（电机与电器专业论文）单相高效电动机的研究.pdf

单相高效电动机的研究 t h er e s e a r c ho fs i n g p h a s eh i g h e f f i c i e n c ym o t o r a b s t r a c t t h i sp a p e ri sm a i n l ya b o u th i g he f f i c i e n ts i n g l ep h a m o t o r , i n c l u d i n gh i g he f f i c i e n t s i n g l ep h a s ei n d u c t i o nm o t o ra n ds i n g l ep h a s ep e r m a n e n t - m a g n e ts y n c h r o n o u sm o t o r t h e d e t a i l sa r ea sf o l l o w s ： f i r s t ，h i g he f f i c i e n ts i n g l ep h a s em o t o ri ss t u d i e d t h el o s so fs i n g l ep h a s ei n d u c t i o n m o t o ri sa n a l y z e d ，c o n s i d e r i n gt h a tt h ec o p p e rl o s so fs i n g l ep h a s ei n d u c t i o nm o t o ri sh i g h , a n e ww i n d i n g ，w h i c hi sd i f f e r e n tw i t hs i n u s o i d a lw i n d i n g ，i sa d o p t e d ，t h ep r i n c i p l eo f t h en e w w i n d i n gi sg e n e r a l i z e d ，t h er a t eo fs l o tf u l lo ft h ee l e c t r i cm a c h i n ew h i c ha d o p t st h en e w w i n d i n gi si n c r e a s e d , a n dt h ec o p p e rl o s si sd e c r e a s e de f f i c i e n t l y t h ea i r s p a c eh a r m o n i c m a g n e t o - m o t i v ep o t e n t i a lo f t h ee l e c t r i cm a c h i n ew h i c ha d o p t st h en e ww i n d i n ga n dt h et o o t h h a r m o n i co f e l e c t r i cm a c h i n ea r ea n a l y z e d t h es y m m e t r i co p e r a t i o no f t h ed o u b l ev a l u ec a p a c i t o rs i n g l ep h a s ei n d u c t i o nm o t o r , t h e t u r n sr a t i oo fm a i np h a s ew i n d i n gt ot h ea u x i l i a r yp h a s ew i n d i n g ，t h ev a l u eo f c a p a c i t o r - s t a r t a n dc a p a c i t o r - r u n ，a n dt h ei n f l u e n c eo nt h ee f f i c i e n c yo fe l e c t r i cm a c h i n ew h e nt h er u n n i n g c a p a c i t o ra n dt h et u r n sr a t i oa r ea d j u s t e d , a r ea n a l y z e di nt h i sp a p e r i nt h ee n d c a ds o f t w a r e i sf i n i s h e da c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so f t h es i n g l ep h a s ei n d u c t i o nm o t o r s e c