低速大转矩永磁同步电动机设计

合集下载

低速大扭矩交流变频电动机直驱转盘系统

低速大扭矩交流变频电动机直驱转盘系统

低速大扭矩交流变频电动机直驱转盘系统摘要:鉴于传统的钻机转盘已不能满足各类新型钻井工艺要求的状况,研制了一种新型直驱转盘系统。

该系统采用新研制的低速大扭矩交流变频电动机代替常规电驱动转盘的高速电动机,省去了大型减速箱这一中间传动机构,减少了中间的故障点,提高了传动效率,同时也更加方便转盘的维护与保养。

关键词:低速大扭矩,电动机引言转盘系统在钻井过程中起着非常重要的作用。

近年来,随着石油勘探开发工作的发展,钻井难度不断增加,钻遇地层日益复杂,石油勘探正在向更深的海域和陆地深处进行钻井,新型钻井工艺及特殊油气层开采需要发展的水平井、定向井和超深井等特殊钻井工艺技术不断出现,对转盘设备的性能提出了更高要求,也使得钻井转盘必须突破传统结构形式,以满足各类钻井工艺的要求一、低速大扭矩永磁同步变频电机主要性能优势永磁电机效率和功率因数高,节能效果显著。

永磁电机与异步电动机效率与功率因数与负载率之间的特性相比,具有明显的优越性,取消了机械装备的中间环节,提高了传动链效率。

去齿轮化,改变了原来机械装备的传动模式。

将永磁电动机与机械负载直接相连,消除了低速大转矩传动系统中的电机与机械负载之间的各个传动环节,大幅度简化了机械装备的传动链。

噪音小,无污染,免维护。

取消了减速机、液力耦合器等故障率高的机械装置,节省了日常维护费用、润滑费用及所耽搁的工作时间。

低速大扭矩直驱电机专用永磁同步变频电动机是拥有自主知识产权的新型转子结构及水冷定子结构实现变频起动同步运行的永磁电动机,兼有感应电动机和电励磁同步电动机特点。

针对原电机配套老式YR电机市场淘汰及效率低、功率因数偏低等缺点所开发的新型电动机,转子采用内嵌入稀土永磁材料实心结构,变频起动,运行时由转子永磁体提供磁场结合定子旋转磁场持电动机同步运行。

