泵用新型两极异步起动永磁同步电机的设计与优化

为提高带泵类负载异步起动电机的牵入同步能力,提出一种转子导条非均匀分布的新型异步起动电机转子拓扑结构.通过将非均匀分布的转子导条与内置的永磁体组合,形成具有多层磁通屏障的转子结构,增大转子凸极比,提高电机的牵入同步能力.基于有限元方法对传统结构电机和新型结构电机的空载反电势、起动能力、牵入同步能力、稳态电磁转矩、退磁、应力场和温度场分布等进行综合对比分析.结果表明,与传统转子结构相比,新型转子结构有效地提高了电机的牵入同步能力及额定工况下的效率和功率因数.最后,制作样机并搭建了实验平台,验证了仿真结果和理论分析的正确性.

响应面法在自启动永磁同步电动机转矩特性研究中的应用

针对自启动永磁同步电动机(LSPMSM)高转矩密度设计,以一台280 kW LSPMSM为例,首先基于场-路结合的方法对样机交、直轴电感参数、额定转矩和峰值转进行计算,探究转矩角对其转矩的影响。之后分别从转子减重孔距转子内径距离、永磁体间夹角、槽形和材料等角度,分析其与电动机的峰值转矩关系。最终,运用响应面法对多参数对峰值转矩的影响进行分析,得到电动机最优方案。为同类电机的转子设计提供准确的参考依据。

异步起动永磁同步电动机齿槽转矩的解析分析和削弱措施研究

现有的齿槽转矩研究主要集中在定转子单边开槽的永磁电机,而异步起动永磁同步电动机定转子双边开槽,其齿槽转矩目前尚无有效的研究方法。文中提出了一种新的转子永磁磁动势等效方法,有效避免了转子开槽导致的气隙计算复杂性,基于能量法给出了异步起动永磁同步电动机齿槽转矩的解析分析方法,分析了极槽数配合及定子斜槽对齿槽转矩的影响。研究了通过改变转子齿宽及转子不等齿宽配合削弱异步起动永磁同步电动机的齿槽转矩,并给出了相应的转子齿宽确定方法。利用有限元法验证了上述削弱措施的有效性,并分析了对电机性能的影响。

削弱异步起动永磁同步电机齿槽转矩的新方法

通过分析得出异步永磁同步电机(LSPMSM)的总齿槽转矩可以由每个对应磁极所产生的齿槽转矩分量叠加而成,并由此提出了一种基于磁极偏移的方法来削弱电机齿槽转矩。由于磁极的偏移,使得由该磁极和定子齿相互作用产生的齿槽转矩相位发生了改变。因此当磁极偏移适当的角度时,各个磁极产生的齿槽转矩有可能相互抵消。通过傅里叶分析,得出了不同极槽配合时电机的齿槽转矩表达式,并确定了不同极槽配合时磁极偏移角的公式。通过有限元仿真证明,该方法能够降低电机的齿槽转矩幅值。

异步起动永磁同步电动机起动过程中永磁体退磁研究

异步起动永磁同步电动机起动过程中,定转子电流产生的强退磁磁场可能导致永磁体发生不可逆退磁。该文采用二维有限元法,深入研究了W形转子结构异步起动永磁同步电动机起动过程中永磁体的退磁特点,分析了定转子基波磁动势对永磁体工作点的影响,以及永磁体最大退磁点出现的规律。结果表明:电机以不同负载条件及转子初始位置起动时,每个起动过程中永磁体退磁最明显的时刻可能出现在任意转速;随着负载转矩和转动惯量的增大,永磁体退磁最明显时刻的电机转速接近同步速的概率增大,永磁体遇到最严重退磁磁场的概率也将增大。电机正常起动过程中,很可能在永磁体边角位置发生不可逆退磁,位置比较固定且区域面积很小,不会对电机性能产生显著的影响。

