低速大转矩绕线转子自起动永磁同步电动机的设计与起动性能分析

论文摘要

起重机是国民经济发展中必不可缺的物料搬运输送设备和工业安装设备。针对目前起重机多采用异步电动机-齿轮减速机驱动模式存在的问题,本文提出一种低速大转矩绕线转子自起动永磁同步电动机,该电机的转子铁心外圆周均匀分布转子槽,在转子铁心内镶嵌有永磁体,转子槽内放置三相对称绕组。通过控制转子外串起动电阻来解决笼型自起动永磁同步电动机起动过程中的大电流和瞬时转矩冲击问题；通过多极降低同步速,将电机设计成低速大转矩电机,从而取消减速机,实现直驱运行；利用永磁同步电动机效率和功率因数与负载率近似无关的特点,解决起重机由于平均负载率偏低而导致的效率和功率因数低的问题。本文结合多极永磁电机的设计特点,对绕线转子自起动永磁同步电动机的电磁设计方法进行了分析,并设计一台75kW，30极低速大转矩绕线转子自起动永磁同步电动机。采用二维静磁场有限元法,对绕线转子自起动永磁同步电动机的同步电抗参数进行计算。针对这种电机的结构特点,建立电机起动过程数学模型,推导了计算转子外串起动电阻的表达式,探讨了绕线转子自起动永磁同步电动机如何调节转子外串起动电阻来提高合成转矩的技术措施,采用Ansoft有限元仿真软件对电机的起动性能进行仿真,并与笼型自起动永磁同步电动机的起动性能进行对比分析。仿真结果表明绕线转子自起动永磁同步电动机可以通过无级调节转子外串起动电阻来提高笼型自起动永磁同步电动机的起动转矩,减小起动电流。本文为新型电机的进一步研究奠定了理论基础,为起重装备的研究与开发开辟了新的思路。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 国内外相关问题的研究动态
• 1.2.1 自起动永磁同步电动机的研究动态
• 1.2.2 绕线转子异步电动机的研究动态
• 1.3 本论文研究的主要内容
• 第二章 绕线转子自起动永磁同步电动机的电磁设计
• 2.1 绕线转子自起动永磁同步电动机的原理和结构
• 2.1.1 绕线转子自起动永磁同步电动机的原理
• 2.1.2 绕线转子自起动永磁同步电动机的结构
• 2.2 绕线转子自起动永磁同步电动机定子设计
• 2.2.1 定子冲片设计
• 2.2.2 定子绕组形式选择和绕组排布
• 2.2.3 定子绕组连接形式的选择
• 2.3 转子设计
• 2.3.1 转子槽数的选择
• 2.3.2 转子绕组设计
• 2.4 永磁体的设计
• 2.4.1 永磁体尺寸的确定
• 2.4.2 永磁体嵌放深度的确定
• 2.5 本章小结
• 第三章 电抗参数的计算
• 3.1 电抗参数的研究现状
• 3.2 定子三相绕组的自感系数及互感系数计算
• 3.3 交、直轴电抗参数的计算
• 3.4 计算结果
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于有限元法的起动过程的仿真分析
• 4.1 起动方法的研究现状
• 4.2 绕线转子自起动永磁同步电动机起动过程的转矩组成
• 4.2.1 平均转矩
• 4.2.2 脉动转矩
• 4.2.3 起动转矩
• 4.2.4 最小转矩
• 4.2.5 牵入转矩
• 4.3 绕线转子自起动永磁同步电动机转子外串起动电阻的计算
• 4.4 绕线转子自起动永磁同步电动机起动过程数学模型
• 4.5 绕线转子自起动永磁同步电动机起动过程的仿真分析
• 4.6 绕线转子自起动永磁同步电动机参数变化对起动过程的影响
• 4.6.1 永磁体放置位置不同对起动性能的影响
• 4.6.2 定子绕组端电压对起动性能的影响
• 4.7 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