哲能效益。

有功节电量考核回报率是节能效果的一种最直观的体现,但更换永磁在改善功率因数、降低电网线路损耗无功补偿等方面意义重大。

永磁同步电机的转矩直接控制

永磁同步电机的转矩直接控制

永磁同步电机的转矩直接控制一、本文概述本文旨在探讨永磁同步电机(PMSM)的转矩直接控制策略。

永磁同步电机作为现代电力传动系统中的核心组件,具有高效率、高功率密度和优良的控制性能。

转矩直接控制作为一种先进的电机控制技术,能够实现对电机转矩的快速、精确控制,从而提高电机系统的动态响应性能和稳定性。

本文首先将对永磁同步电机的基本结构和原理进行简要介绍,为后续转矩直接控制策略的研究奠定基础。

随后,将详细阐述转矩直接控制的基本原理和实现方法,包括转矩计算、控制器设计和优化等方面。

在此基础上,本文将重点分析转矩直接控制在永磁同步电机中的应用,探讨其在实际运行中的优势和局限性。

本文还将对转矩直接控制策略的性能进行仿真和实验研究,评估其在不同工况下的控制效果。

通过对比分析,本文将提出改进和优化转矩直接控制策略的方法,以提高永磁同步电机的控制性能和运行效率。

本文将对转矩直接控制在永磁同步电机中的应用前景进行展望,探讨其在新能源汽车、工业自动化等领域的发展潜力。

本文的研究成果将为永磁同步电机的转矩直接控制提供理论支持和实践指导,推动其在现代电力传动系统中的广泛应用。

二、永磁同步电机的基本原理永磁同步电机(PMSM)是一种特殊的同步电机,其磁场源由永磁体提供,无需外部电源供电。

PMSM利用磁场相互作用产生转矩,从而实现电机的旋转运动。

PMSM的定子部分与常规电机相似,由三相绕组构成,用于产生电磁场。

而转子部分则装有永磁体,这些永磁体产生的磁场与定子绕组的电磁场相互作用,产生转矩。

PMSM的转矩大小和方向取决于定子电流的大小、方向以及永磁体与定子绕组磁场之间的相对位置。

PMSM的控制主要依赖于对定子电流的控制。

通过改变定子电流的大小、频率和相位,可以实现对PMSM转矩和转速的精确控制。

与传统的感应电机相比,PMSM具有更高的转矩密度和效率,以及更低的维护成本。

PMSM的工作原理基于法拉第电磁感应定律和安培环路定律。

当定子绕组通电时,会产生一个旋转磁场,这个磁场与转子上的永磁体磁场相互作用,产生转矩。

自起动低速大转矩永磁同步电动机的设计分析

自起动低速大转矩永磁同步电动机的设计分析

动力与电气工程随着科学技术的发展,越来越多的场合需要用到低速大转矩的驱动装置,普通电机转速较高,在日常应用中需辅助一定的减速机构,这既降低了效率,又造成设备上的浪费。

文献[5]提出根据pn=60f,在频率确定情况下,增加电机的极对数可大幅度地降低转速,同时输出较大转矩,这种电机可用于低速直接传动,能够省齿轮箱等笨重的减速机构,因此具有很好的应用前景。

本文提出的多极永磁同步电动机,在极对数数倍于普通电机的情况下,铁芯槽数并不提高太多,与极数接近,提高了电机的单位体积出力。

从文献[1]可知本电机的结构和设计方法均与传统电机有很多不同之处,与传统的永磁同步电动机相比,其显著的特点有:多极的磁路安排,绕组分配特殊;电机重量减轻,电机体积小,具有高功率密度(单位体积所产生的转矩大);具有自起动能力。

文章给出了设计方案,介绍了该电机的结构,然后给出了电机时步有限元仿真结果,并对仿真结果进行一定的分析研究,最后提出了设计的不足之处和需要改进的地方。

1 电机的基本设计方案1.1模型机规格此电机的极数为30,定子槽数为36,由于极槽数接近,与传统交流电机的一个极下有3相绕组的结构形式有较大差别,每极每相槽数为分数,即2/5。

电机永磁体嵌放于转子侧,采用内置切向式结构。

电机的主要尺寸是依照Y400-6系列电机的规格作为参考确定的。

永磁同步电动机为减小过大的杂散损耗,降低电动机的振动与噪声和便于电动机的装配,其气隙长度?一般要比同规格的感应电动机的气隙大。

所以此电机选用气隙时选了一个较大的值。

电机规格详细参数如下。

功 率:315kW 额定相电压:380V 额定频率:50Hz 额定转速:200r/min 额定转矩:1.504×104N ·m 定子外径:63cm 定子内径:49cm 气隙长度:0.25cm 转子外径:48.5cm 转子内径:20cm每槽导体数:24磁钢矫顽力:880kA/m 定子铁芯长:80cm 电机定子铁心材料:DW470-50硅钢片1.2电机主要参数依照《电机设计》中路的方法对电机进行初步设计[3],然后进行了程序编制,利用程序计算出有限元仿真时所用到的一些主要参数,计算结果如表1所示。

(完整)调速永磁同步电动机的电磁设计与磁场分析

(完整)调速永磁同步电动机的电磁设计与磁场分析

调速永磁同步电动机的电磁设计与磁场分析1 引言与传统的电励磁电机相比,永磁同步电动机具有结构简单,运行稳定;功率密度大;损耗小,效率高;电机形状和尺寸灵活多变等显著优点,因此在航空航天、国防、工农业生产和日常生活等各个领域得到了越来越广泛的应用。