自起动永磁同步电机起动过程退磁磁场的计算与分析

自起动永磁电机起动过程中的退磁磁场可能导致永磁体的不可逆退磁。为分析退磁磁场产生的原因,建立了计及饱和、涡流等多种因素影响的自起动永磁同步电机起动过程退磁磁场的时步有限元模型,并分项计算了永磁体作用、鼠笼异步电机效应及变频永磁发电机效应的影响。计算结果表明,重载起动时,从低速开始,永磁体内就出现波动变化的退磁磁场,并在接近同步速时退磁效应最明显;而空载起动时,退磁磁场仅波动一次,并在0.5倍同步速附近出现较强的退磁效应。由理论分析可知,在转速较低时,永磁体就存在退磁效应,其磁密呈波动变化的根本原因在于鼠笼异步电机效应与变频发电机效应的共同作用。算例计算结果验证了理论分析的正确性。最后通过实验验证了所提有限元计算方法的有效性。

异步起动永磁电机最大去磁工作点计算新方法及抗退磁新结构

异步起动永磁同步电机(LSPMSM)最大去磁工作点发生在起动过程中,采用传统磁路分析法未考虑电机内瞬态磁场分布情况。提出最大去磁工作点计算新方法,可准确计及饱和、集肤效应等多种非线性因素。该方法一方面基于场-路-运动耦合时步有限元模型仿真实际起动状况,确定起动过程中最容易发生去磁的永磁体局部单元位置,并将该单元作为考核单元,揭示瞬态退磁磁场与转速之间的关系;另一方面通过给定转子转速的时步有限元模型计算堵转到同步速一系列转速下稳态运行时的退磁磁场,最终得到同步速退磁磁场作用下永磁体考核单元位置的工作点,即为LSPMSM设计校核用的最大去磁工作点。在此基础上,针对一台22 k W样机进行抗退磁能力分析,并提出一种有效提高电机抗退磁能力的复合材料转子新结构。最后通过设计磁场实时测量系统得到某台实验电机起动过程中永磁体工作点,验证了所提方法的有效性。

不均匀气隙结构的异步起动永磁同步电机设计

针对异步起动永磁同步电机气隙磁场谐波复杂,而导致的铁心损耗大、电磁噪声高、转矩脉动强烈等不利问题,提出了电机气隙长度不均匀的方法,用以减小气隙磁场谐波,进而减小电机铁心损耗、降低电机电磁噪声、抑制转矩脉动,计算并校验了电机永磁体的最大去磁工作点。有限元仿真表明,所提出的不均匀结构电机的气隙磁场谐波大幅下降,电机转矩脉动得到有效地抑制;电机在额定转矩、三倍转子转动惯量负载的情况下,满足异步起动能力;起动过程中永磁体在最强退磁点的剩磁也符合设计要求。

异步起动永磁同步电动机的转子槽漏抗计算

转子槽漏抗是异步起动永磁同步电动机(LSPMSM)参数计算的重要部分。在电动机起动时,转子槽内集肤效应严重,这使得利用传统磁路法计算结果很不准确。为了得到在电动机起动过程中,受集肤效应影响的转子槽漏抗的精确解,在前人方法基础上对分层法进行改进,并推导出通用的计算公式。根据该方法对一台11 kW、4极的异步起动永磁同步电动机的转子槽漏抗进行计算,通过计算结果与有限元仿真结果和实验数据验证比较,证明改进后的方法较传统磁路法及前人的分层法在槽漏抗的计算精度上有较大提高,且较有限元计算更加快捷方便。

转子槽参数对开槽实芯转子永磁电机的影响研究

针对小功率感应电动机效率较低、功率因数不高等问题,对已有的三相感应电动机改造为一种新型同步电机-开槽实心转子自起动永磁同步电动机进行了研究。对Y90L-4,1.5 k W型感应电动机进行了分析,利用其定子,重新设计一新型转子。所设计的转子采用实芯结构,沿转子铁芯外圆周开槽,且铁芯内置永磁极。利用有限元计算并分析了转子槽参数对电机自起动能力和稳态运行性能的影响,归纳出了其中的规律性。最后对比了感应电动机和基于改进的开槽实心转子自起动永磁同步电动机的起动和稳态运行性能。研究结果表明:开槽实心转子自起动永磁同步电动机的起动转矩倍数更大,不同负载转矩下的功率因数更高。

