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基于ANSYS的异步起动永磁同步电动机起动性能仿真设计(一)

2016/10/31    来源:ANSYS    作者:王杨      
关键字:永磁同步电动机  有限元  仿真  
异步起动永磁同步电动机(line-start PMSM)因其在功率因数、效率方面具有高于同功率异步电动机的优点,同时又具有异步起动的能力,其在工业领域中的推广和应用日益引起人们的重视。

1 前言

    异步起动永磁同步电动机(line-start PMSM)因其在功率因数、效率方面具有高于同功率异步电动机的优点,同时又具有异步起动的能力,其在工业领域中的推广和应用日益引起人们的重视。异步起动永磁同步电动机相比三相异步电动机具有诸多优势,但是其自身在设计上也具有较多难点。由于异步起动永磁同步电动机一方面需要异步起动能力,另一方面又需要维持同步运行的能力,这使得转子上同时存在起动笼和永磁体,导致转子的设计空间非常紧张,结构较为复杂,对于高功率密度的小型电机,转子的设计难度更大。由于转予永磁体的存在,导致其平均转矩一转差率曲线在低转速时出现一个较低的下凹点,一方面为了保证电机顺利起动,该种电机无法像普通异步电动机一样进行降压起动来限制起动电流,较高的起动电流需要靠转子槽型的优化设计来抑制,另一方面,为了提高最小转矩而减少永磁体用量,需要增加定子绕组匝数,这使得制造成本和工时增加;同时,转子磁路结构复杂,磁路局部饱和导致各种参数难以准确计算和测定,其起动性能设计难度较大。

    本文对一台1.5kW-2极异步起动永磁同步电动机进行起动过程试验,获得了该样机起动过程的转矩与转速T-n曲线,对多台样机进行了堵转试验,测取了电机的堵转转矩和堵转电流,利用Ansoft软件对以上试验过程进行了仿真计算,对比试验数据,详细总结了一套基于有限元的异步起动永磁同步电动机起动性能的仿真计算方法。本文对异步起动永磁同步电动机的起动性能所进行的试验与仿真计算工作、对高起动品质因数转子槽型的研究工作都具有非常现实的意义。

2 异步起动永磁同步电动机起动性能试验及有限元仿真

    2.1 异步起动永磁同步电动机堵转试验与有限元仿真

    2.1.1 样机堵转试验

    (1)堵转试验方法

表2.1 异步起动永磁同步电动机堵转试验堵转点

表2.1 异步起动永磁同步电动机堵转试验堵转点

    采用堵转法测量样机的堵转转矩Tst和堵转电流Ist,用堵转仪测量堵转转矩Tst,电流表测量堵转电流Ist。试验时用堵转仪将电机转子堵住,给通电压,待电流表示数稳定后同时快速读取堵转转矩Tst、堵转电流Ist与堵转时的电压;测定时应按表2.1规定的机械角度范围及每点间隔度数测取11点或6点,每点电动机的温度应保持相同。堵转转矩Tst取其中最小值,堵转电流Ist取其中最大值(三相电动机应为三相电流平均值)。为了防止电动机发热减少冷却时间,上述试验可在不小于0.5倍额定电压下进行,找出堵转转矩Tst最小点后,再在该点测出额定电压下的堵转转矩Ist。具体试验设备如下:

    ●外接三相电源:主要包括三相电源,三相调压器,过流保护开关;

    ●试验样机:1.5kW-2极样机、5.5kW-4极样机,llkW-4极样机、15kW-4极样机;

    ●试验测试设备:堵转仪、电流表、电压表。

    (2)堵转试验结果

    用(1)中叙述的堵转试验方法分别对1.5kW-2极样机、5.5kW-4极样机,llkW-4极样机、15kW-4极样机进行堵转试验,测得堵转转矩倍数Tst*、堵转电流倍数Ist*如表2.2所示。

 表2.2 多台样机堵转试验结果
表2.2 多台样机堵转试验结果

责任编辑:马倩
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