大功率盘式交流永磁同步电机电磁场分析

摘要

针对应用于石油钻井平台的510 kW盘式交流永磁同步电机进行了建模,并分别从空载、负载、电感角度进行了三维电磁场仿真.建模中考虑了模型的对称性和周期性,将整体模型简化成1/4模型,从而显著减少了仿真的计算量.在电机空载状态下,得到了空载磁通密度分布,分析了永磁体极孤系数、槽口宽度和极槽配合对齿槽转矩的影响,通过优化,在永磁体极孤系数取0.85、槽口宽度取5 mm、极槽配合取18槽16极时,得到了最小的齿槽转矩30.64 N·m,这将有利于降低转矩波动,从而减小电机的振动和噪声,提高系统的控制精度和品质.在电机负载状态下,分析了不同电流激励源和内功率因数角下的电磁转矩波形:在恒转矩区,当相电流为550 A、内功率因数角为22°、额定转速为1 600 r/min时的电磁转矩为3.115 kN ·m;在恒功率调速区,当相电流为550 A、内功率因数角为41°、转速为2 000 r/min时,电磁转矩为2.577 kN·m;在过载工作区,当相电流为1 140 A、内功率因数角为47°、额定转速为1 600 r/min时,电磁转矩为4.756 kN·m,电机达到1.5倍过载.与同体积的其他电机相比,该电机的电磁转矩密度有显著提高,内功率因数角调整裕度也较大,能满足过载能力要求.此外,结合电机空载和负载求得的参数,绘制了盘式电机矢量图,求得同步电感值为0.31 mH.