同心单双层星三角绕组笼型感应电机的铁耗及振动噪声性能分析

发布时间：2020-10-25 18:28

　　 三相感应电机由于其结构简单、价格便宜、制造方便、运行可靠,便于调速等优点在工业生产中应用极广。但由于感应电机定子三相绕组普遍采用的Y型或△型连接使得电机绕组磁势中的谐波分量较大,一方面气隙磁密中高幅值的谐波分量会导致电机铁耗居高不下,使得电机的效率难以提升且发热较严重;另一方面气隙磁场谐波分量作用于电机铁心产生的电磁激振力会激发电磁振动,导致电机噪声,缩短电机寿命,危害人体健康,污染环境。本文针对三相笼型转子感应电机的气隙磁场的谐波问题,提出了同心单双层星三角绕组,研究了通过改良电机定子绕组,来降低电机铁耗及减小振动噪声问题,开展的工作主要有以下几个方面:1、首先说明了改良电机绕组的背景意义,梳理了国内外电机定子正弦绕组的发展历程,并介绍了电机定子正弦绕组对于改善电机性能的研究现状。从两个与气隙磁场谐波关系密切的性能问题—铁耗和振动噪声出发,阐述了国内外学者对于减小电机铁耗和降低振动噪声的理论方法,并探讨了各种已知方法的适用情形。2、基于两种感应电机定子正弦绕组—星三角串联正弦绕组和同心低谐波正弦绕组的优势及不足,提出了同心单双层星三角正弦(CSDLSD)绕组。利用解析方法分析了CSDLSD绕组的工作原理,并分析了采用该定子绕组引起的气隙磁势,推导出磁势的谐波绕组系数的公式。3、基于经典的Bertotti损耗三段式模型和斯坦梅茨方程理论分析采用了CSDLSD定子绕组的电机气隙磁势中的谐波分量对于定子铁耗的影响。借助二维有限元仿真对比分析CSDLSD绕组与普通双层短距绕组和星三角正弦绕组的气隙磁势谐波含量,反电势谐波含量。采用对定子铁心分段分析的方法,对比采用上面三种绕组时定子铁心各处铁耗。得出有限元分析结果与解析法分析结果相一致,改良定子绕组可以有效减小由于气隙磁势谐波导致的铁耗。4、基于电机电磁振动噪声主要来自于电机的电磁激振力的原理,结合第三章的采用改良绕组的气隙磁势理论推导,采用磁势磁导相乘的方法分析电机的径向电磁力,通过力波频率分析及对电机定子固有振动频率的分析,推导出电机的振动类型。借助二维有限元仿真分析和二维傅里叶时频分解验证绕组形式对各次谐波幅值的影响从而对于振动力波的削弱作用。最后通过谐响仿真软件,对比分析验证了采用三种不同绕组时电机电磁噪声,验证了理论分析的结果,即采用同心单双层星三角绕组可以有效降低电机的电磁噪声。本文提出了结合两种定子正弦绕组优点的CSDLSD绕组,对其原理及采用该定子绕组对电机气隙磁场的影响进行了解析分析,并通过有限元仿真的方法,解析并验证了改良绕组对于减小定子铁耗及降低振动噪声的效果。对于提高已生产并投入运行的电机性能提升改造有一定的参考作用。
【学位单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM346
【部分图文】：

图 2. 8 同心单双层星三角绕组等效电路图Fig 2.8 Equivalent circuit diagram of the CSDLSD windin 为星部绕组的端电压， BY和 CY是 CY和 BY相， eiθ为电压向量角，Z*为星型部分的阻抗，因为三相的绕组阻抗相等，Z*可以由式 (2.18) 求得。2 2, ,( )BY m BY BYZ R X X 相对称，则三相电流幅值，三相电压幅值和三相阻可以用 BY的值替代，Z*替代 CY和 BY相的阻抗(2.17) 可以求出，当三相对称绕组通以三相对称交幅值是星部端电压 U 的 3 / 2。已知星部绕组和个定子绕组的电动势如式 (2.19)。'1(1 )L NE U

三相对称电流引起的旋转磁化等因素引入的经验系数。感应电机定、转子轭的 ka一般取 1.5，定、转子齿的 ka一般取 1.8。G 为电机铁心轭或齿的质量，针对本文所选电机，G 的值由表 3.2 给出。谐波磁密 Bv的值，在计算轭部时取轭部磁密最大值，计算齿部时，取沿齿磁路的磁密平均值。表 3. 2 电机铁心不同部位处磁密与质量的关系Tab 3.2 Magnetic density corresponding to the weight of each part定子轭 定子齿 转子轭 转子齿质量(kg) 40.92 7.32 11.37 4.96磁密(T) 1.396 1.718 1.342 1.65根据第二章的理论推导，有限元仿真建模时的同心单双层低谐波绕组展开图由图 3.2 给出。先将角部绕组三相按照 A，-C，B，-A，C，-B 顺序依次连接，然后将 A，B，C 的三相引出端接至对应相星部绕组，最后将星部绕组三相引出端接至三相对称交流电源。

Tab 3.3 Slot number connection of the CSDLSD winA1B-25T 2-24 3T-23B 1T-25B5B-29T 6-28 7T-27B 5T-29BB17B-41T 18-40 19T-39B 17T-41B21B-45T 22-44 23T-43B 21T-45BC33B-9T 34-8 35T-7B 33T-9B37B-13T 38-12 39T-11B 37T-13B为了研究感应电机在额定工况 s ≈ 0.036 下的铁心损法相结合的方法，计算出不同部位谐波的铁心损耗。图 的定子轭和定子齿的划分，同时对比了普通双层短距绕组的磁通密度分布。为了计算每个部位的具体铁心损耗，元，每个单元包含一个定子齿及对应的定子轭，定子轭沿根据磁路的分布，划分为齿顶和齿中两个部分，以便更详两极下的磁通密度绝对值几乎相等，因此可以只考虑半yoketooth
【参考文献】

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本文编号：2855795