随着电力电子技术的迅速发展以及器件价格的不断下降,越来越多的直流电动机调速系统被由变频电源和交流电动机组成的交流调速系统所取代,变频调速永磁同步电动机也应运而生。

变频调速永磁同步电动机可分为两类,一类是反电动势波形和供电电流波形都是理想矩形波(实际为梯形波)的无刷直流电动机,另一类是两种波形都是正弦波的一般意义上的永磁同步电动机。

这类电机通常由变频器频率的逐步升高来起动,在转子上可以不用设置起动绕组。

本文使用Ansoft Maxwell 软件中的RMxprt 模块进行了一种调速永磁同步电动机的电磁设计,并对电机进行了性能和参数的计算,然后将其导入到Maxwell 2D 中建立了二维有限元仿真模型,并在此模型的基础上对电机的基本特性进行了瞬态特性分析。

2 调速永磁同步电动机的电磁设计2.1 额定数据和技术要求调速永磁同步电动机的电磁设计主要包括主要尺寸和气隙长度的确定、定子冲片设计、定子绕组的设计、永磁体的设计等.通过改变电机的各个参数来提高永磁同步电动机的效率η、功率因数cos ϕ、起动转矩st T 和最大转矩max T .本例所设计永磁同步电动机的额定数据及其性能指标如下:计算额定数据:(1) 额定相电压:N 220V U U ==(2) 额定相电流:3N N N N N1050.9A cos P I mU ηϕ⨯== (3) 同步转速:160=1000r /min f n p= (4) 额定转矩:3N N 19.5510286.5N m P T n ⨯== 2.2 主要尺寸和气隙长度的确定永磁电机的主要尺寸包括定子内径和定子铁心有效长度,它们可由如下公式估算得到:2i11P D L C n '= N N N cos E K P P ηϕ'=, 6.1p Nm dp C K K AB δα=' 式中,i1D 为定子内径,L 为定子铁心长度,P '为计算功率,C 为电机常数。

永磁同步电机在低速下运行的研究

永磁同步电机在低速下运行的研究

永磁同步电机在低速下运行的研究摘要:永磁同步电机一般在高速运转时,转速平稳,波动小,但在低速运行时会产生很大转矩波动,本文以电梯中使用的永磁同步电机为例,详细介绍和分析了无齿轮低速永磁同步电动机(以下简称PMSM) 产生转矩波动的原因和消除转矩波动的种种对策。

关键词:低速永磁同步电动机;电梯;纹波转矩;齿槽转矩电力电子技术、钕铁硼永磁材料,以及具有快速运算能力的信号处理器DSP 的发展,为永磁同步电动机带来新的契机。

现代电梯所用的低速无齿轮永磁同步电动机就是一种新的曳引技术。

转子上的位置传感器,实时给出转子位置信息,在专用变频器供电下,始终实时控制定子电流综合矢量在q 轴上,从而使PMSM获得与直流电动机一样优良的转矩特性。

为了获得准确的平层精度,电动机必须在极低的转速甚至接近零转速时,保持运转平稳,且振动小,噪声低。

低速平稳性是宽调速永磁同步电动机一个重要的技术指标,因此对电动机设计带来严格要求。

1.PMSM谐波转矩产生的原因本设计是针对现代高性能电梯开展的,因此对电梯的平层精度、对乘客的舒适感、对减小驱动电机的振动和噪声,尤其对低速甚至在接近零转速时驱动电机运转的平稳性均有高的要求。

为此,必须尽可能减小转矩的脉动。

为产生恒定转矩,PMSM的感应电动势和电流应为正弦波。

但在实际电动机中,永磁转子的励磁磁场或定子绕组的空间分布都不是理想的正弦波,此外给定子供电的变频装置,虽已采用了快速电流跟踪控制技术,尽可能跟踪正弦波,但定子电流还不免含有高次谐波。

