紧凑型高效高压感应电机起动过程电磁热耦合研究

来源 :哈尔滨理工大学 | 被引量 : 6次 | 上传用户:rian2sd
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随着电机领域相关技术的提高,高效高功率密度电机成为发展趋势。YJKK系列紧凑型高压电机是我国电机行业的新生产品,比原YKK系列电机中心高平均降低两个等级,体积的减小使表面散热面积减小,同时功率密度和电压等级的增加,使得人们对其起动特性及温升情况尤为关心。电机负载起动时,起动时间长,起动电流会使绕组温度迅速升高,较大负载可能导致电机不能正常起动。而起动过程定、转子阻抗及起动电流是判断绕组温升的重要依据;起动特性(电流-转速、转矩-转速)是衡量感应电机起动运行性能、判断电机能否正常起动的重要指标;用户需要根据电机起动阻抗及起动特性来选择合理的起动设备,减少起动过程故障的发生。对于高压电机,试验方法测取起动过程动态参数及起动特性不易实现,需要一种切实可行的方法进行仿真计算。本文根据国内外对感应电机起动特性、阻抗及温升的研究现状,分析总结目前计算方法中的优缺点,深入研究电机起动过程电、磁、热之间的关系,提出电机动态参数、起动特性及动态温升的计算方法。本文对起动过程电机内的饱和效应和集肤效应进行研究。根据动态过程电机内磁通的分布情况,采用磁网络法对电机内饱和漏磁通进行计算。紧凑型高压电机,少极数时定子轭部较长,且磁通密度较高,轭部饱和严重;另外,为改善磁密分布,紧凑型高压电机常采用磁性槽楔。因此,建立磁网络模型时,需要考虑电机轭部饱和及磁性槽楔的影响。为提高计算的准确性,建立了电机齿槽相对和齿齿相对两种位置下的磁网络模型,根据磁路的定律对漏磁通进行计算。建立了分层法模型模拟集肤效应,对槽高进行离散,给出了集肤系数的计算方法。电机起动属于瞬态过程,需要用动态理论来分析电机起动特性。为减少计算量,根据坐标变换和矢量变换的理论推导出感应电机在两相坐标系下的状态方程。结合转动系的运动方程,给出了起动电流、电磁转矩、起动时间的计算方法,公式简单、计算方便、可节省计算时间。建立并求解电机风阻网络模型,得到电机内部冷却气体流量的分布,结合电机动态特性曲线对电机发热和散热进行计算,得到起动过程电机绕组平均温升的变化曲线。根据绕组温升限值对电机起动过程发生堵转时的安全运行时间进行计算,分析了不同负载对电机温升的影响。考虑起动过程电机阻抗、电流及温升之间的相互影响关系,对其进行耦合计算,提高了电机起动过程计算的准确性,通过实验验证了本文所提出计算方法的准确性。论文的研究成果为新系列电机的设计和保障其安全运行提供了参考,具有较高的实用价值。
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