确定堵转参数的时步有限元仿真堵转试验方法

异步起动永磁同步电动机堵转参数包括堵转转矩和堵转电流,是评价电机起动性能的重要指标。针对异步起动永磁同步电动机堵转参数计算不准的问题,在分析了堵转时电机各转矩分量的基础上,采用时步有限元仿真电机的堵转试验,并通过合理地处理堵转参数曲线,得出电机的堵转参数。分别计算了5台异步起动永磁同步电动机的堵转参数,对比试验值,堵转转矩误差在10%以内,堵转电流误差在15%以内,证明了该计算方法可以满足工程需要。

永磁感应电动机与自起动永磁电动机对比研究

对两种高效电机——永磁感应电动机和自起动永磁同步电动机进行对比研究。在分析永磁感应电动机结构和工作原理的基础上,结合电动机的数学模型和相关参数,从理论上分析了永磁感应电动机高功率因数及负载能力强的原因。利用有限元方法对永磁感应电动机和自起动永磁同步电动机分别进行了仿真分析,通过比较两种电动机在不同负载下的运行状况来研究电动机的起动能力、功率因数和效率。仿真结果表明,两种电动机均在较宽的负载范围内具有较高的运行效率和功率因数;两者的自起动能力、稳态运行性能各有优劣。阐明两种高效电动机的优缺点,为研究应用提供参考。

船用异步起动永磁同步电动机起动性能的分析方法研究

为了更准确、更全面地分析异步起动永磁同步电动机的起动性能,建立异步起动永磁同步电动机基于多阻尼回路的非线性数学模型,用MATLAB根据插值法和龙格库塔法编写了仿真计算程序.根据气隙磁场法计算得到的电机电感参数对电机的起动情况进行了仿真计算分析,并用样机的试验来验证了仿真计算的准确性,从而验证数学模型的准确性.

笼型转子永磁同步电机VSI/LCI组合供电软启动技术研究

为解决笼形转子永磁同步电机直接起动存在的问题,应用电压源逆变器和负载换流逆变器组合供电实现其软启动。应用霍耳元件检测转子粗略位置,通过一阶算法估算转子精确位置,实现低速电压源逆变器矢量控制启动,之后依靠负载换流逆变器完成启动过程。构建了仿真模型,仿真结果表明系统具有启动转矩大、转矩和转速波动小等优点,是以较低成本解决笼形转子永磁同步电机软启动问题的有效方案。

高压大功率异步起动永磁同步电机设计与分析

针对高压大功率异步起动永磁同步电机的起动问题,基于一台3k V,400k W实心转子异步起动永磁同步电动机,利用有限元方法建立电机的二维仿真模型,对比分析了叠片转子和实心转子结构电机的起动性能,仿真结果显示这种电机在起动电流允许情况下,起动转矩明显大于叠片转子结构电机。通过改变电机的相关结构参数包括电机的气隙长度、极间导条数量、导条尺寸等分析其对电机堵转性能的影响规律,改变电机气隙的不均匀程度,分析其对电机起动过程中的稳态损耗的影响规律。

永磁电机在污水处理回流泵上的应用

随着高性能永磁材料钕铁硼制造技术的进步和应用,永磁电机的发展进入一个新的历史时期,特别是异步起动永磁同步电机(LSPMSM),因具有转子损耗小、力能指标高、节能效果好的优点,受到越来越多的重视。试验研究表明,异步起动永磁同步电机具有高效节能、功率因数高、负载变化适应性强的特点,其转速与频率具有优良的线型关系,具备优秀的调速性能,非常适合污水处理回流泵大流量、微扬程以及高效调节回流比的工艺要求。现场试验表明,永磁电机比鼠笼电机约节能12.65%。