o n d l y ，t h es i n g l ep h a s ep e r m a n e n t - m a g n e ts y n c h r o n o u sm o t o r i ss t u d i e d t h e m a g n e t i cc i r c u i to ft h es i n g l ep h a s ep e r m a n e n t - m a g n e tm o t o ri ss e l e c t e d t h ep o i n to ft h i s p a p e ri st h er e s e a r c hi n t h el o a dc h a r a c t e r i s t i co ft h es i n g l ep h a s ep e r m a n e n t - m a g n e t s y n c h r o n o u sm o t o r t h ev a r i a b l e so fe l e c t r i cm a c h i n ea r ec h a n g e di n t op o s i t i v e - o r d e r c o m p o n e n t a n dn e g a t i v e - o r d e rc o m p o n e n tb yc h a n g i n gt h e w i n d i n g s a n dt h e w e i i g h c o m p o n e n t ，a n dt h e nt h ep o s i t i v e - o r d e rc o m p o n e n ti sd e c o m p o s e dt od q - a x i sc o m p o n e n ta n d t h el o a dc h a r a c t e r i s t i co fe l e c t r i cm a c h i n ei sc a l c u l a t e da n dt h ev o l t a g ei t e r a t i o nf l o w c h a r ti s a c c o m p l i s h e d t h ep r o p e r t yo f d - a x i sa r m a t r r er e a c t i o no f t h ee l e c t r i cm a c h i n ei sa n a l y z e d f i n a l l y ，p r o t o t y p e so ft h i st w ok i n d so fe l e c t r i cm a c h i n ea r ed e s i g n e da n dt h ed e t a i l e d e x p e r i m e n t sa r ec a r r i e do u la f a rg e n e r a l i z i n gt h ee x p e r i e n c et h ed e v e l o p m e n ta n dt h e e x p e r i m e n t so ft h es i n g l ep h a s em o t o r t h ep e r f o r m a n c ei n d e x e so ft h ee l e c t r i cm a c h i n e s h a v er e a c h e dt h ep r o s p e c t i v er e q u i r e m e n t s ，t h ee f f i c i e n c yo ft h et h es i n g l ep h a s ei n d u c t i o n l i 沈日| ：业人学硕十学何论文 m o t o ri s6 7 4 a n dt h ee f f i c i e n c yo ft h es i n g l ep h a s ep e m a a n e n t m a g n e ts y n c h r o n o u sm o t o r i s7 6 6 a n dt h ee x p e r i m e n t sr e s u l t sa r gp r e s e n t e di n t h i sp a p e ra n da r ec o m p a r e dw i t l l c o m m o ni n d u c t i o nm o t o r k e yw o r d s ：h i g he f f i c i e n t ，s i n g l ep h a s em o t o r ，n e wt y p e o f w i n d i n g ， p e r m a n e n t - m a g n e t ，h a r m o n i ca r i a 睁s i s 独创性说明 本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得 沈阳工业大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同 工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表 示了谢意。 关于论文使用授权的说明 本人完全了解沈阳工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公 布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文。 ( 保密的论文在解密后应遵循此规定) 签名：逝盘宣导师签名：耄! 墨垒日期： 沈阳工业大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 课题的背景和意义 近几年，全国上下用电告紧告急。据专家测算，中国从2 0 0 0 年开始至今的6 年中， 电力短缺造成的直接和间接经济损失己超过l 万亿人民币。在中国需要加快建设电站的 同时，更应提高能源的利用效率，特别是在工业领域，以控制电力需求的持续增长。在 我国，电动机的用电量已经占到社会总用电量一半以上，而在居民用电中这一比例办高 达四分之一。有鉴于此，电动机的效率问题继续受到各方的更大关注。就电能到机械能 转换而言，大多数电动机的效率较低，而这意味着它们浪费了大量的能量，以发热的形 式散失掉，而未能变换为有用的机械划1 捌。 国家发展改革委员会于2 0 0 5 年6 月1 日启动了节能中长期专项规划十大重点 节能工程，其中的一项就是电机系统节能工程。目前，我国各类电动机总容量约4 2 亿 千瓦，实际运行效率比国j h l 毛l o - - - 3 0 个百分点，用电量约占全国用电量的6 0 。电机系 统节能改造，提高运行效率。合理匹配，加快淘汰低效电机，推广高效节能电机；推广 变频调速节能技术，风机、水泵、压缩机等通用机械系统采用变频调速节能措施，工业 机械采用交流电动机工艺变频调速技术；制定相关经济激励政策和技术政策、完善电机 能效标准体系等配套措施。“十一五”期间，实现电机系统运行效率提高2 个百分点， 形成年节电能力2 0 0 亿千瓦时i ”。 为了节省能源必须提高电动机的运行效率，生产和使用高效率电动机，不仅给使用 者带来节约电能的目的，还能提升电动机制造商的市场竞争力。提高电机效率水平，将 电能消耗降至最低，从中获益的不仅是制造商，还有众多的使用单位、居民；同时效率 又是电动机最重要的技术经济指标之一，直接影响电动机有效材料用量和运行费用。快 速发展单相高效电动机，尤其是单相感应高效电动机以及单相永磁同步高效电动机，不 断采用新技术对其绕组、电机结构以及永磁电机的转子磁路结构进行研究，改进生产工 艺、流程和测试手段，提高生产能力，实现节能、高效率、高可靠性、对于电动机行业 来讲，这已是当务之急。 单相高敛电动机的研究 单相感应电动机与工业上应用的三相感应电动机主要的不同就在于它要在单相电 源条件下工作，这样，就要求单相感应电动机在定子上采用适于单相电源工作的绕组结 构。而在转子上，则与三相感应电动机相同，均为结构简单、可靠的笼形转子。由于它 可以直接使用单相电源，并具有结构简单、成本低廉、运行可靠，维修方便等一系列优 点，因而被广泛应用于小型机床、轻工设备、商业机械、食品加工机械、医疗卫生器械、 家用电器、同用机电用具、轻小型农副机具等同常生活和各行各业的小功率驱动中1 4 , 5 l 。 从世界范围来看，目前对单相感应电动机的需求量很大，各发达国家每年单相电动 机的产量达数近百亿台。在我国，由于工农业发展的需要，近年来单相感应电动机产量 也在不断增加，因此，提高单相感应电动机的效率，设计出单相高效感应电动机对于节 约能源具有十分重要经济和社会意义。 虽然对单相感应电动机本身而言没有强制对其进行效率指标的考核，但是，提高电 机的效率，受到各方的更大关注【6 - 引，近年来，国家有关部门对单相感应电动机的主要 配套设施家用电器进行效率指标的考核，2 0 0 3 年，家用电冰箱耗电量限定值及能 源效率等级标准开始实施；2 0 0 4 年，洗衣机“新国标”公布实施。同时，针对耗能大 户空调器产品，能效标准的修订工作从2 0 0 3 年就己开始，目i j i 房间空气调节器能源 效率限定值及能源效率等级标准正在修订之中【9 】。这就对单相感应电动机的效率指标 提出了更高的要求。 从目前国内外电机研究与发展现状来看，各研究单位推陈出新，不断采取新措施、 新方法、新材料来提高电机的效率。