高性能化纤用两极永磁同步电动机的设计研究
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摘要
本文围绕高性能两极化纤电机的设计研究开展工作，取得了具有一定学术水平和工程实用价值的成果。概况起来，本文所做的工作主要包括以下几个部分：
第一部分对异步起动永磁同步电动机的各项转矩进行了深入系统的研究，重点是对最小转矩和牵入转矩的研究，分析了电机各种参数对各项转矩的影响规律。
第二部分针对化纤电机的设计特点，编制了适合化纤电机设计的电磁设计CAD软件。
第三部分深入的研究了电机主要设计参数对起动性能的影响，结合两极化纤电机的设计特点，总结出了两极化纤电机主要设计参数的设计准则。
第四部分建立了异步起动永磁同步电机基于PARK方程的数学模型，编制了电机起动过程的仿真软件，对电机的起动过程进行了仿真研究。
第五部分设计开发了一台高性能的两极化纤电机。在转子结构设计中采用了一种新颖的开、闭口槽相结合的形式，运用电磁场软件对这种结构与传统的全开口槽和全闭口槽进行了对比研究。
最后对样机进行了各项性能的试验，试验结果表明，样机的起动性能能够满足生产实际的要求，而电机的效率和功率因数较企业标准均有了很大的提高。
This paper is carried out around the development of high performance two-pole chemical fiber electric motor which possesses wide market prospect in chemical fiber trade, and gains series of results which have certain academic level and engineering practical worth. This paper consist of six parts:
Torque components of line start permanent magnet synchronous motor (LSPMSM) are studied deeply, especially the motor's minimum torque and pull-in torque during the starting process. The influence of motor's parameter on torque components is analyzed.
According to the design features of chemical fiber electric motor, computer-aided design software which is suitable for chemical fiber electric motor design is developed.
The influence of the motor's design parameters on starting performance is deeply contrasted. Based on the two-pole chemical fiber electric motor design features, the design rules of high performance two-pole chemical electric motor is given.
The digital simulation model of LSPMSM based on the PARK equation is given and the simulation software of LSPMSM's starting process is developed. The starting process of LSPMSM is studied through simulation.
A high performance two-pole chemical fiber electric motor is developed. During this design a new kind of rotor structure with closed slots and opened slots is adopted. Analysis and contrast of this new structure have been done by electromagnetic method.
The prototype test has been done. Test results show the prototype's starting performance can meet the require of production, and efficiency and power factor contrast to factory standard have been enhanced greatly.
第一部分对异步起动永磁同步电动机的各项转矩进行了深入系统的研究，重点是对最小转矩和牵入转矩的研究，分析了电机各种参数对各项转矩的影响规律。
第二部分针对化纤电机的设计特点，编制了适合化纤电机设计的电磁设计CAD软件。
第三部分深入的研究了电机主要设计参数对起动性能的影响，结合两极化纤电机的设计特点，总结出了两极化纤电机主要设计参数的设计准则。
第四部分建立了异步起动永磁同步电机基于PARK方程的数学模型，编制了电机起动过程的仿真软件，对电机的起动过程进行了仿真研究。
第五部分设计开发了一台高性能的两极化纤电机。在转子结构设计中采用了一种新颖的开、闭口槽相结合的形式，运用电磁场软件对这种结构与传统的全开口槽和全闭口槽进行了对比研究。
最后对样机进行了各项性能的试验，试验结果表明，样机的起动性能能够满足生产实际的要求，而电机的效率和功率因数较企业标准均有了很大的提高。
This paper is carried out around the development of high performance two-pole chemical fiber electric motor which possesses wide market prospect in chemical fiber trade, and gains series of results which have certain academic level and engineering practical worth. This paper consist of six parts:
Torque components of line start permanent magnet synchronous motor (LSPMSM) are studied deeply, especially the motor's minimum torque and pull-in torque during the starting process. The influence of motor's parameter on torque components is analyzed.
According to the design features of chemical fiber electric motor, computer-aided design software which is suitable for chemical fiber electric motor design is developed.
The influence of the motor's design parameters on starting performance is deeply contrasted. Based on the two-pole chemical fiber electric motor design features, the design rules of high performance two-pole chemical electric motor is given.
The digital simulation model of LSPMSM based on the PARK equation is given and the simulation software of LSPMSM's starting process is developed. The starting process of LSPMSM is studied through simulation.
