适用于大惯量负载的驱动电机设计与研究

摘要

本课题在经济节能的前提下，以小功率电机带动目标大惯量负载起动运行，在分析研究普通鼠笼式11kW、三相6极异步电动机的基础上，设计了高起动转矩的驱动电机。
　　普通11kW鼠笼式异步电动机在额定运行状态时可以正常驱动负荷运转，但是在带动大惯量负载起动情况下表现不佳。在节约能源、控制成本以及更好的适应电机使用场合的目的下，本文提出用高起动转矩的驱动电机来代替普通三相感应电动机，系统的分析描述了高起动转矩的驱动电机的工作原理和结构特点，说明其与普通三相鼠笼式异步电动机的不同之处。根据负载的需求，对普通三相感应电机的转子槽形及端环材料进行优化改进，充分利用集肤效应使起动转矩为最大转矩。将转子槽型改进为集肤效应显著且易于冲模加工的刀型槽。绘制并分析了电机的特性曲线，对比分析改进前后的性能参数。经分析发现此电机起动性能有较大改善但效率及功率因数有所减小且热负荷上升明显，因此对其进行进一步优化。
　　借鉴永磁同步电机的高效运行，在转子上加少量永磁体片，利用磁拉力提升转速，从而增大电机效率、功率因数并且降低热负荷。最后阐述改进后电机的优势。利用Matlab软件编写转子刀形槽及加磁钢以后的电机仿真程序，并利用有限元分析方法对电机的转矩、转速、电流等性能数据进行仿真分析。
　　通过对比两种仿真结果与实验数据后来证明本文编写改进型高滑差异步电机动态仿真程序正确;所提出的采用的龙格库塔法计算仿真程序是合理的;转子采用刀形槽的改进型高滑差异步电动机不仅起动转矩有极大提高，还能牵到同步转速，这为以后电机提高效率、节能，节省资源场地都能带来益处。

目录

声明

摘要

1．1 课题背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文的主要研究内容

第2章 高滑差电机的设计

2．1 大惯量负载的基本特性

2．2 异步电动机结构的改变与设计

2．2．1 转子端环的设计

2．2．2 转子槽型的设计

2．3 挤流效应对鼠笼式异步电机起动过程的影响

2．3．1 刀形槽参数的设计

2．3．2 仿真结果的计算与分析

2．4 高滑差电机的优势及问题

2．4．1 仿真结果的计算与分析

2．4．2 空载仿真分析

2．4．3 负载仿真分析

2．4．4 热负荷的计算

2．5 本章小结

第3章 大惯量负载下驱动电机的设计

3．1 驱动电机的设计

3．1．1 磁钢形状设计

3．1．2 磁钢位置设计

3．2 驱动电机电磁特性分析

3．2．1 空载仿真分析

3．2．2 带负载的起动过程分析

3．2．3 牵入同步过程的分析

3．3 转子静力学分析

3．3．1 临界转速计算

3．3．2 形变和应力计算

3．4 本章小结

第4章 大惯量负载下驱动电机的性能分析

4．1 Simulink的仿真模型的建立

4．2 Simulink仿真结果分析

4．2．1 高滑差电机仿真结果分析

4．2．2 驱动电机仿真结果分析

4．3 驱动电机Maxwell有限元仿真结果分析

4．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间获得成果

致谢