可调速笼型异步磁力耦合器不同工况下工作性能研究

摘要

可调速笼型异步磁力耦合器作为集多种技术于一体的新型传动装置，能够无接触传递扭矩，具有柔性启动、过载保护、隔震降噪、允许对中误差等特点，通过调节主、从转子之间的气隙可实现输出转速的控制，且当对风机、泵类负载进行调速时，能起到较好的节能效果，鉴于此类设备的诸多优点，对其的理论研究具有较高的学术价值和工程应用价值。本文围绕可调速笼型异步磁力耦合器开展了以下几个方面的研究工作： （1）对可调速笼型异步磁力耦合器的电磁转矩及调速关系模型进行分析计算。通过等效磁路法对磁力耦合器磁路进行分析，得到磁路中的各个磁阻，根据基尔霍夫定律并引入卡特系数求得磁力耦合器气隙磁感应强度，在此基础上推导出电磁转矩表达式，基于不同类型负载所表现出的负载特性，分别建立磁力耦合器在三种类型负载工况下的调速关系模型，并对调速关系模型进行求解分析。 （2）对可调速笼型异步磁力耦合器的调速性能及其影响因素进行模拟分析，得出变气隙下电磁转矩达到最大值时的临界转差率均约为17%；输出功率在变气隙下均存在最大值，且随着气隙的增大，输出功率达到最大值时所对应的转差率也逐渐增加；由于负载特性不同，磁力耦合器不同负载工况下的调速性能也有所不同，基于调速性能评价指标对三种不同负载工况下的调速性能进行对比分析，可发现此类设备在变转矩负载工况下的调速性能最优；随着槽数、极对数的增加磁力耦合器的调速性能逐渐下降，而随着极弧系数的增加磁力耦合器的调速性能保持不变。 （3）对可调速笼型异步磁力耦合器的动态特性进行了模拟分析，结果表明：随着气隙的增大，不同工况下的输出转速均逐渐降低且降幅愈加明显，而磁力耦合器铜层中的感应电流密度逐渐增强，相应的涡流损耗也不断增加；当气隙固定时，随着恒负载转矩值、变负载系数以及恒功率负载值的增加，输出转速均出现不同程度的下降，而涡流损耗不断增加；磁力耦合器轴向力随着气隙的减小逐渐增加，当气隙厚度小于3mm时，轴向力迅速增加；气隙厚度和转差率均会对轴向力造成影响，但经对比得知，气隙对轴向力的影响明显强于转差率对轴向力的影响。 （4）搭建工作性能试验平台，对可调速笼型异步磁力耦合器传动性能进行测试，得到了非负载工况下的转矩变化规律和变气隙下磁力耦合器机械特性曲线；分别将样机置于恒转矩负载、变转矩负载工况下进行调速性能测试，测得两种负载工况不同输入转速下气隙厚度与输出转速、转差率及转速差的关系，通过对比发现，测量结果与计算结果、模拟结果相吻合。

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第一章 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 磁力耦合器的结构形式

1.4 本课题研究的主要内容

第二章可调速笼型异步磁力耦合器电磁转矩与调速关系模型分析

2.1 可调速笼型异步磁力耦合器的基本结构

2.2 可调速笼型异步磁力耦合器的工作与调速原理

2.3 可调速笼型异步磁力耦合器调速关系模型的理论分析

2.3.1 磁路结构分析

2.3.2 电磁转矩公式推导

2.3.3 调速关系模型分析

2.3.4 理论公式的数值计算

2.4 本章小结

第三章 可调速笼型异步磁力耦合器调速性能及其影响因素模拟分析

3.1 磁力耦合器调速性能评价指标

3.2 磁力耦合器三维有限元模型的设置及求解

3.2.1 模型建立与基本假设

3.2.2 求解过程分析

3.3 磁力耦合器的调速性能模拟分析

3.3.1 机械特性及功率特性模拟分析

3.3.2 不同负载工况下调速性能模拟分析

3.3.3 不同参数对调速性能的影响

3.4 本章小结

第四章 可调速笼型异步磁力耦合器动态特性仿真研究

4.1 转速特性

4.1.1 负载及运动体设置

4.1.2 恒转矩负载工况下的转速特性

4.1.3 变转矩负载工况下的转速特性

4.1.4 恒功率负载工况下的转速特性

4.2 轴向力特性

4.2.1 非负载工况下轴向力的变化

4.2.2 不同负载工况下轴向力的变化

4.3 涡流损耗特性

4.4 本章小结

第五章 可调速笼型异步磁力耦合器工作性能测试

5.1 试验内容及试验平台的搭建

5.1.1 试验内容

5.1.2 试验平台的搭建

5.2 传动性能试验研究

5.2.1 试验方案

5.2.2 试验结果及分析

5.3 恒转矩负载调速性能试验研究

5.3.1 试验方案

5.3.2 试验结果及分析

5.4 变转矩负载调速性能试验研究

5.4.1 试验方案

5.4.2 试验结果及分析

5.5 本章小结

第六章 论文总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致 谢

攻读硕士学位期间发表的论文及参与课题研究