自起动永磁同步电机性能分析及其影响因素研究

发布时间：2020-11-05 18:45

　　 与传统感应电机相比,自起动永磁同步电机具有高功率密度、高功率因数、高效率和宽经济运行范围的优点,能够有效地提升电机能效等级,减小电能损耗。在全球能源资源日益紧张的背景下,对自起动永磁同步电机的研究也愈发重要。本文基于二维有限元法和解析法,深入研究了绕组匝数、连接方式、网侧电压不平衡和变频器侧高频谐波电压等因素对自起动永磁同步电机性能的影响。首先,针对自起动永磁同步电机设计过程中绕组匝数和连接方式的设计问题,利用有限元法和相量图法,确定了绕组匝数和连接方式对电枢电流、功率因数、最大转矩、起动转矩和损耗等电机性能的影响规律,并分析了其中的影响机理,为自起动永磁同步电机绕组匝数和连接方式的设计提供了理论基础。其次,针对自起动永磁同步电机供电电压不平衡问题,研究了电压不平衡对自起动永磁同步电机稳态性能和动态性能的影响。探究了电压不平衡对自起动永磁同步电机绕组铜耗,定子铁心损耗和转子涡流损耗的影响规律。结合对称分量法,分析了不同电压不平衡率下正序和负序电压产生的谐波转矩分量,确定了影响自起动永磁同步电机转矩脉动的主要因素。通过对自起动永磁同步电机电枢磁场,永磁体磁场和转子绕组感生磁场之间耦合作用的分析,确定了起动过程中各磁场之间相互作用产生的具有特征频率和大小的脉动转矩和恒定转矩,并得到了不同电压不平衡率下电机起动转矩,最小转矩和临界转动惯量的变化规律。最后,探究了应用于变频驱动场合时,变频器输出电压中高次谐波分量对自起动永磁同步电机性能的影响。基于解析法推导并得出了变频器输出时间谐波和电机内空间谐波磁场的耦合关系,并结合有限元法分析了高频谐波对电机损耗的影响机理,为变频器驱动自起动永磁同步电机的设计提供了参考。
【学位单位】：郑州轻工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM341
【部分图文】：

对于该类型电机的优化设计有着重要的意义。为了简化分析，本章所指绕组匝数为每槽??导体数。在本章的研宄过程中，首先基于电机的常规设计方法设计了一台自起动永磁同??步电机并基于样机的设计参数搭建了二维瞬态电磁场有限元分析模型，如图２－１所示。??然后，保持其他设计参数不变，分别逐匝增加或减小匝数并计算电机的性能参数，直到??得到稳定的变化规律，最终得到每槽匝数变化区间为（２７－３３）。??２．２自起动永磁同步电机二维瞬态磁场有限元模型的建立??本文所研宄的电机是自起动永磁同步电机，其通常采用内置式转子结构。为了放置??较多的永磁体，提升电机的性能表现，本文所研宂的电机每极永磁体采用Ｖ形结构。本??章二维瞬态电磁场有限元模型的建立方法同样适用于本文其它章节有限元研究模型的??建立。本章所研宄的样机参数见表２－１，样机的有限元分析模型如图２－１所示。??ｉｆ??图２－１自起动永磁同步电机有限元计算模型??７??

在有限元计算过程中，为了便于分析做出以下假设：①不考虑位移电流的影响；②??硅钢片、定转子绕组等材料具有恒定的电导率和磁导率。根据表２－１中电机的基本参数??建立了电机的二维有限元分析模型，如图２＿１所示。考虑到上述假设，２Ｄ瞬态电磁场的??计算公式为１７２］：??＇ｄ（?＼?ｄＡ＼?ｄ?（＼?ｄＡ．＼?（?ｒ?ｄＡ：＼??ｄｘ?＾?／／?ｄｘ?）?ｄｙ＼ｆ．ｉ?ｄｙ?）?＼?ｄｔ?）??＜?Ｓ：?＝?０?（２－１）??ｐ：丄?ｉ—－－＾＝／ｔ??ｆｕ｛?ｄｎ?ｆ．ｉ２?ｄｎ?、??其中ｎ为有限元模型的求解域，包含整个截面模型；ｓ为定子外径边界条件；ｐ表??示永磁体的边界条件。???表２－１样机基本参数????基本参数?参数大小???额定功率／ｋＷ?１１??每槽绕组匝数?２９??极数?４??定子槽数?３６??气隙长度?０．５??定子外径／ｍｍ?２６０??定子内径／ｍｍ?１７０??转子直径／ｍｍ?１６９??接法?Ａ??铁心长度／ｍｍ?１３５??２．３绕组匝数对电机电枢电流、功率因数和最大转矩的影响研究??电机的电枢电流，功率因数不仅直接影响电机的效率，也将对电网电力线路损耗以??及电网无功容量产生一定影响。此外，实际应用中需要电机有一定的过载能力来应对一??些复杂工况。针对上述问题，本节将围绕绕组匝数对电机的电枢电流、功率因数和最大??转矩的影响进行研宄。??２．３．１电枢电流及功率因数的变化机理分析??通过有二维有限元计算得到不同匝数下定子电流和功率因数变化随负载变化的规??律分别如图２－２、

０?２?４?６?８?１０?１２?１４?１６?１８?２０?２２?２４??负载功率／ｋＷ??图２－２不同匝数下，功率因数随负载的变化??本??—＃—２７?＂＊＂２８?＊＂＊＊？２９?＊＂￥４—３０??１４．〇?＊＊＾？＊？３１?？＊＾３３?—?＿?＿?—??５０．０－?１２．０?Ｉ?，１??４５．０－?＞〇？〇?／?１??４０．０－?８０?Ｉ?Ｉ??１?３５＇０－?－??：＾－Ｃ」??＾?３０．０－?，〇??２５＇０＇?〇－？?，?２?Ｙ］?５?６?Ｉ??２０－°－?／?丨二＾?Ｂ??１５．０＿「丄????１０．０－
【参考文献】

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本文编号：2872037