提高真空泵用变频异步电机抗冲击能力的方法和效果分析
发布时间：2020-12-25 08:12
真空泵类负载电机在工作时会遇到直排大气的情况,真空泵电机的转速会迅速下降甚至停机,使系统真空度下降影响产品质量,因此需要提高电机的抗冲击能力。目前真空泵用驱动电机通常使用F/V控制,这种控制方式的动态特性较差,面对冲击载荷作用时系统稳定性较低。针对这种状况,设计了一台真空泵用屏蔽式变频异步电动机,并开发了控制系统,对其在冲击载荷时的失速特性进行研究;并提出一种变绕组匝数的方式进一步短时提升真空泵用变频异步电动机的抗冲击能力。首先,通过对电机本体结构进行优化提升电机的抗冲击能力。针对一台1.9kW的真空泵用屏蔽式变频异步电动机进行优化设计,以提升电机的最大转矩倍数。使用商业软件分析电机参数,在二维场进行电磁仿真。针对其最大转矩倍数进行优化,以提升电机抗冲击能力。并对原型机进行额定负载温升实验、恒频负载特性实验和变频调速特性实验,验证电机设计方案的合理性。其次,在真空泵系统的控制方式上对比分析两种控制方式对电机抗冲击能力的影响。为了控制系统模型的建立,将真空泵用屏蔽式变频异步电机进行等效化处理。屏蔽套的加入使屏蔽式变频异步电机的T型等效电路区别于普通异步电机。建立基于PI控制器的模型参考自...
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：52 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
罗茨真空泵的工作原理图
第2章真空泵用变频异步电机抗冲击能力及实验7其结构，图2.1为真空泵用变频异步电机的三维模型。图2.1真空泵用变频异步电机结构Fig.2.1Structureofvariablefrequencyasynchronousmotorforvacuumpump图2.1中电机包括机壳、水道、定子铁心、屏蔽套、定子绕组、转子铁心、鼠笼以及转轴8部分。结构简单，与普通异步电机的区别只在安装屏蔽套的位置。可以看出屏蔽套存在于定、转子中间，将两部分隔离，使所传输的介质或空气无法进入到真空腔体中，使真空环境得到保障，减小系统的漏气速率。2.2真空泵用变频异步电机电磁设计2.2.1电磁场理论电机内部包含多种介质，属性各不相同，电磁场在其中的分布情况是必须讨论的问题。分析电磁场的Maxwell方程组如式（2.2）所示[24]。0div0divrotrotDBtBEJH(2.2)式（2.2）中，H为磁场强度，单位为m/A；J为传导电流密度，单位为2m/A，E为电场强度，单位为m/V；B为磁感应强度，单位为T；D为电位移，单位为2m/C。在电机轴向磁场的研究中，应用Maxwell方程组，选用圆柱坐标系，电机轴向电磁场的散度和旋度用式（2.3）表示：
第2章真空泵用变频异步电机抗冲击能力及实验9异步电机高可靠性的优点同样广泛应用于真空泵用驱动电机中，因此针对现有的1.9kW真空泵用变频异步电机进行抗冲击能力的优化设计，使其在真空泵领域的应用更加可靠和广泛。下面给出原型机的电机参数，并针对最大转矩倍数进行专项优化。1.9kW原型机的电机参数为：额定功率kW9.1NP，额定电压340VNU，额定频率f80Hz，效率%9.80，功率因数802.0cos，最大转矩倍数2.8，F级绝缘，冷却方式为水冷。根据原型机的电机参数，在商业有限元软件中进行仿真计算。在二维磁场中绘制真空泵用屏蔽式变频异步电动机的结构图，如图2.2所示。在电机定、转子间加入屏蔽套，屏蔽套靠近定子侧，将转子部分与定子部分、机壳相隔开，以防外界空气进入到真空环境中，保证真空泵腔体的真空度。图2.2真空泵用屏蔽式变频异步电动机结构图Fig.2.2Structuralchartofcannedinductionmotorforvacuumpump参考异步电机的设计步骤和方法，针对最大转矩倍数的提高，在二维磁场中进行仿真计算。将各个部分材料属性添加到软件中，其中屏蔽套选取不导磁材料Sus304，定转子冲片选取DW310硅钢片，转子选取铸铝鼠笼结构。电机设计的部分参数如下表2.1所示。表2.1真空泵用屏蔽式变频异步电动机设计参数Tab.2.1Electromagneticdesignparametersofcannedinductionmotor参数数值额定频率/Hz80定子外径/mm113定子内径/mm62气隙长度/mm0.5屏蔽套厚度/mm0.4转子内径/mm24铁心长度/mm85
【参考文献】：
期刊论文
