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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(三)

2016/11/2    来源:ANSYS    作者:王杨      
关键字:ANSYS  有限元  性能仿真  
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。

3 18.5kW-4极异步起动永磁同步电动机设计与仿真

    根据2.3节的结论,重新设计了一台18.5kW-4极异步起动永磁同步电动机,定子机座号与Y2系列同功率等级电机相同,定子采用48槽梨形槽,转子采用凸形槽56槽设计,采用W型径向磁路结构,利用第三章中所述的有限元计算方法,对该方案的起动性能进行了计算,各项性能指标均达到了预先要求。详细过程如下。

    3.1 18.5kW-4极异步起动永磁同步电动机电磁设计

    3.1.1 定子设计

    (1)定子冲片设计

    定子内外径参考18.5kW-4极Y2系列异步电动机,选为180机座号,内径187mm,外径290mm;定子槽型采用梨形槽,48槽,为了平衡效率与电机牵入性能,定子铁心选为160mm;

    (2)定子绕组设计

    定子绕组采用双层叠绕,短距,节距取12,并联支路数取2;为满足槽满率75%-80%,又不致采用截面太大的导线,采用多根并绕,最终选取并绕根数及线径为3-φ1.12mm,1-φl.18mm。

3.1.2 气隙设计

永磁电动机气隙长度一般为同规格Y2系列电动机的1.5-2倍,180机座4极异步电动机气隙为0.6mm,考虑到要降低直轴同步电抗Xd以获得更大的失步转矩.最终气隙长度选为1.8mm。

    3.1.3 转子设计

    (1)永磁体设

    参考已有同规格异步起动永磁同步电动机样机设计方案,选用高性能永磁材料钕铁硼,牌照号N38SH,详细参数如图3.1所示,调整永磁体的宽度,以提供足够的磁通,保证气隙磁密在0.6-0.8T;调整永磁体充磁方向长度,以减小直轴同步电抗Xd,增大电机的过载能力,同时可提高永磁体的抗去磁能力。最终永磁体宽度取为112mm,永磁体充磁方向长度取为6mm,采用W型混合式磁路结构,一方面为转子槽争取设计空间,另一方面可以获得较为合适的凸极率,以平衡电机的牵入性能、过载能力与起动性能。

表3.1 钕铁硼N38SH性能参数

图3.1 钕铁硼N38SH性能参数

    (2)转子槽设计

    转子采用铸铝导条,根据4.3节中得到结论,同时兼顾电机的牵入性能,设计了如图3.1所示凸形槽,其中b0=0.8mm、b1=5.8mm、b2=3.2mm、b3=5.8mm、b4=5.3mm、h1=0.6mm、h2=10.4mm、h3=5mm。

图3.1 转子槽型图

图3.1 转子槽型图

    3.1.4 漏磁因数设计

    利用有限元软件Ansoft 2D对空载反电势进行了计算,计算结果如图3.3所示,通过磁路计算程序反调空载漏磁因数,得到空载漏磁因数为1.465,因为Asoft 2D计算结果未考虑电机端部漏磁情况,需要对端部漏磁加以修正,依据经验加上0.05,最终空载漏磁因数取为1.515。

图3.3 l8.5KW-4极电机空载反电势 

图3.3 l8.5KW-4极电机空载反电势

责任编辑:马倩
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