石材翻新机用单相感应电机分析与设计

摘要

本论文分析和设计石材翻新机用双值电容单相感应电机。这种电机负荷变化大、工作环境恶劣，而且通风散热条件差，绕组温升控制难。本文从两方面考虑来控制电机温升：采用一种新型绕组来提高槽满率水平从而改善定子绕组散热条件和选择合适运行电容来降低电机热负荷。
　　 首先，分析单相感应电机常用的正弦绕组的优缺点。针对正弦绕组槽满率不均匀(少数槽的槽满率高，多数槽的槽满率低)，从而影响散热性能的特点，提出平均槽满率概念，采用一种不同于正弦绕组的新型绕组，提高电机的平均槽满率和有效材料利用率；总结设计新型绕组需遵循的原则，并对采用新型绕组电机的绕组谐波进行分析计算。
　　 其次，运用对称分量法并基于主、副相绕组电流的负序分量与正序分量之比(简称电流比)，对单相感应电机气隙磁场椭圆度进行分析，提出最佳运行电容的概念，最佳运行电容是电流比最小时的电容。本文分析了不同运行电容时的电机主副相绕组电流大小和相位、电流比和电机损耗变化，以及调整运行电容对电机效率、功率因数、热负荷的影响。计算结果表明：最佳运行电容时，电机气隙磁场接近圆形，功率因数高，热负荷低。试验结果表明：电流比对电机设计计算值与试验值的误差有很大影响。本文中电流比小于0.3时，电机满载电流、效率、功率因数试验值与计算值误差在5％左右。
　　 再次，采用ANSYS软件的Maxwell建立了电机的二维有限元模型，分析不同电流比的铁耗曲线及不同转子轴向通风孔孔径和孔距时的电机额定负载下磁密分布图。结果表明：通风孔孔径和孔距对电机磁路饱和有一定影响。
　　 最后，使用ANSYS软件的RMxprt设计了750W、1100W、1500W、2000W共四款石材翻新机用单相感应电机，四款电机平均槽满率从58.7％提高到70.55％。其中，750W和1100W电机试制了样机，两款样机绕组温升试验值在51K左右。试验结果表明，采用新型绕组和选择合适的运行电容，对满足电机性能指标要求起到很好的作用。在不增加硅钢片和铸铝用量的情况下，单台样机的平均铜线用量减少了0.13千克，对降低电机成本有重要意义。