稀土永磁是一种高性能的功能材料，它的高剩磁密 度、高矫顽力、高磁能积的优异磁性能特别适合制造电机 1 0 - 1 3 】。永磁体充磁后，无需外 加能量就能在电机内部建立进行机电能量转换所必需的磁场。用它制成的单相永磁同步 电机，与感应电动机相比，不需要无功励磁电流，减少定子电流和定子电阻损耗：在稳 定运行时没有转子电阻损耗：进而可以因总损耗降低而减少风摩损耗，进一步提高其效 率。与普通的电励磁同步电动机相比，不需要用以产生磁场的励磁绕组和直流励磁电源， 也就取消了容易出问题的集电环和电刷装置，成为无刷电机，既运行可靠又提高了效率。 2 沈阳工业大学硕士学位论文 单相永磁同步电动机无转差率，转子上无基波铁铜损耗；单相永磁同步电动机为双 边励磁，且主要是转子励磁，其功率因数可高达1 ；功率因数的提高，一方面节约了无 功功率，另一方面也使定子电流下降，定子铜损减少，效率提高。 我国号称“稀土王国”，稀土矿石和稀土永磁的产量都居世界首位。稀土永磁材料 和稀土永磁电机的研究水平都达到了国际先进水平。近年来，随着电力电子器件的进一 步完善和发展，稀土永磁材料的性价比以及其热稳定性和耐腐蚀性都有了很大提高。 1 2 国内外单相高效感应电动机发展现状 单相感应电动机是由单相电源供电，因此它的气隙磁场不是圆形磁场，而是一个椭 圆形磁场，其大小是随着空问位置的变化而变化的，是一个不对称磁场。对于这样一个 磁场，可以看作是一个正序圆形磁场与一个负序圆形磁场共同在作用。当正序转矩大于 负序转矩时，便会正向旋转，反之亦然。单相感应电动机在运行时，由于负序转矩的制 动作用，电机的有效转矩减小，因而输出功率减少，所以单相感应电动机的效率较低， 约为同容量三相感应电动机的7 5 0 一9 0 左右；正是由于单相感应电动机的效率较低， 在输出功率相同的情况下，单相感应电动机的体积约为三相感应电动机的1 5 2 5 倍。 在体积相同的情况下，单相感应电动机的容量约为三相感应电动机的1 3 2 3 。 单相感应电动机中可分电阻起动电机、电容起动电机、电容运转电机及电容起动和 运转电机( 即双值电容电机) 四种类型，其中双值电容电动机的起动性能及运转性能最 好。p s wc h i c a g o ，i l l i n o i s 大学m i c h a e lb r a u n 教授为提高电机效率，曾对电容起动电机， 电容运转电机及双值电容电机做过研究，试验数据如表1 1 ： 表1 1 电容起动电机、电容运转电机及双值【乜机效率、起动转矩对比 t a b i ic a p a c i t o rs t a r tm o t o r , a n dc a p a c i t a n c e - r u na n dd o u b l ev a l t i cc a p a c i t a n c em o t o r e f f i c i e n c y ，s t a r t i n gt o r q u ec o n t r a s t 单相高效电动机的研究 试验数据表明，双值电容电动机因具有两个电容值相配，可兼顾电机的起动性能和 运行性能，效率较高【1 4 1 。 安徽机电机学院姚光中教授在对单相感应电动机的研究中，运用对称分量法并基于 主、副相电流的负序分量与j 下序分量之比f ( 简称电流比) 对这种电动机进行了理论分 析，显然，r 值决定了气隙磁场的形状：f = o 为圆形旋转磁场；f = i 为脉振磁场；0 0 ，直轴电枢反应为去磁性质的。 或 0 。，c o s0 ，j 。 0 ，直轴电枢反应为增磁性质的。 可见，单相永磁同步电动机稳态运行时直轴电枢反应的性质与或、0 。、口有关。 如果保持驴。= 0 。= 0 。不变；为了节省永磁体的用量，在设计电机时，电动势因数 k e2 萨蔓1 ，当永磁体尺寸确定时，反电动势的大小在正常运行时保持不变，那么， 对于一台确定的电机，直轴电枢反应的性质主要取决于功角目的大小，当功角 0 a r c c o sk e 时，直轴电枢反应 为去磁性质。从另外一个角度来说，对于一台确定的单相永磁同步电动机，当改变电机 的电源电压时，电机的电流和功率因数也会随之改变，尤其是当电机的电压与反电动势 接近相等时，电流值将会最小，电机的铜耗最小，功率因数将会最大。图3 5 和3 6 是调 节足。得到的电枢电流，以及电机功率因数c o s p 7 曲线。 u 圈3 5 改变电压时功率因数曲线 f i g 3 5p o w e rf a c t o re u r v ew h e nv o l t a g ec h a n g e d 沈阳工业大学硕士学位论文 j 二：一j ? ： 广： j y ；j 。 