空压机用高效率永磁同步伺服电动机研发

作     者：邱杏坡 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：程小华;刘征艮

授予年度：2017年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：空压机 永磁同步伺服电动机 转子磁路结构 有限元分析 

摘      要：空压机由电动机直接驱动,使曲轴产生旋转运动,带动连杆使活塞产生往复运动,从而引起气缸容积变化,它广泛应用于各个工业部门,如矿山、化工、能源等。此外,作为工业制造行业的主要动力源,在大部分企业用电中占比最大,成为用电大户。电动机作为空压机的心脏,其能耗问题非常重要,它质量的好坏、效率的高低,将直接影响着空压机的能效比。因此,如何降低空压机的能源损耗从而实现实现高效节能,成为许多企业当前急需解决的重大问题。目前,变频电动机或者宽频电动机替代常规电动机来驱动空压机的方式任然是许多企业的选择,并取得了一定成效,然而这种方式的变频控制比较复杂、效率也较低。相反,永磁同步伺服电动机却具有起动性能良好、功率密度较大、温升较低,轻载负荷时效率较高等优点,是未来空压机的发展方向。本文简单扼要的介绍了空压机用永磁伺服电动机的发展情况,永磁同步伺服电动机的不同转子磁路结构特点,分析了永磁同步伺服电动机磁路特点和运行原理,并针对额定功率37kW,额定转矩120N.m,额定转速3000r/min的空压机用永磁同步伺服电动机展开设计研究。第一,针对样机进行相关材料的选取和基本参数的计算,并了解空压机用永磁同步伺服电动机的实际运行工况,运用Ansoft软件调试了48槽8极、36槽6极和24槽4极三种不同极槽配合永磁同步伺服电动机电磁设计方案,同时从性能、效率和成本等方面进行比较分析后确定样机方案。第二,基于Ansoft软件针对样机的性能进行有限元分析,主要包括瞬态场、静磁场、涡流场的分析,并对转子磁路结构进行改进,对比改进前后电动机的性能,从而确定空压机用永磁同步伺服电动机转子磁路结构的各项参数,并计算额定负载下各项损耗和效率,在此过程中对永磁同步伺服电动机的工作特性、设计思路、设计步骤进行了分析和总结。最后,输出电磁设计方案,并转化为工程图,对样机进行试制,对比型式试验结果后对设计方案相关系数进行修正,并判断是否符合设计要求,在此过程中也总结了设计上的一些不足,积累相关设计经验。