A high performance two-pole chemical fiber electric motor is developed. During this design a new kind of rotor structure with closed slots and opened slots is adopted. Analysis and contrast of this new structure have been done by electromagnetic method.
The prototype test has been done. Test results show the prototype's starting performance can meet the require of production, and efficiency and power factor contrast to factory standard have been enhanced greatly.
引文
[1] 张燕宾．纤维机械的变频调速．变频器世界，2001(2)：42～47
[2] 吕新．变频调速系统在涤纶纺丝机上的应用．现代纺织技术，2003，11(2)：7～9
[3] 吴广明．国产永磁同步电动机在年产7.5万吨长丝项目中的应用．纺织电气，1997(2)：20～23
[4] 郭月样，陈瑞琪．化纤的发展趋势及其对化纤机械的要求．现代纺织技术，2000，8(4)：39～41
[5] 吴东升．我国化纤机械的发展的回顾与展望．纺织机械，2002(6)：3～5
[6] 宫内圭二，直树茂．合成纤维机械的现状与将来——高速卷绕机和高速拉伸假捻机．合成纤维，1998(6)：22～24
[7] 王玉萍．国产化纤机械的新水平——中纺院机械厂研发的高速卷绕头．纺织导报，2002(4)：41～42
[8] 武斐．专题报告，西德西门子永磁同步电动机实验分析及对我厂FTY系列永磁同步电动机改型的建议．渭南纺织机械厂，1980．11
[9] 武斐．化纤永磁同步电动机研究．1987年全国稀土永磁电机学术交流会论文集．1987
[10] 沈阳工业大学特种电机研究所．高效高牵入同步能力钕铁硼永磁同步电动机及其关键技术研究报告．2000．10
[11] R.Linn.Gleghom etc. Synchronous Machine Rotor Anination. United States Patent. 4,99,22,152. 1990.4.1
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[14] M. Rahman, A. Osheiba, T. Radwan. Synchronization process of line-start permanent magnet synchronous motor. Electric Machines and Power Systems, 1997(25), pp 577-592.
[15] T. Senjyu, K. Uezato. Pull-in criterion for reluctance motors determined by Lyapunov method. Electric Machines and Power Systems, 1998(26), pp 331-345
[16] L.Lefevre, J. Soulard, H.-P. Nee. Design Procedure for Line-Start Permanent Magnet Motors. Proc. IEEE Nordic Workshop on Power and Industrial Electronics, NORpie 2000,Aalborg, Denmark, June 2000, pp. 261-265
[17] V.B.Honsinger. Permanent magnet machines: asynchronous operation. IEEE Trans on Power Apparatus and Systems, 1980,99(4), pp.1503-1509
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[21] 姚有光，陈鸣．永磁同步电动机的起动．合肥工业大学学报(自然科学版)，1994，17(2)：66～72
[22] 励鹤鸣．三相永磁同步电动机起动性能分析．微特电机，1995(1)：2～5
[23] 窦满峰．稀土永磁同步电动机起动过程的分析及仿真．稀土永磁电机理论与应用，1991
[24] 许实章．电机学．北京：机械工业出版社，1995
[25] 程福秀，枕金铭．现代电机设计．北京：机械工业出版社，1993．5
[26] 陈世坤．电机设计．北京：机械工业出版社，1997．7
[27] 唐任远等．现代永磁电机—理论与设计．北京：机械工业出版社，1997
[28] 韩洪刚．化纤用永磁同步电动机牵入性能的分析和设计研究．沈阳工业大学硕士学位论文．1998．5
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[30] 彭国伦．Fortran95程序设计．北京：中国电力出版社，2002．9
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[32] 米春亭等．永磁同步电动机空载电势最佳取值问题研究．西北工业大学学报，1994，12(1)：79～83
[33] 邹景详，曹荣昌．永磁同步电动机起动过程的计算机仿真．中小型电机，1995，22(1)：7～12
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[36] 王群京．稀土钕铁硼永磁同步电动机的设计理论及计算机仿真．合肥：中国科学技术大学出版社，1997．10
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[38] 孙亮．MATLAB语言与控制系统仿真．北京：北京工业大学出版社．2001．3
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[44] 陈精一，蔡国忠．电脑辅助工程分析ANSYS使用指南．北京：中国铁道出版社，2001．4
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