起重机用永磁同步电机的设计与研究

发布时间：2017-05-09 11:10

  本文关键词：起重机用永磁同步电机的设计与研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在传统起重行业中,由异步电动机加机械减速机构成的驱动系统占主导地位,但其结构复杂、转动惯量大、系统整体效率低、噪声大、润滑油渗漏污染、维护频繁等缺点,显然这种传统的结构已无法适应当今时代高速发展的要求。取消减速机,由低速电机直接驱动机械负载,已成为该技术领域的发展方向。本设计在取消减速机的同时,将低速永磁同步电机和起重机卷筒合为一体,更进一步使起重机轻量化、节能节材。论文主要包括以下几个方面:首先,设计一台额定转矩为5108N?m、额定功率为9.79kW起重机用永磁同步电机。由于起重机用永磁同步电机为细长型、外转子结构,电机的铜耗占总损耗的比例比较大,并且这种结构给永磁体的装配造成一定的困难,因此如何降低电机的铜耗是本课题的难点。为了降低电机的铜耗,本文将卷筒的厚度减小,增大定子外径,并且对卷筒的强度进行校核。在设计过程中,本文对起重机用永磁同步电机的主要尺寸、极槽配合、气隙长度、永磁体极弧因数等进行了对比分析,通过对电机参数的合理选择,使起重机用永磁同步电机满足了设计要求,在此基础上,总结起重机用永磁同步电机的设计规律。其次,由于起重机用永磁同步电机由于采用外转子结构、功率密度大,散热更加困难,且起重机用永磁同步电机在运行过程中需频繁的起动、制动,并且负荷变化大,导致起重机用永磁同步电机局部温升问题较为突出,本文利用ANSYS Workbench三维有限元分析软件,对所设计的起重机用永磁同步电机的温升进行校核,针对起重机用永磁同步电机的特点,分析了电机不同工作制下、不同通电持续率以及短时过载对温度场的影响规律。最后,对起重机用永磁同步电机进行能效分析。首先分析了传统起升机构的机械结构效率,然后将起重机用永磁同步电机与相同功率等级的传统异步电机加减速机构在生命周期的耗电量进行计算,得到起重机用永磁同步电机的节电率,并且分析了起重机用永磁同步电机在不同工作级别下的节电率。
【关键词】：起重机 永磁同步电机 温度场 外转子 能效
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH21;TM341
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 课题的国内外研究现状10-15
• 1.2.1 起重机用低速大转矩永磁同步电机的研究现状10-12
• 1.2.2 热计算研究现状12-14
• 1.2.3 起重机能效分析研究现状14-15
• 1.3 课题主要研究内容15-16
• 第2章 起重机用永磁同步电机的设计与实验研究16-40
• 2.1 起重机用永磁同步电机的设计要求17-18
• 2.2 起重机用永磁同步电机的设计18-29
• 2.2.1 转子内径的确定18-19
• 2.2.2 极槽配合的选择19-21
• 2.2.3 转子磁路结构的选择21-22
• 2.2.4 气隙长度的确定22-24
• 2.2.5 永磁体的设计24-25
• 2.2.6 永磁体的优化25-26
• 2.2.7 电枢绕组的设计26-27
• 2.2.8 极弧系数的选择27-29
• 2.3 起重机用永磁同步电机的有限元分析29-32
• 2.4 样机制造及实验研究32-39
• 2.4.1 永磁体的固定32-34
• 2.4.2 控制器及其编码器的选择34-35
• 2.4.3 样机制造35-36
• 2.4.4 起重机用永磁同步电机的实验研究36-39
• 2.5 本章小结39-40
• 第3章 起重机用永磁同步电机的温度场分析40-51
• 3.1 起重机用永磁同步电机的求解域模型建立40-45
• 3.1.1 定子绕组等效热模型建立41-43
• 3.1.2 气隙的处理43
• 3.1.3 生热率的确定43-44
• 3.1.4 导热系数的确定44
• 3.1.5 散热系数的确定44-45
• 3.1.6 电机的工作制45
• 3.2 温度场计算结果分析45-48
• 3.3 工作制对起重机用永磁同步电机的温度场影响48-49
• 3.4 短时过载对起重机用永磁同步电机的温度场影响49-50
• 3.5 本章小结50-51
• 第4章 起重机用永磁同步电机的能效分析51-60
• 4.1 机构的分级51-52
• 4.1.1 机构的使用等级51
• 4.1.2 机构的载荷状态级别51-52
• 4.1.3 机构的工作级别52
• 4.2 新型的起重机用永磁同步电机的节电率计算52-55
• 4.2.1 机械结构效率的计算53-54
• 4.2.2 M5级别节电率的计算54-55
• 4.3 不同工作级别下起重机用永磁同步电机的节电率55-58
• 4.4 本章小结58-60
• 第5章 结论60-61
• 参考文献61-64
• 在学研究成果64-65
• 致谢65

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