矿用防爆永磁直驱电机关键技术研究

发布时间：2023-10-26 19:25

　　较异步电机加减速器的传统驱动系统,永磁直驱系统具有传动链短、传动效率高、运行稳定性高等优势,更加符合煤矿行业安全、高效的发展要求。而直驱永磁电机的体积较大,同时由于煤矿井下特殊的工况条件,还要求电机具有一定的防爆性能,设计工作相对复杂。因此,本文从电机极槽配合选择、齿槽转矩优化、温升以及隔爆性能分析等方面对矿用直驱永磁电机的一些关键性技术问题进行研究。在电磁设计方面,首先对电机的极槽配合进行研究,对比分析了不同极槽配合下电机负载反电势波形畸变率、转矩波动的大小。确定极槽配合后,采用Taguchi优化算法以隔磁桥宽度、隔磁桥厚度、定子槽口宽度和不均匀气隙度为优化参数对电机齿槽转矩、空载反电势波形畸变率、平均转矩进行优化,并通过有限元仿真进行验证。最后对应用成型绕组提高电机净槽满率以缩小电机体积,提高转矩密度进行定量计算,并分析其优缺点。在温度场与冷却结构方面,首先根据牛顿散热定律以及雷诺数与流体状态的关系对电机的冷却结构进行设计,然后分析电机热源,推导冷却水散热系数与流速的变化关系,采用磁热耦合的分析方法求解电机温度分布,由仿真结果可知,机壳轴向水冷结构设计合理,电机在额定稳态运行及短时...

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题的研究背景及意义
    1.2 课题的研究动态
        1.2.1 防爆电机的研究动态
        1.2.2 直驱永磁电机的发展现状
        1.2.3 电机的温度场和冷却系统的研究现状
    1.3 本文研究的主要内容
第2章 矿用防爆永磁直驱电机设计分析
    2.1 矿用直驱永磁电机极槽配合对纹波转矩的影响
        2.1.1 纹波转矩的生成
        2.1.2 不同极槽配合的选取
        2.1.3 不同极槽配合下的电机纹波转矩分析
    2.2 基于Taguchi方法矿用直驱永磁电机优化设计
        2.2.1 Taguchi优化方法介绍及电机优化目标确定
        2.2.2 电机优化参数选取及其水平值确定
        2.2.3 电机优化目标平均值计算
        2.2.4 电机优化参数比重计算及结果分析
        2.2.5 优化后电机模型有限元仿真分析
    2.3 永磁直驱电机应用成型绕组特性分析
        2.3.1 同功率成型绕组替换散线绕组电机参数计算
        2.3.2 电机热负荷校核
        2.3.3 采用成型绕组弊端问题讨论
    2.4 本章小结
第3章 矿用直驱永磁电机温度场及冷却结构分析
    3.1 电机冷却结构的计算与确定
        3.1.1 冷却结构的对比分析
        3.1.2 轴向水道尺寸的计算
    3.2 电机温度场仿真模型的建立
        3.2.1 电机温度场数学模型与边界条件
        3.2.2 电机损耗计算
        3.2.3 导热系数与散热系数的确定
        3.2.4 有限元仿真模型的建立
    3.3 温度场仿真结果分析
        3.3.1 电机额定运行
        3.3.2 电机过载运行
    3.4 本章小结
第4章 电机隔爆性能分析
    4.1 电机机壳厚度计算
    4.2 隔爆接合面参数计算
        4.2.1 隔爆接合面分类
        4.2.2 隔爆间隙的计算
    4.3 隔爆外壳静力学有限元仿真
        4.3.1 仿真模型的建立
        4.3.2 静力学有限元仿真结果分析
    4.4 隔爆外壳爆炸试验
    4.5 本章小结
第5章 样机实验
    5.1 样机生产及实验平台的搭建
    5.2 空载实验
    5.3 负载及温升实验
    5.4 反拖实验
    5.5 本章小结
第6章 结论
参考文献
在学研究成果
致谢



本文编号：3856837