因感应电势和定子电流波形畸变所产生的谐波转矩称为纹波转矩。

而因定子齿槽的存在引起的脉动转矩,称为齿槽转矩。

以下分析上述两种谐波转矩产生的原因并讨论减小谐波转矩的措施。

1. 1 纹波转矩产生的原因以下定量分析磁场定向控制PMSM的纹波转矩。

假定:(1) 磁路不饱和,忽略交轴电枢反应的影响;(2) 不考虑转子永磁钢和转子铁心的阻尼效应;(3) 定子绕组三相对称,连接型式为Y型无中线,定子电流中不含3 次和3 次倍数的谐波,定子电流中亦不含偶次谐波。

永磁无刷EPS电机设计刘敏1孙江2

永磁无刷EPS电机设计刘敏1孙江2

永磁无刷EPS电机设计刘敏*1 孙江2发布时间:2023-05-27T08:16:48.107Z 来源:《工程管理前沿》2023年6期作者:刘敏*1 孙江2[导读] 汽车蓄电池电压为直流电压12V,决定了EPS无刷电机的工作电压是12V,确定了电流,电机的输入功率就确定了,之后确定EPS无刷电机其它参数,本设计方法以电机相电流为切入点和起始点,抓住EPS无刷电机主要矛盾,设计路线就比较清晰。

设计过程比较简单耗用时间较短。

1.贵州航天林泉电机有限公司苏州公公司江苏省苏州市 2150112.贵州航天林泉电机有限公司苏州公公司江苏省苏州市 215011摘要:汽车蓄电池电压为直流电压12V,决定了EPS无刷电机的工作电压是12V,确定了电流,电机的输入功率就确定了,之后确定EPS无刷电机其它参数,本设计方法以电机相电流为切入点和起始点,抓住EPS无刷电机主要矛盾,设计路线就比较清晰。

设计过程比较简单耗用时间较短。

关键词:汽车蓄电池;EPS无刷电机;电机设计;电机相电流随着节能减排和微电子技术的发展,车载电子助力转向系统(EPS)取代了传统液压转向系统的技术在过去20年间得到飞速的发展[1-2]。

目前国内,有刷电机在EPS电子助力系统上已经大批量配套,以德昌电机、凯宇电器、派尔福为代表的有刷EPS电机生产商,具备非常成熟的设计和制造能力[3-4]。

但是,有刷EPS电机本身的转矩转速特性注定了其在满足最大助力能力需求的条件下,很难去兼顾高速时候的响应性能,同时电机本身的扭矩常数偏低,受限于车上安装空间限制也导致它无法很好的应对包括B级及以上的乘用车领域的EPS系统[5-6]。

近年来,随着自动驾驶技术的日新月异,具有高可控性,快速响应能力的永磁无刷电机成为现代电子助力转向系统的首选电机[7-8]。

1 无刷EPS电机的结构及工作原理1.1 无刷EPS电机的结构无刷EPS电机的结构选择,不仅关系到电机的性能,而且还关系到整个EPS系统的性能是否最优,安装强度和寿命能否覆盖汽车的整个生命周期。

低速大转矩永磁同步电机及其控制系统共3篇

低速大转矩永磁同步电机及其控制系统共3篇

低速大转矩永磁同步电机及其控制系统共3篇低速大转矩永磁同步电机及其控制系统1低速大转矩永磁同步电机及其控制系统永磁同步电机是一种磁铁固定的电机,在工业生产中应用广泛。

低速大转矩永磁同步电机是其中一种,在许多应用场合广受欢迎。

本文将介绍低速大转矩永磁同步电机及其控制系统的工作原理、特点以及在不同领域的应用。

一、低速大转矩永磁同步电机的工作原理低速大转矩永磁同步电机是一种基于磁场共振原理来实现转矩输出的电机,其结构包括永磁体、定子和转子。

永磁体固定在定子上,输送直流电流产生轴向磁场,而定子上的绕组产生旋转磁场。

转子上的磁场与旋转磁场相互合作,使得转子受到的转矩最大化。

由于磁场共振效应,使得低速大转矩永磁同步电机在稳态运行时,能够产生更大的转矩输出,同时保持较高的效率。

二、低速大转矩永磁同步电机的特点1.具有高效率和高功率因数。

低速大转矩永磁同步电机的效率可以达到80%以上,功率因数可以接近1。

2.具有高精度和高性能。

低速大转矩永磁同步电机的转矩输出和转速能够实时控制,可以满足不同领域下的高性能和高精度要求。

3.工作稳定、可靠性高。

低速大转矩永磁同步电机适用于长期持续运转,并且不需要额外的机械结构来保证稳定性。

三、低速大转矩永磁同步电机的控制系统低速大转矩永磁同步电机的控制系统需要实现对转速、转矩和位置等参数的控制。

传统的控制方法包括PID控制、模型预测控制等,但是由于低速大转矩永磁同步电机的特殊性质,需要采用更加先进的控制方法。

现在广泛使用的控制方法有:磁场定向控制和磁场调制控制。

磁场定向控制是通过控制不同轴的磁场来实现对电机的转速和位置的控制。

磁场调制控制则是通过在电机不同部分施加不同频率的磁场以达到控制转速和转矩的效果。

四、低速大转矩永磁同步电机的应用由于其高效率、精度和稳定性,低速大转矩永磁同步电机在很多领域都得到了广泛应用。

在机床上,低速大转矩永磁同步电机可以带动机床的主轴,实现高精度和高速度的金属加工。

永磁同步电动机齿槽转矩的补偿方法

永磁同步电动机齿槽转矩的补偿方法

永磁同步电动机(PMSM)的齿槽转矩(Cogging Torque)是由于定子和转子齿槽结构之间的相互作用导致的一种非线性力矩,它在电机旋转过程中会引起周期性的扭矩波动,对电机平稳运行、低速性能及定位精度造成影响。

以下是一些常见的补偿方法:
1. 设计优化:
- 改变齿槽形状:通过采用斜槽、不等分槽或错齿技术来改变定子和转子槽的几何形状,减少齿槽效应产生的均匀间隔的磁场分布。

- 调整极槽配合:例如使用斜极技术,使得磁极与槽之间不对齐,从而分散齿槽转矩峰值。

2. 磁极弧度修正:
- 磁极弧度的微小变化可以减小齿槽转矩,通过精确计算和制造工艺实现磁极形状的小幅修正。

3. 电气补偿:
- 注入反向电流:通过控制算法,在电机运行时向定子绕组注入特定的反向电流,以抵消齿槽转矩的影响。

- 磁场定向控制系统中的补偿算法:在高级矢量控
制中,利用观测器或模型预测控制器(MPC)估计并实时补偿齿槽转矩。

4. 机械补偿:
- 转子或定子结构上的机械预加载,虽然这种方法不常见且实施复杂,但在某些特殊应用中可能会用到。

5. 软件补偿:
- 在伺服驱动器的控制软件中加入齿槽转矩补偿算法,根据电机特性和实际测量数据进行动态补偿。

6. 材料和制造改进:
- 使用高磁导率材料或者优化铁芯叠片的厚度和绝缘涂层,减少气隙不均匀性。

现代电机控制技术通常结合多种方法共同作用,以有效降低永磁同步电动机的齿槽转矩,并提高其整体性能。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

