起重机用永磁同步电机的热计算与设计

发布时间：2017-05-23 20:01

  本文关键词：起重机用永磁同步电机的热计算与设计，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：直驱式起重机用永磁同步电机改变传统起重机机械结构，降低驱动系统体积且避免了减速机的维护复杂，使系统的整体效率有所提高。但永磁电机作为起重机装置的一部分，要求其转速低、极数多，以及电机细长型等一系列特殊结构，造成电机散热条件有限，必须通过瞬态温度场计算永磁电机的温升分布和局部过热点，采取有效的冷却结构降低温升和消除局部过热点，使电机达到高效率、高功率密度。论文主要包括以下几个方面： 首先，本文对采用S3工作制的直驱式起重机用永磁同步电机进行了瞬态温度场计算，建立了在特殊工作制下PMSM的三维瞬态温度场求解模型，运用有限元法对电机三维瞬态温度场进行了计算，分析了静态温度场参数化计算、瞬态温度场计算对电机温度场准确性的影响。通过样机试验与计算结果的对比，证明热源时变加载的科学性，并为特殊工况电机的温度场计算提供了参考依据。 其次，在综合考虑电机主要发热源分布位置与电机结构的基础上，论文为起重机用永磁同步电机设计了几套通风冷却系统方案，运用有限体积法对提出的冷却方案进行了三维流动与传热耦合计算，并对计算结果进行了对比分析，最后在兼顾电机的防护等级、工艺和成本的基础上，选定了起重机的冷却方案。 最后，设计了一台额定转矩为5108N·m、额定功率为9.79kW起重机用永磁同步电机，电机采用外转子与起重机卷筒一体化，以取代传统的起重机采用的感应电机—减速机的驱动系统。在设计过程中，本文对起重机用永磁同步电机的主要尺寸、气隙长度、转子磁路结构、极槽配合、永磁极弧因数等进行了对比分析，通过对电机参数的合理选择，起重机用永磁同步电机满足了设计要求。
【关键词】：起重机用永磁同步电机 瞬态温度场 冷却系统 S3工作制
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM341;TH21
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-14
• 1.1 课题的背景和意义8
• 1.2 国内外研究现状8-12
• 1.2.1 热计算研究现状8-10
• 1.2.2 电机通风系统结构的研究现状10-11
• 1.2.3 起重机用低速大转矩永磁同步电机技术研究现状11-12
• 1.3 课题的主要研究内容12-14
• 第2章 起重机用永磁同步电机的冷却系统14-26
• 2.1 数学模型的建立14-16
• 2.1.1 标准κ-ε紊流数学模型14
• 2.1.2 质量守恒方程与动量守恒方程14-15
• 2.1.3 能量方程和热传导方程15-16
• 2.2 基本假设与边界条件16
• 2.2.1 基本假设16
• 2.2.2 边界条件16
• 2.3 起重机用 PMSM 的冷却方式的选取16
• 2.4 冷却系统设计16-24
• 2.4.1 空心轴强迫风冷设计方案17-18
• 2.4.2 端盖引风、定子内部开通风道设计方案18-20
• 2.4.3 端盖引风、定子开径向通风道设计方案20-21
• 2.4.4 轴内引风、定子内部开通风道设计方案21-24
• 2.5 本章小结24-26
• 第3章 起重机用外转子 PMSM 全域三维瞬态温度场数值计算与分析26-41
• 3.1 起重机用 PMSM 三维瞬态温度场数学模型26-30
• 3.1.1 求解区域与边界条件26-28
• 3.1.2 导热系数的确定28
• 3.1.3 定转子间流热耦合等效处理28-29
• 3.1.4 定子绕组等效导热模型29
• 3.1.5 散热系数的确定29-30
• 3.2 热源的确定30-31
• 3.2.1 电枢绕组铜耗30
• 3.2.2 轴承损耗计算30-31
• 3.2.3 定子铁心损耗计算31
• 3.3 钕铁硼永磁体涡流损耗计算31-32
• 3.4 S3 工作制电机的温度场计算32-39
• 3.4.1 静态温度场参数化计算33-35
• 3.4.2 瞬态温度计算35-37
• 3.4.3 样机温升实验37
• 3.4.4 温度场计算结果对比分析37-39
• 3.5 本章小结39-41
• 第4章 电机设计41-54
• 4.1 起重机用电机主要外形尺寸设计41-42
• 4.2 转子磁路结构选择42-44
• 4.3 电机的极槽配合44-45
• 4.4 气隙长度选取45-49
• 4.549-51
• 4.5.1 永磁体材料的选取49
• 4.5.2 永磁体宽度的选取49-50
• 4.5.3 永磁体厚度的确定50
• 4.5.4 永磁体形状优化50-51
• 4.6 电磁场的计算51-52
• 4.7 本章小结52-54
• 第5章 结论54-55
• 参考文献55-57
• 在学研究成果57-58
• 致谢58

【参考文献】

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本文编号：388936