【摘 要】
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传统的工业驱动系统采用异步感应电机与减速机相连的结构,驱动效率低,易发生故障。低速大转矩永磁同步电机能够直接驱动设备运行,降低能源消耗与设备生产维修费用,在工程应用中逐渐取代传统驱动系统。但其结构紧凑、功率密度大、负荷高的特点使得电机存在温升过高的风险,易出现永磁体失磁和绝缘材料破损等问题,极大地降低驱动系统的安全性和可靠性。因此准确分析计算电机损耗与温升对优化电机设计,提高电机使用寿命有着重要意
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传统的工业驱动系统采用异步感应电机与减速机相连的结构,驱动效率低,易发生故障。低速大转矩永磁同步电机能够直接驱动设备运行,降低能源消耗与设备生产维修费用,在工程应用中逐渐取代传统驱动系统。但其结构紧凑、功率密度大、负荷高的特点使得电机存在温升过高的风险,易出现永磁体失磁和绝缘材料破损等问题,极大地降低驱动系统的安全性和可靠性。因此准确分析计算电机损耗与温升对优化电机设计,提高电机使用寿命有着重要意义。设计了一台额定功率11 k W,额定转速40.2 r/min的皮带机用低速大转矩永磁同步电机。结合磁路结构,极槽配合和永磁体形状对电机性能参数的影响以及皮带机工作运行特点,确定了电机参数设计值。建立电机二维电磁模型,通过Maxwell有限元软件仿真分析了电机空、负载性能,证明了电机设计的合理性。基于电机损耗产生机理,对传统的Bertotti铁耗分离模型进行分析与改进,探究了磁体分割对永磁体涡流损耗的影响,计算得到了电机各部分损耗。对电机材料的温度特性进行研究,分析了电机损耗受温度影响的变化规律,表明了在电机损耗及温升计算中考虑电磁场与温度场相互作用影响的必要性。为进一步提高损耗计算准确度,采用场路耦合方法对变频器供电下的电机损耗进行研究,分析了载波频率对电机相电流谐波及损耗的影响。针对传统的温度场求解模型无法反映温度变化对损耗及温升影响的问题,提出低速大转矩永磁同步电机磁热双向耦合模型,对电机温度场进行求解计算。制作样机并进行温升实验测试,实验温升数据表明:相比于单向耦合,磁热双向耦合模型绕组温升计算准确度提高6.2%。基于磁热双向耦合模型,对低速大转矩永磁同步电机常见故障下的损耗及温度场进行了研究。求解了不同故障率下电机各部分损耗及温度分布,总结了电机损耗及温升受故障影响的变化规律,为通过电机温度监测判断故障情况提供了新的思路。
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