砂磨机用直驱永磁电机设计及其性能分析

发布时间：2020-04-19 06:03

【摘要】：砂磨机现有驱动系统都是采用异步电机加皮带机和减速机进行驱动。这种驱动方式存在系统驱动效率低、能源浪费严重、结构复杂、磨损严重、运行可靠性差、维护成本高等缺点,不符合节能减排的要求。本文提出采用永磁电机直接驱动砂磨机,省去皮带机和减速机,提高整体驱动效率,简化机械结构,提升运行可靠性。本文围绕砂磨机驱动系统采用直驱永磁电机的设计及电机性能分析展开研究,主要研究内容如下:首先,确定砂磨机用直驱永磁电机的设计参数,电机采用自然冷却,重点对热负荷的设计进行分析,考虑电机功率和转速、材料、经济性等对热负荷的影响,直驱永磁电机热负荷应限制在1200A/(cm?mm~2)以内。对电机的定子结构、气隙大小和转子结构进行设计。研究分析不均匀气隙对直驱永磁电机齿槽转矩、波形畸变率和转矩脉动的影响,通过选取最佳不均匀气隙倍数X=2.2后,齿槽转矩被削弱到额定转矩的0.83%,波形畸变率和转矩脉动达到最低。对电机性能进行仿真分析,验证电机设计的合理性。其次,对砂磨机用直驱永磁电机的各部分损耗和生热率做出计算,基于传热学理论对电机各部分的导热系数和散热系数进行计算,通过建立电机三维物理模型,计算电机各部分温度场分布情况。结果表明电机各部分温度分布合理,电机绕组最高温度为107.68℃,可以满足电机F级绝缘要求。最后,制造了砂磨机用直驱永磁电机样机。分别对直驱永磁电机和异步电机进行空载和负载实验。实验结果表明,直驱永磁电机相比异步电机空载电流和空载损耗很小,同样负载下电流和功率明显降低。对直驱永磁电机进行温升实验,通过实验温度值和仿真温度值对比可知,实验值与仿真值误差很小,验证了仿真的可靠性。实验得出电机温升为75.3K,验证了电机热负荷设计的合理性。完成现场安装与测试,验证了直驱永磁电机高效节能、高可靠性的性能优势。分析和实验都表明,采用永磁电机直驱砂磨机可以省去皮带机和减速机,满足砂磨机驱动系统的要求。
【图文】：

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沈阳工业大学硕士学位论文磁电机直驱传动杆运行，可大大提高整体传动链的效率，降低能耗，减少磨损企业提高生产效率、降低成本、持续安全可靠生产有着重大意义，对深入贯彻能减排政策意义深远。1.2 国内外研究现状1.2.1 砂磨机驱动现状随着国民经济的不断增长，我国对超细粉体的需求日益增大，，砂磨机目前大，已广泛应用于不同工况且逐步向大型化发展。因此，针对不同工况我国已不同类型的砂磨机。但是，对砂磨机的驱动一直采用异步电机加皮带机和减速式，如图 1.1 所示。这种驱动方式存在驱动效率低、占地面积大、能源浪费严重列问题。皮带机异步电机

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额定转速 60r/min 额定转矩 4774.5N·m定子槽数 72 极数 40定子外径 720mm 定子内径 520mm转子外径 517.6mm 转子内径 240mm永磁体宽度 24mm 永磁体厚度 8mm轴向长度 420mm 过载倍数 2.0效率 91.7% 功率因数 0.983电密 2.88A/mm2热负荷 1085A/(cm mm2)2.9 电机性能仿真与分析永磁电机空载时电流很小接近于 0，在空载特性仿真时，电机绕组加 0 电流激励，通过仿真得到永磁电机空载磁力线分布图和磁密云图分别如图 2.8 所示。空载状态下，可取定子齿磁密幅值小于 1.6T。通过仿真分析可以看出，空载状态时，空载齿磁密基本稳定在 1.52T，满足电机性能要求。
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM351

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