三相鼠籠異步電機熱磁耦合分析及效率優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、提高效率是我國未來電機發(fā)展的必然趨勢。但在提高效率的同時必須要保證電機的壽命和運行可靠性。電機運行時的溫度對電機的壽命和運行可靠性有著直接而顯著的影響,提高電機效率和對電機溫度場的研究具有重要的工程意義。
　　 本文根據(jù)電磁場理論建立了三相鼠籠異步電機的場路耦合模型,對異步電機瞬態(tài)二維電磁場進行了計算,得到了電機的工作特性結(jié)果,并對啟動過程中電機整體的磁場分布以及轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的電流密度變化進行了分析。當電機穩(wěn)定運行時,磁力線較均勻的

2、分布在定轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)部,轉(zhuǎn)予繞組電流密度分布均勻。而當電機啟動時磁力線主要集中在臨近轉(zhuǎn)子表面較薄的一層內(nèi),定、轉(zhuǎn)子齒端磁通密度很高,轉(zhuǎn)子繞組電流密度沿徑向逐漸變大,有明顯的集膚效應(yīng)。
　　 根據(jù)溫度場理論建立了三相鼠籠異步電機定轉(zhuǎn)子全域瞬態(tài)溫度場模型,計算了電機在額定負載情況下的瞬態(tài)三維溫度場變化,也對電機不同負載運行時的溫度場以及影響溫度場分布的因素進行了計算和分析。在電機啟動開始階段,定轉(zhuǎn)子溫度迅速升高,隨后溫升幅度逐漸減小直

3、至達到穩(wěn)定狀態(tài),整個過程中,轉(zhuǎn)子導(dǎo)條溫度始終高于定子繞組溫度,最高溫度出現(xiàn)在轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的軸向中心。當電機溫升達到穩(wěn)定后,定子區(qū)域的整體溫度低于轉(zhuǎn)子區(qū)域,而機殼表面的溫度是最低的。轉(zhuǎn)子鐵心的軸向溫差要大于定子鐵心,而定子鐵心的徑向溫差要大于轉(zhuǎn)子鐵心。電機整體的溫度隨詹電機功率的增大而升高,但并不成線性增長的關(guān)系。散熱翅的高度對電機溫度場有較大的影響。用鑄銅代替鑄鋁作為轉(zhuǎn)子導(dǎo)條及端環(huán)可以有效降低轉(zhuǎn)子區(qū)域的溫度。
　　 對電機結(jié)構(gòu)進行改

4、進來提高效率,分析了相關(guān)改進措施對電機工作特性的影響,并對電機效率進行了優(yōu)化。在槽滿率允許的情況下,增大導(dǎo)線直徑可以有效減少定子繞組銅損耗,提高電機效率。剪短定子繞組端部可調(diào)長度和減小氣隙厚度也可以提高電機效率,同時減小氣隙厚度有利于電機功率岡數(shù)的提高,但會導(dǎo)致啟動電流倍數(shù)的增大。適當增加鐵心長度可以有效提高電機效率和功率因數(shù),但會導(dǎo)致啟動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)和最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)減小。用遺傳算法對電機進行效率優(yōu)化,并結(jié)合模式搜索法再次進行效率優(yōu)化,進一步