基于奇/偶互补磁场理论的自起动永磁同步电机两种运行状态研究

基于奇/偶互补磁场理论的新型自起动永磁同步电机(line-start permanent magnet synchronous motor,LSPMSM)根据定子绕组两种联结方式,可分为不同的运行状态。定子仅主绕组接入电网时,电机处于“互补磁场”状态,此时转子同位线圈电阻的折算值增大,电抗折算值不变,进而在起动初期缩小电机冲击电流的同时,增大起动转矩。定子主绕组与次绕组同时供电时,电机处于常规状态,此时定子绕组电磁性能等效于正规60°相带设计,稳态运行时性能与普通LSPMSM相同。该文分别对新型电机两种运行状态下的工作原理、等效电路和转矩–转速曲线进行分析。建立有限元仿真模型,对样机两种运行状态的堵转性能、起动性能进行研究,并分别研究样机在空载、重载起动条件下的切换过程。样机试验与仿真结果表明,轻载时在牵入同步速度附近切换运行状态,重载时在0.6倍额定转速前切换运行状态,新型电机能够兼顾高起动性能与高稳态性能。

基于变极绕组的异步起动永磁同步电动机起动性能研究

异步起动永磁同步电动机(line-start permanent magnet synchronous motor,LSPMSM)因具有较高的效率、功率因数和转矩密度,因此在很多应用场合中远优于感应电机,但其应用又受限于较差的起动转矩和牵入同步能力。该文中设计了一种变极式异步起动永磁同步电机,其定子绕组采用新型的6/8变极绕组结构。通过对常规8极异步起动永磁同步电动机和变极异步起动永磁同步电动机工作原理的分析,以及利用二维有限元法比较分析起动过程中两电机的发电制动转矩、波动转矩、空载反电势及堵转转矩,其结果表明,6/8变极异步起动永磁同步电动机能够从根本上有效抑制发电制动转矩和波动转矩,显著提高了电机的起动能力。

异步起动永磁同步电机起动过程中永磁体的退磁研究

为了研究异步起动永磁同步电机起动过程中永磁体的退磁情况,建立了计及饱和、温度等多种因素影响的时步有限元模型。分析了异步起动永磁同步电机起动过程中,鼠笼式结构转子对永磁磁场的屏蔽作用,以及通过施加不同负载,对永磁体的退磁规律进行了总结归纳。根据定转子合成磁动势对永磁体产生最大退磁时刻的退磁预估场图,重新建立了最恶劣起动过程中退磁后的有限元模型,对比分析了退磁前后电机的起动性能。

新型变极起动永磁同步电动机的参数计算及转矩分析

异步起动永磁同步电动机因其有较高的效率、功率因数和转矩密度而在高效节能场合的应用日益广泛,但由于其结构特点,在起动过程中定转子极数相同,会存在较大的发电制动转矩和脉动转矩,使得在起动过程中的最小转矩变小,严重影响电机的起动能力。该文基于一种新型6/8变极起动永磁同步电动机,实现起动时定子绕组6极、转子永磁体8极,以有效地削弱发电制动转矩和脉动转矩,提高起动能力;待一定时刻,定子绕组切换成8极完成牵入同步稳定运行。分别对该变极起动电机6极状态和8极状态下的电抗参数、磁场、转矩进行了分析及计算,得到6极起动情况下的各转矩分量-转速曲线,并与常规8极异步起动永磁同步电动机进行比较。结果表明,对于该变极起动电机6极起动过程中发电制动转矩和脉动转矩得到了有效地抑制,显著提高电机起动能力。最后,通过二维有限元模型仿真,以及对样机发电制动转矩的测量和空载起动实验,有效地验证了其正确性。