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        轉(zhuǎn)子靜態(tài)偏心對低速大轉(zhuǎn)矩永磁電機性能的影響

        2018-06-08 01:40:18,,
        防爆電機 2018年3期
        關鍵詞:鐵耗偏心率磁密

        ,,

        (沈陽工業(yè)大學,遼寧沈陽 110870)

        0 引言

        低速大轉(zhuǎn)矩永磁電機具有高效率、高功率因數(shù)、低維護量等優(yōu)點。在礦山、石油、船舶等領域得到廣泛應用。而隨著工業(yè)的不斷發(fā)展,社會對低速大轉(zhuǎn)矩電機需求量日益增大。然而,在實際生產(chǎn)中,由于生產(chǎn)加工與裝配工藝等原因。永磁電機定轉(zhuǎn)子中心線不能完全重合,不同程度的存在轉(zhuǎn)子偏心問題。

        通常情況下,電機偏心分為三類:靜態(tài)偏心、動態(tài)偏心和混合偏心。靜態(tài)偏心是由定子鐵心橢圓、定子或轉(zhuǎn)子不正確的安裝位置等因素引起的。靜態(tài)偏心的特點是,電機最大氣隙和最小氣隙位置不隨時間改變。動態(tài)偏心的原因是轉(zhuǎn)軸彎曲、軸承磨損、極限轉(zhuǎn)速下的機械共振等因素。動態(tài)偏心的特點是最小氣隙位置隨轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)一起轉(zhuǎn)動?;旌掀臑殡姍C同時存在靜態(tài)和動態(tài)偏心情況。

        本文著重研究轉(zhuǎn)子靜態(tài)偏心后對電機氣隙磁密、反電勢、鐵耗的影響,為轉(zhuǎn)子偏心的研究提供了一定的參考價值。

        1 氣隙磁密

        轉(zhuǎn)子偏心后,電機氣隙不再對稱,如圖1所示。電機偏心后,轉(zhuǎn)子中心偏移,出現(xiàn)轉(zhuǎn)子偏向側和轉(zhuǎn)子偏離側。電機氣隙長度由原來的均勻分布,變成了不均勻分布。

        圖1 轉(zhuǎn)子靜態(tài)偏心示意圖

        為了后文的分析方便,這里定義偏心率的定義。偏心率e為

        (1)

        式中,OO′—電機偏心距離;L—未偏心時的氣隙長度。

        電機靜態(tài)偏心后,電機在不同偏心率下的氣隙磁密如圖2所示。

        圖2 不同偏心率下的氣隙磁密分布

        為了更好的對比分析不同偏心率下的氣隙磁密,依次對不同偏心率下的磁密波形進行傅里葉分解,得到如圖3所示的各次諧波分布情況。偏心后的奇數(shù)次諧波分布相比于未偏心時的分布,基本變化不大。主要是偶數(shù)次諧波出現(xiàn)增多趨勢。其中,以二次諧波的變化最為明顯。圖4為二次諧波在不同偏心率下的百分比含量。隨著偏心率的加大,二次諧波明顯增多。

        圖3 不同偏心率下的各次諧波

        圖4 不同偏心率下的諧波

        永磁電機在未偏心時,氣隙磁密在空間上相互對稱,主要存在奇數(shù)次諧波。偏心后,偶數(shù)次諧波的增加,將會使電機磁密波形變得更差。表1為不同偏心率下的諧波畸變率,從表中得知。隨著偏心率的增加,電機的諧波畸變率不斷增大。偏心率在75%時,相比于未偏心時的氣隙磁密諧波畸變率增加了3.29%。

        表1 不同偏心率下的氣隙磁密諧波畸變率

        2 空載反電勢

        轉(zhuǎn)子靜態(tài)偏心后,氣隙磁密的改變會對電機空載反電勢有直接影響。空載反電勢直接影響著電機空載電流、功率因數(shù)、空載損耗等電機重要參數(shù)。為此分析轉(zhuǎn)子靜態(tài)偏心對電機反電勢的影響有很大意義。圖5為不同偏心率下的反電勢波形,依次對不同偏心率下的反電勢波形進行傅里葉分解得到表2。由表2可知,隨著偏心率的增大,偏心率為75%時,反電勢僅下降了0.28%,基本認為不變。反電勢不受轉(zhuǎn)子靜態(tài)偏心影響。

        圖5 不同偏心率下的反電勢波形

        表2 不同偏心率下的反電勢諧波畸變率

        3 電機損耗

        通過以上分析可得知,轉(zhuǎn)子偏心后,電機氣隙磁密受到改變。而電機鐵耗直接與電機氣隙磁密相關。圖6為不同偏心距離下的鐵耗仿真對比,從圖中可以看出,隨著偏心距離的增加,電機鐵耗變化不大。 圖7為不同偏心距離下的鐵耗值,偏心距離在1.2mm時,電機鐵耗相比于未偏心時,僅增加了0.9%。電機轉(zhuǎn)子靜態(tài)偏心對電機鐵耗影響不大。

        圖6 不同偏心距離下的鐵耗仿真對比

        圖7 不同偏心距離下的鐵耗值

        圖8為電機在不同偏心距離下的渦流損耗值,電機轉(zhuǎn)子在偏心0.5mm時,相比于轉(zhuǎn)子未偏心時,電機渦流損耗增加了8.3%,電機渦流損耗受轉(zhuǎn)子偏心更為明顯。

        由于電機靜態(tài)偏心后,電機的最小和最大氣隙位置不隨時間改變。在轉(zhuǎn)子的任一點位表面處,都要經(jīng)歷氣隙長度大小的變化。電機主磁通的不斷改變作用在轉(zhuǎn)子表面上,造成渦流損耗的增加。偏心距離的加大,將會加劇主磁通變化,進而造成渦流損耗的進一步增大。

        圖8 不同偏心距離下的渦流損耗

        4 結語

        本文主要介紹了轉(zhuǎn)子靜態(tài)偏心時,電機氣隙磁密的變化趨勢。以及磁密變化后對電機性能參數(shù)的影響。研究結果表明:(1)轉(zhuǎn)子靜態(tài)偏心后,電機氣隙磁密中偶數(shù)次諧波增多,奇數(shù)次基本不變。電機氣隙磁密的波形畸變率增大;(2)轉(zhuǎn)子靜態(tài)偏心對低速大轉(zhuǎn)矩永磁電機反電勢沒有影響;(3)電機轉(zhuǎn)子偏心對電機鐵耗影響不大,對渦流損耗影響較大。

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