转子材料对复合笼条感应电机性能影响及相关因素分析

摘要

众所周知，笼型感应电动机以其设计简单、价格低廉而被广泛应用于各行各业，然而在重负载和大转动惯量的场合，需要较高的起动转矩时，普通感应电机的应用受到了限制;实心转子感应电动机适用于重载起动，但运行性能较差，为了兼顾两种电机的性能优点，提出了复合笼条感应电动机。该电机转子采用单边开槽，选用两种不同材料镶放在槽内，上层笼嵌放的合金材料导电导磁，下层笼导条中浇铸铸铝材料，优良的起动和运行性能，使得该电机应用前景更为广泛。
　　首先，本文利用电磁场理论，建立复合笼条感应电动机二维电磁场的数学模型，采用场路耦合的方法，计算了该电机起动过程和额定负载运行情况下的电磁参数。针对转子上层笼铜铁合金在冶炼过程中出现的铜铁富集问题，分析了铜材料镶嵌铁材料和铁材料镶嵌铜材料的两种非均匀掺杂形式，对起动电流、起动转矩、以及电机工作特性的主要参数进行计算和比较，分析材料非均匀掺杂对电机性能产生的影响，并通过调整转子上层笼中铜铁材料面域的大小，进一步研究材料非均匀掺杂情况下的掺杂度对电机性能的影响。
　　其次，本文选取了四种电阻率数量级不同的碳纤维作为复合笼条感应电动机的转子上层笼材料，通过对比分析该类材料对电机起动及运行性能的影响，发现XN-05复合材料有效的提高了电机性能。并以额定运行时电磁场计算为基础，确定了电机各部分热性能参数，建立电机的全域温度场，进一步分析该类材料对电机温度的影响。
　　最后，在考虑电机起动时槽饱和情况下，对复合笼条感应电动机非线性正弦时变场进行了求解，采用有限元法，对不同转子槽型的起动时刻磁场及转子感应电流进行分析，进而计算出不同转子槽型的起动槽漏感，并研究非均匀掺杂材料对转子槽漏抗的影响。结果表明，双边转子槽漏抗比单边转子的小，各个槽漏抗参数差别不大;由于铜材料的弱磁性能致使上层笼导条磁感应强度很小，使得模型2中的起动槽漏抗仅在0.45mH左右。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究目的

1．2 国内外研究现状

1．2．1 复合转子感应电机国外发展动态

1．2．2 复合转子感应电机国内发展动态

1．3 本文主要研究内容

第2章 非均匀掺杂材料对复合笼条感应电机性能的影响

2．1 转子合金材料简析

2．2 电磁场的数值计算方法

2．3 电机起动性能的计算与分析

2．3．1 转子导条结构模型的建立

2．3．2 非均匀掺杂材料对电机起动性能的影响

2．4 非均匀掺杂材料对电机运行性能的影响

2．5 本章小结

第3章 转子采用碳纤维复合材料电机电磁场及温度场的分析

3．1 碳纤维复合材料导电性、导热性能简析

3．2 转子笼条采用碳纤维复合材料时电机起动与运行性能计算

3．3 转子采用碳纤维复合材料时电机的温度场分析

3．3．1 电机温度求解域模型的建立

3．3．2 电机内热性能参数的确定

3．3．3 复合笼条样机运行时稳态温度场分析

3．3．4 碳纤维复合材料对电机的温升影响

3．4 本章小结

第4章 复合笼条感应电动机起动槽漏抗的计算

4．1 复合笼条感应电动机起动槽漏抗的有限元分析

4．1．1 求解涡流场的数学模型

4．1．2 转子槽漏抗的有限元计算方法

4．2 转子槽型对复合笼条感应电机起动槽漏抗的影响

4．2．1 复合笼条感应电机起动时刻磁场分布

4．2．2 不同槽型的转子电密分析

4．2．3 转子槽型对电机起动槽漏抗的影响

4．3 非均匀掺杂材料对电机起动槽漏抗的影响

4．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