IE4超超高效异步电机设计

摘要

异步电机(IM)结构简单、成本低廉且可靠性高，市场份额占比40％以上，伴随着国际及国内强制执行的电机能效水平的不断提高，开展IE4等级超超高效异步电机设计的研究兼具重要的理论研究意义和工程应用价值。
　　超高效异步电机的研究已取得了诸多可供直接借鉴的研究成果，在借鉴高效异步电机设计及多目标优化已有的研究成果基础上，基于22kW、4极三相异步电机开展超超高效异步电机设计的研究，先是集成单双层绕组和不等匝绕组的优点，开展单双层不等匝低谐波绕组的研究，并利用ANSOFT MAXWELL2D对绕组改造前后的异步电机进行建模仿真分析，通过有限元建模及有限元分析(FEA)，证实所提出的新型节能绕组所拥有的节能效果。
　　针对采用新型节能绕组的三相异步电机，再开展以效率和功率因数为优化目标的异步电机多目标优化设计研究，鉴于传统的根据经验或者通过对电机设计变量的单参数扫描来确定关键优化变量，需要丰富的电机设计经验且费时费力，引入田口算法，基于定量分析确定异步电机多目标优化设计的设计变量，设置合理的评价函数，再基于VBscript实现差分进化算法与ANSOFT软件的无缝集成，实现超高效异步电机设计。
　　为了实现异步电机效率提升到IE4等级超超高效水平，采用铸铜转子，但是铸铜转子引起了起动电流倍数升高和起动转矩下降问题，为此，以电机效率、起动转矩倍数和起动电流倍数为优化目标，开展异步电机多目标优化设计研究，为了提升优化效益，采用基于IM响应面模型的全局优化，考虑到响应面模型在针对较高维度模型建模时，存在效率底下且拟合精度下降的不足，提出集成响应面模型和子空间合理划分的异步电机多目标优化设计方法，基于FEA证实所提出的IE4等级超超高效异步电机设计方案的有效性。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究目的与研究意义

1．2 提高异步电机效率的关键技术研究现状

1．2．1 高效异步电机电磁结构研究现状

1．2．2 高效异步电机多目标优化研究现状

1．3 论文主要研究内容

第二章 异步电机损耗分析及有限元计算

2．1 基于等效磁路法的异步电机铜耗和铁耗计算

2．1．1 铜耗的传统计算方法

2．1．2 铁耗的传统计算方法

2．2 基于有限元模型的异步电机铜耗和铁耗计算

2．3 电机模型分析软件介绍

2．4 本章小结

第三章 单双层不等匝低谐波绕组改造

3．1 异步电机绕组参数设计

3．2 节能绕组设计

3．2．1 低谐波不等匝绕组

3．2．2 单双层混合绕组

3．3 单双层不等匝低谐波绕组设计

3．4 本章小结

第四章 基于田口算法的超高效异步电机设计

4．1 基于田口算法确定异步电机优化设计变量

4．2 差分进化算法

4．3 基于差分进化的异步电机多目标优化设计

4．4 本章小结

第五章 基于响应面的超超高效异步电机优化

5．1 响应面法建模原理

5．1．1 基于判决系数法的拟合程度测定

5．1．2 基于响应面的建模

5．2 基于田口法的子空间划分

5．3 基于子空间划分与差分进化的异步电机多目标优化设计

5．3．1 第一层子空间优化

5．3．2 第二层子空间优化

5．4 本章小结

第六章 全文总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文