[1]笼型实心转子屏蔽感应电机电磁场及参数研究(一):等效电路及其参数分析[J]. 凌在汛,周理兵,张毅,李朗如. 电工技术学报. 2018(15)
[2]真空干泵用屏蔽电机无速度传感器带速重投控制系统[J]. 安跃军,张志恒,张振厚,王光玉,孔祥玲. 电工技术学报. 2018(12)
[3]基于绕组变匝数的永磁同步电机拓宽调速范围理论研究[J]. 张润波,林荣文,高靖凯. 微特电机. 2018(04)
[4]模型切换MRAS技术在感应电机速度辨识中的应用研究[J]. 徐静,吴汉熙,冯东升. 电机与控制应用. 2018(01)
[5]异步电动机矢量控制混合磁链模型的设计与实现[J]. 赵文武,李晓艳,于明,孙青秀,王青苗. 电气传动. 2017(12)
[6]核主泵驱动电动机屏蔽套涡流损耗混合算法研究[J]. 梁艳萍,张广超,高莲莲,李藏雪,周乐天. 电工技术学报. 2018(05)
[7]变频器在工业生产中的选择及运用[J]. 何子春,李养俊,张强,涂伟. 发电与空调. 2017(05)
[8]基于模型预测的三相PWM整流器直接功率控制[J]. 张帆,刘跃敏,范波,王珂,曾佳,徐翔. 电机与控制应用. 2016(07)
[9]转子槽数对电动汽车用异步电机性能的影响[J]. 王晓远,赵玉双,高淼. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2016(05)
[10]基于定子磁场定向的感应电机无速度传感器控制研究[J]. 张浩,戴先中. 电气传动. 2010(03)
博士论文
[1]笼型实心转子屏蔽感应电机电磁场及参数研究[D]. 凌在汛.华中科技大学 2015
[2]基于电压电流组合模型磁链观测器的感应电机无速度传感器控制关键技术研究[D]. 王凯.浙江大学 2014
硕士论文
[1]真空泵用同步磁阻电动机设计研发与分析[D]. 杨天宇.沈阳工业大学 2019
[2]真空泵用永磁辅助式同步磁阻电动机设计与分析[D]. 娄利岗.沈阳工业大学 2019
[3]真空泵用屏蔽式感应电动机冲击载荷失速和重投特性研究[D]. 宋存丰.沈阳工业大学 2019
[4]闭环模型参考自适应控制研究及应用[D]. 刘亚飞.昆明理工大学 2019
[5]IC制造装备无齿轮罗茨真空泵永磁同步电动机控制研究[D]. 吴炜桦.沈阳工业大学 2018
[6]感应电机无速度传感器矢量控制系统研究[D]. 牛春光.西安科技大学 2018
[7]异步电机的无速度传感器矢量控制系统设计[D]. 行俊锋.西安科技大学 2017
[8]超洁净真空泵用永磁同步电动机多物理场分析[D]. 薛力铭.沈阳工业大学 2017
[9]耐腐蚀超洁净涡旋真空泵用屏蔽电动机设计研究[D]. 曹建平.沈阳工业大学 2017
[10]潜水电机设计及屏蔽套损耗分析[D]. 史振超.沈阳工业大学 2017
本文编号：2937271
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：52 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
罗茨真空泵的工作原理图
第2章真空泵用变频异步电机抗冲击能力及实验7其结构，图2.1为真空泵用变频异步电机的三维模型。图2.1真空泵用变频异步电机结构Fig.2.1Structureofvariablefrequencyasynchronousmotorforvacuumpump图2.1中电机包括机壳、水道、定子铁心、屏蔽套、定子绕组、转子铁心、鼠笼以及转轴8部分。结构简单，与普通异步电机的区别只在安装屏蔽套的位置。可以看出屏蔽套存在于定、转子中间，将两部分隔离，使所传输的介质或空气无法进入到真空腔体中，使真空环境得到保障，减小系统的漏气速率。2.2真空泵用变频异步电机电磁设计2.2.1电磁场理论电机内部包含多种介质，属性各不相同，电磁场在其中的分布情况是必须讨论的问题。分析电磁场的Maxwell方程组如式（2.2）所示[24]。0div0divrotrotDBtBEJH(2.2)式（2.2）中，H为磁场强度，单位为m/A；J为传导电流密度，单位为2m/A，E为电场强度，单位为m/V；B为磁感应强度，单位为T；D为电位移，单位为2m/C。在电机轴向磁场的研究中，应用Maxwell方程组，选用圆柱坐标系，电机轴向电磁场的散度和旋度用式（2.3）表示：
