMSM)在同等冷却条件下进行温度场对比分析,结果表明本电机设计合理。相比于真空干泵常用的传统PMSM,本电机能更好地减少损耗并降低温升,为开发真空干泵用FSPMSM新产品提供了一定的参考。

真空干泵用屏蔽电机无速度传感器带速重投控制系统

针对真空干泵用屏蔽电机带速重投的工程问题,设计基于正弦脉宽调制(SPWM)的调制波模拟器和无速度传感器带速重投系统。该系统将定子绕组空间划分为6p(p为极对数)个扇区,提出利用标准化后的三相定子残压计算扇区内平均转速的方法,同时对电机定子坐标系进行修正,使定子电流空间矢量轨迹接近于理想圆形,抑制重投时电流冲击、转矩脉动和转速波动。设计调制波模拟器,与变频器内部的调制波模块协同完成电机预重投及重投过程。通过模型仿真和22k W罗茨真空干泵机组实验,验证了该定子坐标系修正法及扇区内转速估算法在泵类工程中具有较好的适用性,预重投阶段的转速稳定时间控制在0.6s以内,重投阶段的冲击电流平均减小51.27%。

真空干泵用屏蔽电机抗冲击持续带载能力评估与实验

针对真空泵在实际工作过程中,电机出现冲击载荷情况下持续带载能力无法合理利用的问题,对真空泵用屏蔽电机抗冲击持续带载能力进行了定量计算和实验分析。以一台5kW的屏蔽电机为例,根据真空泵实际工作运行时的冷却条件,利用有限元分析法对25℃和33℃两种冷却水温下电机额定运行时的稳态温度场进行计算,确定电机的最热点位置及最热点温度的安全裕量。通过设置过载转矩模拟冲击载荷,在不考虑电机动态特性的情况下,与电机最大转矩比较确定电机没有失速风险后,对电机过载状态下瞬态温度场进行计算得到电机在不同过载倍数下最热点的温升曲线,结合绝缘限制来定量计算电机在突加负载后的持续带载能力。通过对样机进行测试实验,将得到的测试结果和仿真结果进行对比分析表明,电机在额定运行时带载能力有待进一步发掘,在合理负载率的冲击载荷下仍可以在其允许的时间内安全连续运行。该研究对电机实际运行时过载能力的充分应用以及冲击载荷过大时电机保护装置操作时间的更精确确定提供了科学依据。

真空干泵用定子拼装式永磁电机性能分析与实验

针对小型真空干泵用永磁电机下线困难的工程问题,提出一种采用模块化定子结构方法,将定子形式由整体式变为拼装式,并以9槽6极表贴式永磁同步电机为研究对象,采用有限元法选取抑制拼装式电机齿槽转矩和转矩脉动的的最优槽口,引入整体式电机进行对比,建立拼装式与整体式电机的二维模型,并进行电磁场与温度场仿真,综合分析拼装式与整体式电机的性能差异,结果表明拼装式电机的齿槽转矩、气隙磁密谐波含量和温升等都优于整体式电机。研制拼装式电机的样机并进行电机性能实验,得到了电机的性能数据。实验结果与仿真结果一致,进一步验证了拼装式电机的可行性,为新产品批量生产提供了科学依据。

高真空干泵螺旋级抽气性能的数值计算模型

微型化和一体化是干式真空泵发展的重要趋势,高真空干泵是具有代表性的一种新型干泵。本文对高真空干泵的重要部件之一的单螺旋转子进行了数值研究,通过对几何模型重要参数的分析,结合了直接模拟蒙特卡罗的程序思想,对单螺旋转子工作过程进行仿真。模拟得到了单螺旋转子几何参数对抽气效率的影响机制,得到影响高真空干泵性能的参数调节机制,为高真空干泵的设计提供了理论依据和指导。

真空干泵驱动用电机转子热问题对比分析

针对真空干泵驱动用电机运行过程中转子热量不易散出,使热量通过转轴传导至轴承引起轴承抱死的问题,以3.0 kW驱动电机为例,分别设计了异步电机(IM)、永磁同步电机(PMSM)和双凸极永磁电机(DSPM)3种方案。在保证3种电机外形尺寸、功率等级和额定转速相同的前提下确定了结构和电磁方案。同时,基于相同的冷却条件分别对3种电机关键部件进行了温度场和应力场仿真。分析结果表明,在额定运行时双凸极永磁电机的转子温升更低,其轴承热形变量最小,能够有效降低电机运行中轴承抱死的风险,更有利于真空干泵机组的长时间稳定运行。

