复合笼异步起动永磁同步电动机设计研究

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1、山东大学硕士学位论文LSPMSM、析thcompoundcagerotor,accordingtowhichtheprototypeofthemotorismadeandtheprototypeistested．Thetestresultshowsthemotorhasgoodperformanceandreachestheexpectedstandards．KeyWords：LSPMSMwithcompoundcagerotor；Optimizationdesign；Coggingtorque；Demagnetization；Prot

2、otypetestIII山东大学硕士学位论文1．1课题背景和研究意义第一章绪论能源供应的紧张严重影响了我国国民经济的发展，采用高效节能技术提高电能利用率具有重要意义。目前，我国广泛使用的异步电动机的平均效率较低，耗费大量电能，因此高效节能电机成为电机领域研究的热点问题，国家将电机及其系统的节能列为十大节能工程之一。据国际电工委员会(IEC)统计，工业用电动机消耗全世界30％-～40％的发电量，而改善整个驱动系统和应用技术的效率对节能关系重大，节能潜力可达到30％～60％。据国际能源机构(IEA)2006年7月的工作报告，提高电动机效率结

3、合变频调速的方法可以节约大约7％的电能，其中大致有1／4"～1／3是靠提高电动机效率来获得的，其余部分则来自系统的改进【l】。与传统的电励磁异步电动机相比，永磁电机的磁通由永磁体提供，从而取消了励磁绕组，使电机的结构变得紧凑，也省去了容易出现问题的集电环和电刷，使电机的可靠性增强。又由于无励磁损耗，提高了电动机的效率和功率密度，通过合理设计可使其有很高的功率因数。永磁同步电机因具有以上的优势，可替代部分传统的异步电动机以节约能源，而得以在许多行业被广泛应用。目前永磁电机常使用的永磁材料包括马氏体永磁、铁镍钴基永磁、可加工永磁、铁氧体永磁

4、、稀土钴永磁、钕铁硼永磁和粘结永磁。稀土钴和钕铁硼均为稀土材料【2J。我国的稀土资源储量占世界总量的80％，我国具有发展高效节能永磁电机的独特优势【3】。在各种类型的永磁电机中，异步起动永磁电机因结构相对简单且能与普通异步电机通用而更受青睐。日后若将异步起动永磁电机代替普通电机，将产生非常可观的节能效益，我国的能源问题会因此被显著缓解。异步起动永磁同步电动机是具有自起动能力的永磁同步电动机，它的起动是靠着定子旋转磁场与转子导条相互作用产生的异步转矩【41。它的起动原理与感应电机基本相同。与普通的电励磁同步电动机相比，异步起动永磁同步电机

5、的性能更优、结构更加的简单并且能量密度显著提高。异步起动永磁电机的转子结构通常有两种形式，即笼型永磁转子和实心永山东大学硕士学位论文磁转子。笼型永磁转子是最常见的结构，它的转子采用叠片形式。在起动过程中主要依靠定子旋转磁场与笼型转子相互作用产生的异步转矩。当运行于同步速时，笼型转子不再起作用，而由永磁体提供机电能量转换所需的磁场。与电励磁同步机相比，不需要集电环、电刷和励磁电源等，结构更加的简单，能量密度也显著提高。但是一般的笼型电机的起动电流大而起动转矩较小，在重载起动或者拖动大转动惯量的机械设备时容易出现断笼甚至烧毁机器的情况。因此

6、，一直以来如何提高电动机的起动转矩同时降低起动电流成为了笼型永磁转子异步电机设计过程中的一个不可忽视的问题。实心转子异步电动机的转子由整块铁磁材料制作而成，在起动过程中依靠由转子铁心感应的涡流产生的转矩而起动。相对于普通转子的异步电动机，在起动过程中实心转子永磁同步电动机的转子表面有很强的集肤效应，转子的涡流和磁通主要集中在转子表面的渗透层，使实心转子电机的转子机械强度高、结构简单、起动性能好。但是电机运行过程中，由于转子是整块的铁磁材料，会造成转子本身导电性能差、磁损耗大，这最终会造成传统实心转子电动机效率和功率因数较低，限制了实心转

7、子电机在工业中的应用和发展。由于笼型转子结构及实心转子结构的异步起动永磁同步电动机各有优缺点，如果可以在性能较优的实心转子永磁电机的基础上开发出一种新型转子结构的电机来提高电机的功率因数，则具有非常重要的现实意义。为了解决这一问题，通常采用复合笼型的转子结构。复合笼型电机是一种派生型，复合转子的形式是多种多样的，其共同特点是利用多种材料、不同的结构，组合成复合转子。本文主要研究的电机类型即为复合笼异步起动永磁同步电机，其转子采用实心转子和鼠笼的复合结构。它结合了鼠笼型转子和实心转子永磁同步电动机的优点，与笼型电机相比能够很明显的提高电机

8、的起动性能，并且能够改善实心转子永磁电机的效率和功率因数低的缺点。但作为一种有槽永磁电机，在电机运动的过程中，定子槽会与永磁体相互作用，从而产生齿槽转矩。为了使电机有较高的性能，齿槽转矩是一个不可忽视的重要