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异步起动永磁同步电动机起动性能研究

作　者: 王杨
导　师: 唐任远; 安忠良
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 电机与电器
关键词: 异步起动永磁同步电动机有限元仿真堵转起动品质因数槽型研究
分类号: TM341
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

异步起动永磁同步电动机（line-start PMSM）因其在功率因数、效率方面具有高于同功率异步电动机的优点，同时又具有异步起动的能力，其在工业领域中的推广和应用日益引起人们的重视。异步起动永磁同步电动机相比三相异步电动机具有诸多优势，但是其自身在设计上也具有较多难点。由于异步起动永磁同步电动机一方面需要异步起动能力，另一方面又需要维持同步运行的能力，这使得转子上同时存在起动笼和永磁体，导致转子的设计空间非常紧张，结构较为复杂，对于高功率密度的小型电机，转子的设计难度更大。由于永磁体的存在，导致平均转矩-转差率曲线在低转速时出现一个较低的下凹点，一方面为了保证电机顺利起动，该种电机无法像普通异步电动机一样进行降压起动来限制起动电流，较高的起动电流需要靠转子槽型的优化设计来抑制，另一方面，为了提高最小转矩而减少永磁体用量，需要增加定子绕组匝数，这使得制造成本和工时增加；同时，转子磁路结构复杂，磁路局部饱和导致各种参数难以准确计算和测定，其起动性能设计难度较大。本文首先对一台1.5kW-2极异步起动永磁同步电动机进行起动过程试验，获得了该样机起动过程的T-n曲线，对多台样机进行了堵转试验，测取了电机的堵转转矩和堵转电流，利用Ansoft软件对以上试验过程进行了仿真计算，对比试验数据，详细总结了一套基于有限元的异步起动永磁同步电动机起动性能的仿真计算方法。其次，对异步起动永磁同步电动机转子槽型进行了研究，重点研究了集肤效应最显著的凸形槽，总结了提高该种槽型起动品质因数的设计规律。最后基于以上研究工作，设计了一台具有较高起动品质因数，同时兼顾牵入性能的18.5kW-4极异步起动永磁同步电动机，满足了要求的性能指标。本文研究成果具有一定理论意义与实践价值，为后续提高异步起动永磁同步电动机起动性能的相关研究工作有一定借鉴作用。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-19
  1.1 课题背景  10-11
  1.2 课题概述  11-18
    1.2.1 异步起动永磁同步电动机起动性能的研究现状  11-14
    1.2.2 异步起动永磁同步电动机的有限元计算方法  14-15
    1.2.3 异步起动永磁同步电动机起动性能试验方法  15-18
  1.3 本文的主要工作  18-19
第二章异步起动永磁同步电动机起动性能试验与有限元仿真计算  19-36
  2.1 异步起动永磁同步电动机堵转试验与有限元仿真  19-24
    2.1.1 样机堵转试验  19-20
    2.1.2 样机堵转转矩 Tst和堵转电流 Ist的有限元计算  20-23
    2.1.3 试验值与有限元计算值对比  23-24
  2.2 异步起动永磁同步电动机起动过程试验与有限元仿真  24-34
    2.2.1 样机起动过程试验  24-31
    2.2.2 样机起动过程有限元仿真  31-34
    2.2.3 试验结果与仿真结果对比  34
  2.3 本章小结  34-36
第三章异步起动永磁同步电动机起动品质因数 T_(st)~*/I_(st)~*研究  36-50
  3.1 异步起动永磁同步电动机起动过程的动态分析  36-41
    3.1.1 起动过程中的电磁转矩  36-39
    3.1.2 牵入同步过程分析  39-41
  3.2 转子槽深对电机起动品质因数 T_(st)~*/I_(st)~*的影响  41-43
  3.3 转子凸形槽对电机起动品质因数 T_(st)~*/I_(st)~*的影响  43-49
  3.4 本章小结  49-50
第四章 18.5kW-4 极异步起动永磁同步电动机设计与起动性能有限元仿真计算  50-58
  4.1 18.5kW-4 极异步起动永磁同步电动机电磁设计  50-52
    4.1.1 定子设计  50
    4.1.2 气隙设计  50
    4.1.3 转子设计  50-52
    4.1.4 漏磁系数设计  52
  4.2 18.5kW-4 极异步起动永磁同步电动机起动性能有限元仿真计算  52-56
    4.2.1 电机堵转转矩 T_(st)与堵转电流 I_(st)的有限元计算结果  52-54
    4.2.2 电机最小转矩 T_(min)、牵入转矩 T_(pi)的有限元计算结果  54-56
  4.3 18.5kW-4 极异步起动永磁同步电动机设计方案性能参数总结  56-57
  4.4 本章小结  57-58
第五章结论  58-60
参考文献  60-62
附录 A 凸形槽 K_R计算公式  62-64
附录 B LINGO 下 K_R最大值求解程序  64-66
在学研究成果  66-67
致谢  67

异步起动永磁同步电动机起动性能研究

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