异步电机负载工况下动力性能分析与试验研究.pdf

异步电机负载工况下动力性能分析与试验研究王建淞(大庆宏伟庆化石油化工有限公司黑龙江大庆)摘 要 异步电机负载工况是电机长时间运行工况是评价电机性能的最主要工况电机设计时通常要考虑负载工况的电气性能、动力性能实现高性能电机设计 负载工况下电机的动力性能影响着电机振动与噪声性能指标是电动机振动与噪声的控制及治理的关键环节现从仿真计算分析与试验研究两个维度对比分析某型异步电机负载工况下的动力性能 关键词 电磁性能振动动力特性振动试验验证:./.中图分类号:.文献标识码:文章编号:()(.).引言结构便捷性与可靠耐久性作为异步电机的两个最大优势成为了在国防、军工、航海领域应用的关键 随着电机小型化、结构紧凑化的发展高功率密度成为电机设计发展的主题 但伴随着电机其它性能负荷的提升这主要体现在电机电磁激励源等动力特性的提升大大提高了电机振动噪声的治理难度所以设计高动力性能异步成为异步电机发展不可或缺的关键环节一方面从提升电机整体性能考虑一方面要考虑电机具体的应用场景如在国防、水下等领域低振动噪声的需求从振动控制治理延申到电机动力性能优化需基于异步电机电磁方案通过异步电机电磁性能以及电磁场的分析综合考虑电机电气性能与电磁力特征最终实现电机电气性能、动力性能的优化提升本文将对异步电机负载工况进行电气性能分析与动力性能分析研究影响动力性能的因素并以试验验证、研究为手段进一步对电机动力性能机理进行分析研究 异步电机负载工况下电气性能分析无论何种形式的电机以及应用场所的电机首先都应保证电机电气性能为前提也就是说电气性能是异步电机动力性能优化调整的前提和基础必须首先进行电气性能计算分析图、图、图 分别为负载工况时的电机转速、转矩以及屏蔽层的涡流损耗稳态时电机转速为.(负载工况)、电机转矩为.(负载工况)、屏蔽层涡流损耗为.(负载工况)图 转速图 转矩图 屏蔽层涡流损耗 负载工况下异步电机动力性能分析确认了电机的电磁方案及电磁参数需要在此基础上进一步进行异步电机动力性能分析与评估 以数值仿真为手段对该项目异步电机电磁模型进行计算分析同时以电机空载工况下动力性能分析数据作为参考进行汇总整理形成分析结论如下()图 为负载工况下气隙磁密波形及其谐波幅值从图中可以看出相比于空载工况负载工况的齿谐波具有更大的幅值()图 为负载工况下径向电磁力密度波形及其谐波幅值从图中可以看出与空载工况相同负载工况的 次谐波幅值较大均为定转子齿谐波相互作用后产生(a)?(b)?图 气隙磁密波形及其傅里叶分解(a)?(b)?图 径向电磁力密度波形及其傅里叶分解为了清晰显示极/槽异步电机的负载工况下的径向电磁力密度分布径向电磁力密度二维 后的谐波幅值及其次数如图 所示(幅值小于 未显示)引起 阶模态振动的径向电磁力密度的幅值、频率如表 所示可以看出引起 阶模态振动的主要谐波分量为 阶、的径向电磁力密度相比于空载工况该次谐波的幅值增长了.表 负载工况下径向电磁力的幅值、主要阶次和频率阶次频率 阶././阶./阶./为考虑异步电机整体动力性能在异步电机电磁力分析的基础上进行电机整体动态系统的电磁结构耦合分析图 径向电磁力密度二维傅里叶分解结果图 振动速度、加速度为得到负载时电磁力密度对振动的影响将径向电磁力密度以集中力的形式导入谐响应模块并对机壳上表面、侧面、下表面施加固定约束则各个频率下电机外侧的机壳表面的振动加速度、速度如图 所示从图中可以看出负载时机壳表面的最大振动是空载时的近 倍.时发生共振其振动速 度 和 加 速 度 分 别 为./、./.时 振 动 的 速 度、加 速 度 分 别 为./、./这说明一阶定转子齿谐波对于振动的影响较小 异步电机负载工况下动力性能试验研究 为进一步验证与研究异步电机动力性能对电机进行动力性能验证试验图 为异步电机振动试验方案、图 为异步试验及传感器布置实物图片图 振动试验方案图 试验传感器布置情况根据试验方案进行了试验测试试验测试结果如图、图、图 所示?/T86420-2-4-6-8020406080100?/ms图 气息磁密试验测试结果(下转 页)践验证可知本文涉及的小跨距铜扁线线圈制造工艺的研究较为成功()对于特殊尺寸的线圈而言该研究可以减少对设备的使用 同时针对线圈的电磁线在制作过程中的翻趴、反弹、一致性、绝缘保护等工艺难点提出了有效的解决方法具有较高的工程使用价值参考文献 张义全.线圈绝缘工艺学.北京:机械工业出版社.徐君贤.电机与电器制造工艺学.北京:机械工业出版社.方日杰.电机制造工艺学.北京:机械工业出版社.作者简介:张旭 男 年生毕业于大连海事大学电气工程及其自动化专业现从事电机电工工艺研究工作.收稿日期:(上接 页)?/T0.30.250.20.150.10.050 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800?/Hz图 气息磁密 频谱分析结果?/m s20 25.0 2.0 15.0 1.0 0500 100 2000 3000 400 5000 6000 7000?/Hz图 机脚振动测试 频谱分析结果从图、图 时、图 频域试验测试结果可以看出突出线谱基本反映了电机的动力性能为后续振动治理工作提供方向可作为异步电机振动控制的依据 结语本文对首先对异步电机负载工况下电气性能、动力性能(振动控制治理等)进行了基于数值仿真方法的分析计算然后编制了异步电机振动的试验方案建立异步电机动力试验系统对异步电机动力试验样机进行了试验最终的动力时、频域测试结果可为后续振动控制与噪声治理提供方向可作为异步电机振动动力学优化的重要依据参考文献佟宁泽.大中型感应电机电磁力及定子振动分析.沈阳工业大学.陈永校等.电机噪声的分析和控制.杭州:浙江大学出版社.董伟.某型特种永磁电机电气性能分析及优化.防爆电机.李广艺.隔爆型单绕组双速三相异步电动机性能分析.防爆电机.秦庆霞.异步电机的矢量控制.防爆电机.作者简介:王建淞 男 年生毕业于东北石油大学机械设计制造及自动化专业现从事炼油化工行业工作.收稿日期:(上接 页)分析方法等为今后开发永磁电机奠定了基础参考文献 王秀和.永磁电机.北京:中国电力出版社.张红枝陈金刚.低压变频调速电机的特点和变频调速节能控制应用.防爆电机.杨光周勤凤.永磁三相同步电动机装配工艺.防爆电机.作者简介:徐晓慧 女 年生毕业于哈尔滨理工大学电气自动化专业现从事电机设计工作.收稿日期: