双速自起动永磁电机的优化设计与分析

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纺织工业的电气设备工作时间长,用电量大。细纱机是纺织机械中用电量最大的设备之一,若细纱机主电机选用高效节能电机,将具有显著的节电效果。由于纺纱工艺的要求,细纱机主电机需要两种运行转速,本文提出并研究了一种高效的双速自起动永磁电机,用于替代目前采用的双速异步电机,达到节能的目的。  首先,根据细纱机主电机的工作特点,确定了4/6极双速自起动永磁电机的拓扑结构。电机定子采用4/6极变极绕组,转子采用具有笼型绕组的4极永磁转子。当绕组采用6极接线时,电机作异步电机运行;当绕组采用4极接线时,电机作永磁同步电机运行。通过对电机工作原理的分析,阐述了本文的研究重点,即通过电磁方案优化设计减小电机在6极模式运行时的单边磁拉力以及研究变极切换过程的控制策略。  其次,在保证电机在4极模式高效运行的基础上,以减小单边磁拉力为目标,从定子绕组和永磁体结构等方面对电磁方案进行了优化设计,并完成了有限元仿真验证。  再次,利用解析法计算变极切换过程的瞬时电流表达式,确定了使得冲击电流最小的最佳切换时刻,并通过有限元仿真进行了验证。在此基础上,利用Simplorer与Maxwell搭建联合仿真模型,验证了电机变极切换控制策略的有效性。  然后,进行了样机研制和试验研究,完成了样机的空载反电势测量和空载自起动测试试验,通过与有限元仿真结果的对比分析,验证了电机电磁设计方法的有效性。  最后,针对电机在6极模式运行时的单边磁拉力问题,提出了一种机械调磁转子结构。介绍了机械调磁的原理,完成了该调磁结构的优化设计,并利用有限元仿真验证了该结构的有效性。
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