曳引机用外转子永磁同步电动机的分析与优化设计

发布时间：2017-04-04 22:07

  本文关键词：曳引机用外转子永磁同步电动机的分析与优化设计，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在日常生活中,电梯作为垂直方向升降的交通运输工具,其占用面积小,同时通过电气或其它方式的控制可以将乘客和货物安全、合理、有效地送到不同的楼层。由于电梯具备较多的优点,已经成为与人们工作生活息息相关的重要组成部分,而曳引机是电梯的主要组成部分,曳引机通常由电动机、减速机、制动器、和底座等部件组成,其中曳引机中的主要部分为电动机,因此,电机为电梯的主要部件之一。在传统的曳引机中,大多采用的是三相异步电动机,这种电机效率较低,并且在运行中噪音、振动较大、安装维修困难。而永磁同步电动机具有体积小、高效节能、输出转矩平稳和起动转矩大等优点,是一种新型的高效特种电机,在各个电机生产企业、高校及研究单位得到了很好的评价。但是,永磁同步电动机存在着齿槽转矩和电磁噪音的问题。本课题来源于广州广日电梯工业有限公司,是关于设计和优化一款曳引机用外转子永磁同步电动机,使其达到效率高、振动小、噪音低和齿槽转矩低等优点。首先介绍永磁同步电动机的基本结构、工作原理及数学模型等,然后介绍ANSYS软件的相关知识和如何通过ANSYS有限元软件中Maxwell模块建立二维模型的方法。通过理论分析选出永磁同步电动机的槽极配合分别为36槽30极、36槽32极、36槽34极。对三种不同的槽极配合进行径向力波分析,优化分数槽永磁同步电动机固有的电磁噪音,经过对比分析,最佳的槽极配合为36槽30极,能够有效减少气隙磁密的谐波含量。除此之外,基于永磁同步电动机固有的齿槽转矩问题,根据永磁同步电动机产生齿槽转矩机理进行分析,通过优化极弧系数和采用不等厚永磁体进行优化,可以有效降低永磁同步电动机的齿槽转矩。基于Maxwell2D建立的有限元模型,将磁钢的极弧系数和偏心距分别设为变量,进行扫描分析,仿真结果表明,在合理的范围内,存在一个最优的极弧系数和偏心距使该款电动机的齿槽转矩得到明显削弱。最后,根据优化后的尺寸参数试制样机,对其各个性能参数、振动和噪音进行测试,通过对比分析样机的性能与Maxwell2D仿真值,主要的性能误差均在5%以内,满足优化设计的要求,同时也验证了Maxwell2D有限元仿真的正确性。本文在工程实践和理论上有较高的参考价值。
【关键词】：电梯 曳引机 外转子永磁同步电动机 槽极配合 电磁噪音 径向力波 齿槽转矩 ANSYS/Maxwell2D
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM341
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 课题背景及研究意义11-12
• 1.2 永磁电机的发展历史12-13
• 1.3 国内外研究现状13-16
• 1.4 本文主要研究内容及论文结构16-18
• 第二章 永磁同步电动机基本原理及数学模型18-26
• 2.1 永磁同步电动机的工作原理18-20
• 2.1.1 永磁同步电动机起动方法18-19
• 2.1.2 永磁同步电动机调速原理19-20
• 2.2 永磁同步电动机的特点20-21
• 2.3 永磁同步电动机结构分类21-23
• 2.4 永磁同步电动机的数学模型23-25
• 2.5 小结25-26
• 第三章 分析不同槽极配合对永磁同步电动机性能的影响26-46
• 3.1 永磁同步电动机电磁振动和噪音的分析26-28
• 3.1.1 永磁同步电动机电磁振动和噪音的产生26-27
• 3.1.2 分析永磁同步电动机的径向力波27-28
• 3.2 永磁同步电动机不同槽极配合的选用28-30
• 3.2.1 分数槽集中绕组结构的优势28-29
• 3.2.2 分数槽集中绕组电机槽极数组合的约束条件29-30
• 3.3 有限元分析软件的介绍及模型的建立30-33
• 3.3.1 有限元分析软件的介绍30-32
• 3.3.2 曳引机用外转子永磁同步电动机主要参数及有限元模型建立32-33
• 3.4 不同槽极配合曳引机用外转子永磁同步电动机的谐波分析33-45
• 3.4.1 曳引机用外转子永磁同步电动机定子(绕组)磁场分析33-39
• 3.4.2 曳引机用外转子永磁同步电动机转子(永磁)磁场分析39-43
• 3.4.3 不同极槽配合的曳引机用外转子永磁同步电动机径向力波分析43-45
• 3.5 小结45-46
• 第四章 永磁同步电动机齿槽转矩的优化分析46-59
• 4.1 永磁同步电动机齿槽转矩产生原理及优化方法46-50
• 4.1.1 永磁同步电动机齿槽转矩产生原理46-49
• 4.1.2 削弱永磁同步电动机齿槽转矩的方法49-50
• 4.2 优化磁钢的极弧系数削弱永磁同步电动机的齿槽转矩50-53
• 4.2.1 优化磁钢极弧系数的原理分析50-52
• 4.2.2 优化磁钢极弧系数的有限元分析52-53
• 4.3 采用不等厚永磁体优化永磁同步电动机的齿槽转矩53-55
• 4.3.1 不等厚磁极结构及分析53-54
• 4.3.2 不等厚磁极的有限元分析54-55
• 4.4 电动机优化前后性能对比分析55-58
• 4.5 小结58-59
• 第五章 样机的试制与测试59-63
• 5.1 样机试制59-60
• 5.2 仿真结果与样机测试值对比60-61
• 5.3 样机振动测试61
• 5.4 样机噪声测试61-62
• 5.5 小结62-63
• 总结与展望63-65
• 参考文献65-70
• 攻读硕士期间发表的论文70-72
• 致谢72

