论文摘要
大转动惯量和必须带负载起动的机械由于起动时产生的附加动载荷往往大于电动机允许的最大转矩,在起动时,通过电动机的起动电流将达到额定电流的约5-6倍,经常导致电动机烧毁或机器传动装置的突然破坏。为了解决这类问题,国内外研究者进行了一些卓有成效的研究探索。例如,采用Y-△起动,变频调速,液力偶合器,电磁离合器等方式进行起动。这些方法在一定程度上解决了重载起动的问题,但是它们或多或少的存在着这样那样的问题,如变频调速起动,由于低速段电机输出功率低于额定功率,所以变频调速起动需要将电机功率向上选大一挡;而对于液力偶合器,电动机对于电源电压要求较高,如果起动电压降低,电动机的最大转矩将大幅下降,起动时泵轮与电动机的特性交点可能落到电动机的特性不稳定段上,致使电流增大,长时间运行会烧毁电动机;电磁离合器传动损失大,效率较低。综上所述可见目前的几种常用电机起动方式不是造价昂贵就是效率低下。本课题通过研究提出了一种新型行星式电机软起动技术。该技术是一种能够实现在大转动惯量、大负载的情况下直接机械软起动的技术。它能够使得电动机在与负载不脱离的情况下实现起动。本文主要研究内容如下:第一章通过调查研究探讨了近年来国内外对重载机械软起动的研究现状,分析了它们的优缺点,重点探讨了可控起动法的研究现状以及在这方面存在的问题。提出了一种新型的行星式软起动技术的方案。第二章首先分析了行星齿轮的优缺点,确定了行星系统作为整个技术的核心部分。利用齿轮传动中的差动轮系和行星轮系的自由度转化,给出了可行的方案。第三章通过研究构建了电机拖动与行星式软起动系统的机电耦合数学模型。第四章在对行星系统进行设计时,充分考虑行星系统中齿轮之间的各个约束关系,利用模糊理论对其进行模糊优化设计,最后结合MATLAB遗传工具箱得到一组最优解。第五章利用有限元软件ANSYS对行星系统的最薄弱环节——行星架进行有限元仿真分析,通过仿真设计,对行星架结构尺寸进行优化。第六章在理论研究的基础上,设计制造了一台新型行星式软起动实验系统,进行了软起动传动性能实验研究,通过实验对相关参数进行了优化。实验结果表明该技术能够实现重载软起动,而且可以以驱动系统实际需要的功率作为电机选择功率。与其它驱动方式相比,电机功率的选择降低了30%～50%。本课题的创新点:⑴通过对国内外近几年关于电动机软起动技术的研究,在分析它们的优缺点的基础上,提出了一种新型的行星式电机软起动方法。⑵通过对本技术方法关键技术的研究,构建了电力拖动与行星式软起动系统的机电耦合数学模型。⑶在理论研究的基础上,设计制造了一个实验系统,对本技术方法进行了实验研究,通过实验对相关参数进行了优化,使理论更符合实际。⑷该方法与装置的研究,为电动机软起动新技术的理论研究和实际应用,提供了一种新的思路和方法。