实心转子屏蔽电机电磁参数计算与性能分析

论文摘要

屏蔽电机是专为屏蔽电泵配套的特种电机。因屏蔽电机整体沉浸在传输液中,故在定转子上增加了起电气绝缘和耐腐蚀作用的定转子屏蔽套,屏蔽套材料一般采用高电阻率、高机械强度不导磁的不锈钢板材焊接而成。屏蔽套的使用使得定转子之间的气隙长度增加,对电机性能影响较大,也对电机的设计和分析带来了一些新的问题,如参数计算问题、磁饱和问题、损耗计算问题等等。本文在综述屏蔽电机的发展概况以及国内外的研究现状的基础上,针对屏蔽电机结构特点和工程设计要求,从磁场分析的角度对冲片转子、实心转子屏蔽电机的电磁设计和性能分析进行了较为深入的探讨和研究。首先以两台双速双绕组的屏蔽电机样机为例,利用二维涡流场有限元法计算了电机在起动、理想空载、非理想空载、额定负载四种不同工况下的主要性能参数指标,并进行了横向对比,分析了屏蔽套对计算结果的影响。其次,本文利用运动有限元法计算了屏蔽电机的空载起动和负载起动两种工况下各时刻电机的电流、电磁转矩、负载转矩和转速等一系列动态参数曲线族,同时得到了各起动时刻电机的磁场分布图。计算过程中建立了负载转矩和水磨损耗等效转矩的数学模型,考虑了幅值与转速的关系,使起动性能的计算更符合实际情况。最后,鉴于目前国内的工程设计人员仍习惯采用等效电路的方法研究屏蔽电机的实际情况,本文在二维似稳涡流场计算结果的基础上,利用能量法、损耗法提取定转子屏蔽套和转子实心部分的等效阻抗参数,并建立了屏蔽电机的集总参数等效电路模型,讨论了屏蔽套的相对磁导率变化对电机性能和屏蔽套损耗的影响,为工程设计提供了理论依据。在此基础上,修改了普通三相感应电动机设计公式,形成了适合屏蔽电机的电磁设计要求的电磁设计软件。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和研究意义
• 1.2 屏蔽电机设计历程
• 1.3 课题国内外研究现状
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 实心转子屏蔽电机涡流场数学模型
• 2.1 二维非线性涡流场内屏蔽电机数学模型
• 2.1.1 基于有限元的屏蔽电机建模
• 2.1.2 屏蔽电机反电势计算和鼠笼端环归算
• 2.1.3 屏蔽电机计算流程
• 2.2 屏蔽电机不同工况计算结果与分析
• 2.2.1 冲片转子结构屏蔽电机工况计算
• 2.2.2 实心转子结构屏蔽电机工况计算
• 2.3 冲片结构与实心转子结构屏蔽电机性能比较
• 2.4 屏蔽电机的气隙谐波磁势分析
• 2.4.1 冲片结构屏蔽电机气隙磁势谐波分析
• 2.4.2 实心转子屏蔽电机气隙磁势谐波分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 实心转子屏蔽电机电磁性能动态分析
• 3.1 运动有限元法动态分析介绍
• 3.2 屏蔽电机起动过程动态分析
• 3.2.1 冲片转子结构屏蔽电机动态分析
• 3.2.2 实心转子结构屏蔽电机动态分析
• 3.3 屏蔽套材料的导磁性能对其参数的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 等效磁路法屏蔽电机电磁参数计算
• 4.1 屏蔽电机中的阻抗参数计算
• 4.1.1 屏蔽套涡流损耗计算及其折算
• 4.1.2 实心开槽转子等效阻抗折算
• 4.2 实心屏蔽电机等效电路
• 4.3 屏蔽电机电磁参数计算结果
• 4.4 屏蔽电机电磁设计
• 4.4.1 电磁设计程序编制
• 4.4.2 基于等效电路的屏蔽电机性能
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