笼式异步磁力耦合机转矩核算及机械特性概述

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1、笼式异步磁力耦合机转矩核算及机械特性概述第一章绪论1.1课题研究背景风机、水粟类流体机械在我国广泛应用，据统计正在使用中的设备数量高达1000万台以上，耗电量约占全国发屯量的三分之一⑴。通常情况下，风机、水菜类负载在选择匹配电机时，需选择高于其额定功率的电机以达到顺利启动的目的，这样便造成其长年工作在非额定状态下，因此电机运行效率低下，损耗增大。另外，水果、风机所需的流量及压力均以阀门或风门挡板来调节，大量能源耗损于阀门或风门阻力上，耗能严重。为了节约能源、提高设备效率，工况现场常将风机、水栗与调速装置连接，根据水栗、风机类负载的转矩特性及相似性定率（即流量与转速的一次方成

2、正比，压力与转速的二次方成正比，轴功率与转速的三次方成TF比，通过调速装置取代阀门或风门的调节功能以达到节能的效果。目前调速装置主要有变频调速、滑差电机调速、液力稱合器调速及异步磁力锅合器调速等U变频及滑差电机调速均存在谐波干扰、可靠度低、维护成本高及安全性差等问题，系统运行时震动冲击及噪音明显。液力锅合器在动力机和工作机之间占有较大空间，且以油液作为传递转矩的介质，密封容易坏，出现漏油；另外，组工作机转速较高或较低（如高于7000rpm或低于700rpm)时，液力稱合器需与齿轮箱配套使用，增加了故障点。异步磁力锅合器利用永磁体与导体之间相对转动时所产生的洛仓兹力实现动力机

3、和工作机之间的转矩传递。1.2异步磁力锡合器的研究现状永磁传动技术始于20世纪30年代并随新型永磁材料的研究与应用而发展。美俄勒同州立大学（OregonStateUniversity,OSU)的A.C运行原理分析2.1励磁系统运行原理由于SCAMC励磁系统的旋转磁场切割笼型转子产生感应电流进而传递转矩，因此气隙磁通密度与感应电流是研究SCAMC运行原理的重要参量，只有建立气隙磁通密度的数理模型，分析计算出感应电流随空间相位与电角度的变化规律，才能揭示SCAMC励磁系统与笼型转子的运行原理。由于SCAMC改变了传统永磁体对永磁体、永磁体对导体盘的传动形式，因此目前尚无成熟的理

4、论与技术作为研究基础。为建立SCAMC气隙磁通密度及感应电流的数理模型，本章首先利用等效磁路法阐述了SCAMC励磁结构的磁路特点。利用标量磁位法结合SCAMC二维场边界条件，求出了永磁转子在不同边界条件F的磁场方程。通过求解微分方程，建立了SCAMC气隙磁通密度的数理模型。然后，利用mathIb状汗将建模型编程并给出SCAMC气隙磁通密度的变化规律曲线，不仅避免了有限元分析时间长的赞端，而且直观地反映出SCAMC气隙磁通密度的幅值及波形变化周期。最后，基于SCAMC气隙磁通密度模型，利用电磁感应原理结合等效电路法分析了SCAMC笼型转子的电路结构，并建立了SCAMC感应电流

5、的数理模型。通过有限元法分析了SCAMC感应电流随空间相位及电角度的变化规律，验证了所建模型的正确性。2.2笼型转子感应原理在分析完SCAMC励磁系统产生的气隙磁通密度数理模型后，还需进一步研究SCAMC笼型转子的感应原理，以揭示其传动机理。由定性分析知，SCAMC遵循电磁感应原理，启动瞬间笼型转子静止，永磁转子随电机轴旋转，气隙磁场切割笼条产生感应电流，感应电流与磁场作用进而产生电磁转矩。当电磁转斯大于负载转矩时，笼型转子幵始旋的，并最终以恒定转差率运行。感应电流是连接气隙磁场与电磁转矩的中间变量，对祝示笼型转子感应原理具有重要意义。然而，由于SCAMC笼型转子笼条由端环

6、短接，笼条屮感应电流流向无法准确描述。因此，为建立SCAMC感应电流的波形表达式，需先建立笼型传子的等效电路模型。首先建立SCAMC电柩反应磁动势的表达式，然后利用等效磁路法与能量流动关系，建立SCAMC电磁转矩的数理模型，并以5.5kC样机为例，利用有限元法对计算结果进行验证。由于SCAMC电磁转矩的幅值和波动随磁路结构尺寸而变化，且对传动性能有较大影响。因此本章利用有限元软件分别分析出SCAMC电磁转矩幅值随永磁体充磁长度、径向宽度、轴向抽拉长度的变化曲线及电磁转矩波动随笼型转子内孔半径的变化曲线，为优化磁路结构提供了依据。最后，利用能量法建立了SCAMC齿槽转矩的数理

7、模型，并通过永磁体极对数P与笼型转子槽数Z的配比关系来优化磁路结构，给出了减小SCAMCIE磁转矩波动的方法。第三章SCAMC电磁转矩分析........223.1电磁转矩数理模型........223.1.1电枢反应磁动势表达式........223.1.2电磁转矩表达式........263.1.3数值计算与验证........303.2电磁转矩影响因素分析........333.2.1永磁体尺寸影响........333.2.2内孔尺寸影响........353.2.3齿槽转矩影响........38本章小结