h i u 图3 6 单相永磁同步l 电动机v 形曲线 f i g 3 6t h ec u r r e n tv c a l v eo f s p l m s m 3 5 单相永磁同步电动机样机的研制开发 对于单相永磁同步电动机，在设计电机时也是以2 5 0 w 做为电机的额定负载，除此 之外的各项性能指标均与单相高效感应电动机相同。考虑到研制周期和电机的成本，电 机的主要尺寸与单相高效感应电动机相同。考虑到谐波对起动性能和牵入性能的影响， 绕组型式选用正弦绕组以及电机的运转型式选用双值电容感应电动机。 3 5 1 气隙长度的确定 为了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感应电动机的气隙大，如果气隙太大则会降低电机的磁负荷，所以 气隙也不宜取的过大，而同规格的普通单相感应电动机的气隙长度为g = o 2 5m m ，根 据以前丌发制作三相永磁电动机的经验，气隙长度取0 4 0 m m 即可满足机械安装要求。 3 5 2 永磁体设计 为了尽量增大电机的气隙磁密，提高电机的功率密度，充分发挥钕铁硼永磁材料的 优势，选择目前能够制造的具有较大剩余磁通密度的永磁体，最终永磁体取剩磁密度 b r = 1 2 5 t ，矫顽力h e = 9 5 1 a m 。 永磁体的尺寸主要包括永磁体的轴向长度、磁化方向长度和宽度。永磁体的长度由 铁心长度确定，因此实际上在设计永磁体时只需确定磁化方向长度和宽度。磁化方向长 度的确定应使电机的直轴电枢反应电抗合理，另外，为了防止电机永磁体的退磁和便于 单相高效电动机的研究 永磁体的运输和装配，永磁体不能过薄，否则将导致永磁体生产的废品率上升，永磁体 成本提高。综合以上因素，取磁化方向长度为h 。= 3 m m ，永磁体宽度b 。= 1 5 m m 。 3 5 3 气隙磁密波形及定、转子铁心磁密的取值 由于电机转子的磁路是径向结构，其一个极下的磁通由一个磁极提供，通常情况下， 与切向式结构相比，此种结构的电机的气隙磁密较小。利用a n s o f t 软件对单相永磁 电动机进行有限元分析，得到电机气隙磁通的波形如图3 7 所示，通过傅利叶分解得到 基波气隙磁密b 。= o 8 1 7 t ，定、转子铁心内的磁密分布如图3 8 所示。 图3 7 气隙磁密波形 f i g 3 7 t h ea i r - g a pf l u xd e n s i t y w a v ec u r v e s 3 5 4 反电动势e o 波形 图3 8 定、转子铁心磁密分布图 f i g 3 8d i s t r i b u t i o no f t h ef l u x d e n s i t yi ni r o nc o r e 从3 3 节可以知道，合理设计可降低定子电流，使电动机的功率因数和效率达到 一个较高的水平。因此，提高功率因数和效率的关键是合理设计反电动势瓯的值，所 以对于单相感应同步电动机来既，准确的设计反电动势磊是提高电机性能的一个关键 步骤。图3 9 就是利用a n s o f t 软件对电机进行有限元分析得出的空载反动势波形，主 相绕组反电动势e o = 1 8 1 4 8 v 。 沈目i t 业大学硕七学t i ) = 论文 3 6 本章小结 懈腺腓愚伊 憾谐w u 一 图3 9 反电动势波形圈 f i g 3 9t h eh a c ke l e c t r o m o t i v ef o r c ew a v e f o r m ( 1 ) 单相永磁同步电动机存在着定子电路不对称以及转子磁路的不对称，其不对称 变量经过绕组变换、对称分量变换以及d q 轴变换，得出正序磁场的d q 轴分量，然后得 出电机的正、负序电机变量，从而能够计算电机的负载特性。 ( 2 ) 由于电机存在着负序磁场，其直轴电枢反应与三相永磁同步电动机相比有其特 殊性，所以本章对于单相永磁同步电动机的直轴电枢反应进行了分析研究。 单相高效电动机的研究 4 样机的研制与试验结果 4 1 引言 本课题研究主要目的是如何提高单相电动机包括单相高效感应电动机和单相永磁 同步电动机的运行效率，达到节能的目的。前面已经进行了理论分析，然后两种电机各 做了一台样机，样机如图4 1 所示。本章将通过具体实验对前面理论研究的正确性进行 验证。 幽4 1 单相高放电动机试验平台 f i g 4 1s i n g l e p h a s eh i g h - e f f i c i e n c ym o t o rt e s tp l a t f o r m 4 2 单相高效感应电动机样机试验 4 2 1 噪声试验 在空载稳定状态下，采用“半球法”对进行噪声测试1 4 1 , 4 2 1 ，根据标准测试点如图4 2 所示，测量结果见表4 1 。所有测点中相邻测点的声压级之差小于5 d b ，样机噪声平均 声压级上，可用算术平均值计算，于是可求得样机噪声平均声压级l 。= 6 1 d b ( a ) ，和背景 噪声( 4 9 d b ) 的差值大于1 0 d b ，不需修正。 