【摘 要】
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多相异步电机凭借低压功率器件实现大功率输出、容错能力强以及转矩脉动小等特点,适用于舰船推进以及航空航天等场合。然而,作为一种新技术,随着电动机相数的增多,控制的难度随之增加,且桥臂过多容易造成成本的增加等因素限制了其发展,而五相电动机不但具备多相电机的优点,又避免了相数过多带来的危害,在压裂泵上得到了广泛使用。本文主要针对五相电动机,研究其槽配合以及绕组型式等设计中的关键问题对电机的性能影响。首先
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目:压裂泵及多相变频驱动电动机的机电耦合特性与性能匹配研究（52077047）
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多相异步电机凭借低压功率器件实现大功率输出、容错能力强以及转矩脉动小等特点,适用于舰船推进以及航空航天等场合。然而,作为一种新技术,随着电动机相数的增多,控制的难度随之增加,且桥臂过多容易造成成本的增加等因素限制了其发展,而五相电动机不但具备多相电机的优点,又避免了相数过多带来的危害,在压裂泵上得到了广泛使用。本文主要针对五相电动机,研究其槽配合以及绕组型式等设计中的关键问题对电机的性能影响。首先研究了槽配合的影响。以星形绕组为例,确定40/28、40/30、40/32、40/34等定子槽数相同转子槽数不同配合下径向电磁力随着时间与空间的变化情况、转矩脉动、起动性能以及效率和功率因数等指标,发现定子40槽,转子34槽时五相异步电动机性能综合最佳。其次在40/34槽配合下,分析单一绕组（星形、五边形、五角星）的谐波分布,给出了星形-五边形、星形-五角星和五角星-星形等三种复合绕组,并对比正常运行状态下电机的起动性能、转矩脉动、空载气隙磁密、效率和功率因数。发现在正常运行状态下,星形-五边形复合绕组在三种复合绕组中性能最优;开路状态下（一相开路、相邻两相开路、不相邻两相开路）将单一绕组中五边形绕组和三种复合绕组相比较,得出星形-五边形复合绕组相较于其余两种复合绕组,开路状态下的性能最佳。综合两种情况最终确定星形-五边形复合绕组为五相异步电动机的最佳绕组型式。最后,搭建40/34槽配合下采用五边形及星形-五边形绕组的样机模型,分析在50N·m负载下的定子相电流变化情况及转矩大小,并与仿真数据相对比。经实验验证,实验数据与仿真数据误差小于5%,保证了结论的准确性。
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