第2章真空泵用变频异步电机抗冲击能力及实验9异步电机高可靠性的优点同样广泛应用于真空泵用驱动电机中，因此针对现有的1.9kW真空泵用变频异步电机进行抗冲击能力的优化设计，使其在真空泵领域的应用更加可靠和广泛。下面给出原型机的电机参数，并针对最大转矩倍数进行专项优化。1.9kW原型机的电机参数为：额定功率kW9.1NP，额定电压340VNU，额定频率f80Hz，效率%9.80，功率因数802.0cos，最大转矩倍数2.8，F级绝缘，冷却方式为水冷。根据原型机的电机参数，在商业有限元软件中进行仿真计算。在二维磁场中绘制真空泵用屏蔽式变频异步电动机的结构图，如图2.2所示。在电机定、转子间加入屏蔽套，屏蔽套靠近定子侧，将转子部分与定子部分、机壳相隔开，以防外界空气进入到真空环境中，保证真空泵腔体的真空度。图2.2真空泵用屏蔽式变频异步电动机结构图Fig.2.2Structuralchartofcannedinductionmotorforvacuumpump参考异步电机的设计步骤和方法，针对最大转矩倍数的提高，在二维磁场中进行仿真计算。将各个部分材料属性添加到软件中，其中屏蔽套选取不导磁材料Sus304，定转子冲片选取DW310硅钢片，转子选取铸铝鼠笼结构。电机设计的部分参数如下表2.1所示。表2.1真空泵用屏蔽式变频异步电动机设计参数Tab.2.1Electromagneticdesignparametersofcannedinductionmotor参数数值额定频率/Hz80定子外径/mm113定子内径/mm62气隙长度/mm0.5屏蔽套厚度/mm0.4转子内径/mm24铁心长度/mm85
【参考文献】：
期刊论文
[1]笼型实心转子屏蔽感应电机电磁场及参数研究(一):等效电路及其参数分析[J]. 凌在汛,周理兵,张毅,李朗如. 电工技术学报. 2018(15)
[2]真空干泵用屏蔽电机无速度传感器带速重投控制系统[J]. 安跃军,张志恒,张振厚,王光玉,孔祥玲. 电工技术学报. 2018(12)
[3]基于绕组变匝数的永磁同步电机拓宽调速范围理论研究[J]. 张润波,林荣文,高靖凯. 微特电机. 2018(04)
[4]模型切换MRAS技术在感应电机速度辨识中的应用研究[J]. 徐静,吴汉熙,冯东升. 电机与控制应用. 2018(01)
[5]异步电动机矢量控制混合磁链模型的设计与实现[J]. 赵文武,李晓艳,于明,孙青秀,王青苗. 电气传动. 2017(12)
[6]核主泵驱动电动机屏蔽套涡流损耗混合算法研究[J]. 梁艳萍,张广超,高莲莲,李藏雪,周乐天. 电工技术学报. 2018(05)
[7]变频器在工业生产中的选择及运用[J]. 何子春,李养俊,张强,涂伟. 发电与空调. 2017(05)
[8]基于模型预测的三相PWM整流器直接功率控制[J]. 张帆,刘跃敏,范波,王珂,曾佳,徐翔. 电机与控制应用. 2016(07)
[9]转子槽数对电动汽车用异步电机性能的影响[J]. 王晓远,赵玉双,高淼. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2016(05)
[10]基于定子磁场定向的感应电机无速度传感器控制研究[J]. 张浩,戴先中. 电气传动. 2010(03)
博士论文
[1]笼型实心转子屏蔽感应电机电磁场及参数研究[D]. 凌在汛.华中科技大学 2015
[2]基于电压电流组合模型磁链观测器的感应电机无速度传感器控制关键技术研究[D]. 王凯.浙江大学 2014
硕士论文
[1]真空泵用同步磁阻电动机设计研发与分析[D]. 杨天宇.沈阳工业大学 2019
[2]真空泵用永磁辅助式同步磁阻电动机设计与分析[D]. 娄利岗.沈阳工业大学 2019
[3]真空泵用屏蔽式感应电动机冲击载荷失速和重投特性研究[D]. 宋存丰.沈阳工业大学 2019
[4]闭环模型参考自适应控制研究及应用[D]. 刘亚飞.昆明理工大学 2019
[5]IC制造装备无齿轮罗茨真空泵永磁同步电动机控制研究[D]. 吴炜桦.沈阳工业大学 2018
[6]感应电机无速度传感器矢量控制系统研究[D]. 牛春光.西安科技大学 2018
[7]异步电机的无速度传感器矢量控制系统设计[D]. 行俊锋.西安科技大学 2017
[8]超洁净真空泵用永磁同步电动机多物理场分析[D]. 薛力铭.沈阳工业大学 2017
[9]耐腐蚀超洁净涡旋真空泵用屏蔽电动机设计研究[D]. 曹建平.沈阳工业大学 2017
[10]潜水电机设计及屏蔽套损耗分析[D]. 史振超.沈阳工业大学 2017
本文编号：2937271
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