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张波,李忠,毛宗源,庞敏熙;一类永磁同步电动机混沌模型与霍夫分叉[J];中国电机工程学报;2001年09期

2 江慧;永磁同步电动机[J];变流技术与电力牵引;2001年06期

3 张卓,李忠;永磁同步电动机混沌系统的反控制[J];暨南大学学报(自然科学与医学版);2001年03期

4 张卓,李忠,任平;永磁同步电动机中的混沌现象[J];模糊系统与数学;2001年02期

5 熊浩,李新华,周克定;单相永磁同步电动机的建模与仿真[J];微特电机;2002年02期

6 熊浩,李新华;单相永磁同步电动机的变频调速研究[J];微特电机;2002年04期

7 陈宇华,杨宪忠;日本永磁同步电动机的最新动态[J];防爆电机;2002年03期

8 张波,李忠,毛宗源;永磁同步电动机的混沌特性及其反混沌控制[J];控制理论与应用;2002年04期

9 王步来,顾伟;内置式永磁同步电动机经验设计[J];微电机(伺服技术);2005年05期

10 张金柱;;永磁同步电动机在混合动力汽车上的应用[J];轻型汽车技术;2005年06期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 吴茂刚;赵荣祥;;新型混合式高精度永磁同步电动机速度调节方法[A];2009中国控制与决策会议论文集（1）[C];2009年

2 钟技;周扬忠;陈道炼;;永磁同步电动机直接转矩全数字控制硬件系统设计研究[A];2008中国电工技术学会电力电子学会第十一届学术年会论文摘要集[C];2008年

3 武玉强;马新;宗广灯;;永磁同步电动机系统的有限时间跟踪控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年

