高效節能稀土永磁同步電動機的研究
竇滿鋒 劉衛國 李鐘明(西北工業大學西安710072)
l引 言
西北工業大學稀土永磁電機研究所研制成國內第一臺800w高效節能紡織電機（該項目獲1993年全國發明二等獎）后，承擔了國家“八五”攻關項目“稀土永磁高效節能紡織電機”，本項目系其中的一個主要子項目，1993年8月在山西省通過省級鑒定，鑒定結論認“填補了山西省空白，居國內****水平”，現已由山西省晉中電機廠投入批量生產。
2主要技術指標
(1)額定電壓
(2)額定功率
(3)額定轉速
(4)額定效率
(5)額定功率因數
(6)起動轉矩倍數
(7)牽入轉矩倍數
(8)過載能力1
(9)起動電流倍數
3方案選擇
3.1稀土材料
選用nnf-30h，性能指標：
國家“八五”重點攻關項目
溫度系數abd/bd<百分之4
居里溫度320℃
工作溫度120℃
3.2結構方案
3.2.1定子結構
采用標準三相異步電機fx132s-6定子結構，僅對繞組型式作適當調整。
3.2.2轉子結構設計
稀土永磁同步電動機設計主要是轉子結構的設計，轉子結構設計的關鍵是轉子坤片的設計，轉子沖片設計的核心問題有：磁路結構（包括主磁路和漏磁回路）的確定；磁鋼用量的合理選擇；轉子鼠籠槽數和槽形設計；轉子沖片的整體性和加工工藝的簡單性。從這四個角度出發，設計出fty132s-6的轉子沖片結構如圖1所示。整個轉子采用鑄鋁結構，每臺電機磁鋼用量0. 87kg。
4電機設計
4.1運行狀態的確定
稀土永磁同步電機勵磁恒定，運行狀態是設計的前提和基礎，兼顧高力能指標和低成本兩個因素，fty132s -6運行狀態設計在欠勵去磁作用狀態下，其電勢向量圖和轉矩一功角曲線圖如圖2a、b所示。
a．功角在40度～55度范圍內變化時，負載變化范圍很大，而功率因數變化很小，保證電機在大負載范圍內保持高力能指標。
b．電機****功角大于110度，過載能力強。
c．勵磁為欠勵，磁鋼用量減小。
4.2電機設計
fty132s-6稀土永磁同步電動機的設計由電磁設計、場的有限元分析及場路結合的cad設計三部分組成。
電磁設計按永磁電機設計方法進行，考慮ndfeb的特點，根據經驗調整傳統電機設計的一些經驗參數，作出部分有理論依據的修正。
場的有限元分析，其目的是為了得到電路各部分的準確場量以及氣隙磁場的分布。該方法也是對電磁設計結果的檢驗和校核。
場路結構的cad設計利用計算機設計的準確性、快速性的特點，把路的設計與場的分析相結合（磁場參數用場分析得到，電參數用路的計算得到）并以高力能指標與低成本為目標進行的路結合的優化設計。
5美鍵技術
受永磁體“發電制動轉矩”和凸極效應轉矩的影響，稀土永磁同步電動機的主要問題是起動，fty132s-6采用以下方法改善起動性能：
(1)增大起動轉矩
同步運行時，轉子導條中無基波電流，增大轉子電阻可以增加起動轉矩，但不影響效率。
(2)削弱凸極效應
設計合理磁路結構，降低比值，可以有效地降低凸極效應。
(3)利用鼠籠導條的阻尼作用削弱振蕩轉矩
同步速附近，各種轉矩相互作用容易引起轉矩轉速振蕩，合理選擇定轉子槽配合不僅可以增加起動轉矩，也可以增加牽入轉矩，削弱振蕩轉矩。
(4)計及擠流效應、飽和效應、凸極效應及“發電制動轉矩”，仿真稀土永磁同步電動機的起動過程。
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