真空干泵驱动电机冷却效果分析

针对真空泵用驱动电机在极端真空环境工作时发热严重的问题,对真空泵用电机的冷却系统进行设计和分析。以1台2.9 kW屏蔽式异步电机作为研究对象,通过有限元软件建立机壳带有螺旋水路的电机三维模型,对其进行损耗计算。根据螺旋水道的流速和压强分布验证了水道尺寸设计的合理性,并对电机各部分温度分布情况进行仿真分析。根据电机在二倍额定负载和冷却水故障条件下的温度变化情况来分析电机能安全运行的时间。最后对样机进行了温升试验,将得到的测试结果和仿真结果进行对比分析,验证了机壳带有螺旋水道的冷却系统对真空干泵驱动电机具有一定的冷却效果,为极端真空环境下真空泵用驱动电机的进一步研究提供科学依据。

真空干泵用爪极永磁电机设计与分析

轴向分段式爪极电机具有转矩密度高、结构简单、制造成本低以及节约材料等优点。设计了一台1.5 kW、9000 r/min的轴向分段式爪极电机。对电机的电磁设计与温度分布进行分析,验证设计的合理性。对于爪极参数的选取,研究了爪极角与爪尖长度对电机转矩大小、转矩波动以及空载电动势的影响,给出了合适的选取范围。分析结果为新型真空干泵驱动电机产品开发提供了参考依据。

真空干泵用横向磁通开关磁阻电机对比分析

为了解决真空泵用电机工作在真空环境中,转子不易散热的问题,需要严格控制真空泵用电机的温升,从而提高系统运行的稳定性。开关磁阻电机(SRM)转子无绕组,转子损耗较小,整体温升较低,对于提升真空泵用驱动电机的性能具有重要意义。在传统SRM的基础上,设计了一款真空泵用横向磁通SRM,由于定子绕组空间较大,有利于电机散热,进一步减少了定子的损耗,从而降低了电机的整体温升。最后,对同功率、同体积的异步电机、径向SRM和横向磁通SRM进行了温度场、轴承的热应力和热形变的对比分析。结果表明,横向磁通SRM的温升、轴承的热应力和热形变均最小,说明横向磁通SRM作为真空泵用驱动电机的可行性。

真空干泵用屏蔽电机温度场仿真分析与试验

针对真空干泵用屏蔽电机在额定运行过程中温升过高导致绝缘老化,影响机组运行安全的问题,对1台4.5 kW真空干泵用水冷式屏蔽电机的水冷结构进行了设计,并进行了温度场仿真分析和试验。利用机械软件建立了屏蔽电机三维模型,借助有限元分析软件建立屏蔽电机温度场计算的仿真模型,设置热源激励和边界条件,获得了电机内各部件的温度场分布规律,并分析了冷却水流量、水道宽度、水道数及冷却水温对电机温升的影响;搭建试验平台进行温升试验,获得了从冷态起动到温升稳定过程中各部位温度,绘制温度随时间变化特征曲线。温度场分析与试验结果表明该电机设计合理,为后续的真空泵用屏蔽电机温度场分析及冷却系统的选择提供了一定的参考依据。

真空泵用屏蔽电机无传感器残压重投控制策略

针对真空干泵机组故障、生产工艺需要等原因影响真空设备产线在线运行时间的问题,研究真空干泵用屏蔽式感应电机带速重投策略,寻求重投的有利时刻以保证带速重投的成功,对电机断电后的转速和定子失电残压特性展开研究。为此,根据屏蔽感应电机空间向量模型,建立基于电压电流混合磁链观测的无速度传感器估算模型、推导电机断电期间的转速估算方法以及定子失电残压解析式。通过重点研究定子残压和虚拟重投电压间幅值特性和相角特性,确定控制系统的首次重投点和其次重投点。以4 kW真空干泵用屏蔽感应电机机组为例,通过模型仿真和失电残压实验验证了该控制方法在泵类工程中有较好的适用性和准确性,重投阶段的转速稳定时间为0.5 s以内,重投阶段的冲击电流平均减小59.18%。

一种单螺旋转子型线及其热变形研究

微型化和集成化是当前干式真空泵发展的重要趋势,高真空干泵正是具有代表性的一种新型干泵。本文对高真空干泵的螺旋级转子进行了研究,对组成螺旋级转子的外螺线、内螺线、母线的型线方程分别进行了方程推导和几何建模,利用有限元分析的方法,对转子受热所产生的温度场,结构场进行了耦合计算,研究了转子热变形结果对型线设计和间隙设置的影响,得到影响高真空干泵性能的参数调节机制,为高真空干泵的设计提供了理论依据和指导。