4 马亚青;侯雪川;邹艳;田德文;姜茹;;车辆电驱动系统中永磁同步电动机控制特性分析[A];全国冶金自动化信息网2013年会论文集[C];2013年

5 杨霞;杨波;杜继光;;永磁同步电动机矢量控制系统设计[A];第十三届中国小电机技术研讨会论文集[C];2008年

6 陆克山;于松义;;浅析稀土永磁同步电动机在机械采油系统中的应用[A];2010江苏省“能源计量与节能减排”论坛论文集[C];2010年

7 曹志彤;璩立强;;模型参考自适应控制永磁同步电动机系统的模拟研究[A];1991年控制理论及其应用年会论文集（下）[C];1991年

8 仇志坚;邓智泉;王晓琳;;基于电压-电流模型的无轴承永磁同步电动机悬浮子系统独立控制研究[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集（下）[C];2005年

9 肖红军;李先祥;黄道平;;永磁同步电动机的三电平直接转矩控制[A];全国冶金企业计控网络化研讨会论文集[C];2003年

10 刘新华;江建中;柏成立;龚宇;;基于场路耦合的异步起动永磁同步电动机计算方法[A];第十届中国小电机技术研讨会论文集[C];2005年

中国重要报纸全文数据库 前7条

1 驻太仓首席记者 徐允上;太仓诞生首台永磁同步电动机[N];苏州日报;2009年

2 记者 王蕾;高效高压永磁同步电动机在我省研制成功[N];山西经济日报;2012年

3 刘文硕;高效永磁同步电机降低设备电力损耗[N];中国纺织报;2007年

4 刘文硕;永磁同步电机助推纺织机节能[N];中国工业报;2007年

5 陈嵘;永磁同步电动机在化纤纺丝机变频调速中的应用[N];中国纺织报;2009年

6 刘红旗;小功率电机在家用电器中的应用[N];中国工业报;2005年

7 蒋振宇;中钢天源新技术被列入国家技术创新工程试点省项目[N];中国冶金报;2010年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 JON RYONG HO;无传感器永磁同步电动机伺服系统的智能自适应鲁棒控制研究[D];东北大学;2015年

2 唐旭;异步起动永磁同步电动机若干难点问题的研究[D];山东大学;2016年

3 曹先庆;混合动力电动汽车用永磁同步电动机驱动系统的研究[D];沈阳工业大学;2008年

4 宋志环;永磁同步电动机电磁振动噪声源识别技术的研究[D];沈阳工业大学;2010年

5 韦笃取;永磁同步电动机控制系统混沌行为分析及抑制和镇定[D];华南理工大学;2011年

6 王丽梅;基于高频信号注入的永磁同步电动机无位置传感器控制[D];沈阳工业大学;2005年

7 于慎波;永磁同步电动机振动与噪声特性研究[D];沈阳工业大学;2006年

8 赵清;中型高效永磁同步电动机设计关键技术研究[D];沈阳工业大学;2006年

9 郭振宏;主轴永磁同步电动机及其传动系统设计研究[D];沈阳工业大学;1999年

10 周广旭;调速高效永磁同步电动机及其驱动系统的研究[D];沈阳工业大学;2006年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 李波;高动态性能永磁同步电动机的设计研究[D];湖南大学;2010年

2 丁亚明;盘式无铁心永磁同步电动机控制性能分析和控制方法研究[D];天津大学;2005年

3 郭超;基于平面倒立摆的双永磁同步电动机协调控制的研究[D];杭州电子科技大学;2013年

4 马箭;永磁同步电动机永磁磁链监测研究[D];湖南工业大学;2015年

5 秦振华;双三相永磁同步电动机故障性能分析[D];郑州大学;2015年

6 石强;永磁同步电动机无位置传感器控制技术研究[D];山东大学;2015年

7 杨智;船用高速永磁同步电动机的设计研究[D];中国舰船研究院;2015年

8 黄立军;基于DSP电机励磁的矢量控制系统设计与验证[D];大连理工大学;2015年

9 尹青华;永磁同步电动机电磁—机械应力耦合场的研究[D];华北电力大学;2015年

10 周士超;基于DSP的CAN总线伺服控制器的研制[D];黑龙江大学;2015年

  本文关键词：曳引机用外转子永磁同步电动机的分析与优化设计，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：285987