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《华中科技大学》 2017年
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大容量励磁补偿式双馈起动低速永磁同步电动机研究与设计

庞国俊  
【摘要】:随着“中国制造2025”与“大国重器”概念的提出,建筑机械、石油矿山等工业领域对高效节能、环境友好等提出了更高要求。低速大扭矩永磁同步电动机采用直接驱动,可取消齿轮传动等环节,已成为装备制造领域的研究热点。本文研究了大型永磁同步电动机起动过程的辅助励磁补偿机理,采用适合永磁体弱磁的并联式磁路结构,并提出在转子槽下层增加直流辅助励磁绕组以实现对永磁磁场的励磁补偿。通过辅助绕组的空间位置排布,在起动阶段,这种新结构电机转子辅助绕组通入的直流励磁电流将形成与永磁磁场反向的磁动势,达到削弱永磁磁场的效果,从根本上提升电机的起动能力。通过本文分析的辅助励磁补偿机理,设计了额定转速为33r/min,额定功率高达2000kW的大容量励磁补偿式双馈起动低速永磁同步电动机。该电机采用工频电源直接供电和辅助绕组直流励磁的形式以完成双馈起动,从而省去了大容量变频调速装置,有利于降低驱动系统成本。本文首先基于磁路法完成了电机的初步设计,结合参数化软件分析了电枢每槽导体数、铁芯轴长、永磁体尺寸(宽度、厚度)、转子槽尺寸(槽口、槽宽、槽深)等关键参数对电机综合性能的影响,且优化了电机的设计方案。接着利用有限元仿真软件,搭建电机的有限元模型并进行仿真计算。对磁场励磁补偿后的电机空载气隙磁场分布和电机额定工况进行了分析,对电机的励磁补偿式双馈起动进行了仿真,并对电机进行了去磁校验与损耗分析。由分析结果调整电机设计方案,从而优化电机的综合性能。经解析计算和仿真分析,本文提出的大容量励磁补偿式双馈起动低速永磁同步电动机,起动能力显著提高,效率高,成本低,为大容量场合下的新型电机研究与设计奠定了一定的理论基础,为直驱装备的研发开辟了新的思路。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TM341

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