和功率因数特性 , 有着异步电机无法比拟的优势。 低速 大转 矩永 磁 同步 电动机 为 取 消 减 速机 , 实现 低速大转矩直驱提供可能性。低速大转矩永磁同 步 电动 机 设计 的关键 是消 除 各种谐 波 引起 的转 矩 脉动¨ 。本文研究低速大转矩永磁同步电动机设 j 计的一般方法 , 并讨论如何消除 各种谐波引起的
s ac e e rh d.I r e oe i n t oq e f cu to tlw p e n od rt l mi aetr u u t ain a o s e d,t e me s rss c sfa t n l l h a u e u h a rci a o
Ab t a t Co i g wi 5 W ie td ie P S frold a ump a p iain,au sr c mb n t a 1 k drc — rv M M o i r wn p h - p lc to — n v ra to fd sg i glw-p e ih tr u M S a d i o rltv r be r e ies lmeh d o e in n o s e d h g -o q e P M n t c reaie p o lmswe e r・ s -
摘 要 结合 一台 1k 抽油机用直驱式永磁 同步 电动机 , 5W 研究了低速 大转矩永 磁 同步 电动 机 的一般 设计方法和相 关 问题 ; 消除低 速时 的转 矩脉动 , 用了分 数槽 绕组 、 为 采 合理 设计 极弧 系 数、 定子斜槽等措施 ; A sf软件对气隙磁密波形 、 用 no t 磁场 分布 、 反电动势波形 的仿真结 果表明 , 这 些措施可以有效消除气隙磁场的高次 谐波 , 而消除 低速时 的转矩脉 动 ; 进 实际样 机的 工作特性 曲 线及反电势波形表明的设计方法是正确有效 的。 关键词 低速大转矩 ; 永磁 同步 电动机 ;直驱 ; 转矩脉动
爆 晓机
( PO IN P O FEE TI M C IE E L S —R O LCRC A HN ) X O
第 6 1 第1 42 第期 卷( 4期) 01 6 总 1 年
低速大转矩永磁 同步 电动机设计
李建 东
大连 伯 顿冠 力 电机 有 限公 司 , 宁大连 ( 103 辽 164 )
Ke r s y wo d L w—p e ih- r u P S ; ie td ie;o q efu t ain o s e d h g t q e; M M dr c rv tr u cu t o l o
0 引言
低速 大 转 矩 驱 动 系 统 一 般 指 转 速 低 于 5 0 mn 传递 力矩 大于 50 m 的驱 动 系统。 0 r i, / 0 N・ 它广 泛应 用于 各工 业 领 域 中 , 比如 机 床 、 山 、 矿 油 田、 冶金 、 化工 、 电力、 பைடு நூலகம்、 起 电梯等领域。因此对 此类 驱动 系统 的研 究和 改进 具有 十分 重要 的应 用 价 值和 现 实意 义 , 到科 研人 员 的高度 重视 。 受 由于异步电动初在极数较多时 , 电流 占比 励磁 例 很大 , 因此空载 电流很大 , 率和功 率 因数 很低 。 效 长期以来, 普遍使用的异步电动机大 多为 1 0极以 下。长期以来人们 为了降低转速 、 大转矩 以及 增 增加 转矩/ 量比 , 惯 在传 动装 置 中 引入 了机 械减 速
中图分类号 :M33 文献标识码 : 文章编号 :0 87 8 (0 1 0 -090 T 1 A 10 -2 1 2 1 )40 1-4
De i n o w- p e g To q sg fLo S e d Hi h- r ue PM S M
L Ja d n in o g
so n i g ,o tmie oa r o f c e ta d s e sao ltwe e a o td i e in. T e ltwi d n s p i z d p lra c c e in n k w tt rso r d pe n d sg i h
wa eom farg p ma n tcfed,d srb to fma n t il n v fr o a k ee to v fr o i-a g ei il it u in o g ei fed a d wa eo m fb c lcr — i c moie fr ewe esmuae yAn o ot r .Th i lt n rs l n iae ta h s a - tv oc r i ltd b sf s f l wa e e smu ai e ut i dc t h t e eme s o s t u e a efciey lmi ae h g — r e a mo i i i-a ma n tc i l tus ei n t rs c n f t l ei n t ih o d r h r nc n arg p e v g ei f d, h lmiae e tr u u tain a o s e d.Acu lp ooy e Sc r eo efr n ec aa trsisa d wa e oq ef cu to tlw p e l t a rttp u v fp roma c h r ce t n v — i c fr fb c lcrmoiefr e s o t a h ein meh d p o o e sc re ta d ef cie o o a k ee to t o c h w h tt e d sg t o rp s d i o rc n f t . m v e v
相关文档
最新文档