沈阿 t 业人学硕十学位论文 3 0 2 5 a 图4 2 噪声测试点分布图 f i g 4 2n o i s et e s td i s t r i b u t i o n 通过空载试验可以测取电机的空载电流和空载损耗，根据空载试验数据，先求出机 械损耗和铁耗。空载时的铁耗和机械损耗等于空载时的输入功率减去空载时的定子铜耗 及转子损耗。 表4 i 样机噪声测试结果 t a b 4 1t e s tr e s u l t so f p r o t o t y p em e a s u r e 4 2 2 工作特性试验 以永磁发电机作负载，通过调节发电机的负载电阻来改变样机的输出功率，测出电 机在不同负载情况下电机的效率和功率因数，绘制出样机的工作特性曲线。表4 2 是工 作特性试验数据，图4 3 是样机的效率和功率因数的实测曲线。 表4 2 工作特性试验数据 t a b 4 2l o a dt e s td a t a 幽4 3 样机的效率和功率冈数的实测曲线 f 磕4 3t h em e a s u r e dc u r v e o f e 塌c i e n c y 卸dp o w e rf a c t o r 6 7 4 美桨兰黧到糊黝鞫黼撼啦5 。w 负载输出情况下的效率为 4 ，额定功率因数0 9 4 3 。 、”1 9 山恫妒i 刚叙翠为 糊篓蓊黧黧翌竺嬲的对比见机。通过对比分析得出慨。的 栅弹锄翱黼钡熘度嘏坍个妥羞葛篡二群荔黧 功率因数提高。8 6 ，节电率堡二r 2 塑l o o ：8 4 5 沈阳工业大学硕十学位论文 表4 3 两种电机部分性能对比 t a b 4 3p a r t sp e r f o r m a n c ed a t ao f b o t ht y p eo f e l e c t r i c a lm o t o r 4 3 单相永磁同步电动机样机试验 4 3 1 电动机反拖试验 为测定样机的空载反电动势，用直流电动机将样机反拖至额定转速，用示波器测得 空载反电动势为1 6 1 v ，其波形如图4 4 a 所示，谐波分析结果如图4 4 b 所示，空载反电 动势总谐波畸变率为8 1 8 3 。 m l 1 ”_ 。“” m ，e 动作 存圉像 格式 关于 存圉像 选捧 文件夹 储存 c m1 r1 c m ， 当前目录是 ：、 ( a ) 反电动势波形图 ( a ) t h eb a c ke l e c t r o m o t i v ef o r c e w a v e f o r m _ _ _ _ 一 _ i _ i 谐波碗致 ( b ) 谐波分析结果 ( b ) t h er e s u l mo f h a r m o n i ca n a l y s i s 图4 4 样机主相反电动势波形及谐波分析结果 f i g 4 4t h eb a c ke l e c t r o m o t i v ef o r c ew a v e f o r ma n dt h er e s u l t so f h a r m o n i ca n a l y s i so f t h em a i nw i n d i n g 4 3 2 噪声试验 单相永磁电机的噪声试验方法与单相感应电动机相同，测量结果见表4 4 。所有测 点中相邻测点的声压级之差小于5 d b ，样机噪声平均声压级工。可用算术平均值计算， 于是可求得样机噪声平均声压级l 。= 5 6 2d b ( a ) ，和背景噪声( 4 6 1 d b ) 的差值大于 1 0 d b ，不需修正。 6 1 - - 册羞雹掣譬w孺圻 单相高效电动机的研究 表4 4 样机噪声测试结果 t a b 4 4t e s tr e s u l t so f p r o t o t y p em e a s u r e 4 3 3 工作特性试验 以永磁发电机作负载，通过调节发电机的电阻负载改变样机的输出功率，测出电机 在不同负载情况下电机的效率和功率因数，绘制出样机的工作特性曲线。表4 5 是工作 特性试验的试验数据，图4 5 是样机的效率和功率因数的实测曲线。 表4 5 作特性试验数据 t a b 4 5l o a dt e s td a t a 沈阳工业人学硕士学位论文 l o 9 0 8 0 7 f 鲁o 6 o o 5 o 4 o 3 0 2 8 01 0 01 2 01 4 01 6 01 8 02 0 02 2 02 4 02 6 02 8 0 e j w 图4 5 样机的效率和功率冈数的实测曲线 f i g 4 5t h em e a s u r e dc u r v eo f e f f i c i e n c ya n dp o w e rf a c t o r 从图4 5 中可以得到样机的额定功率因数和额定效率，即额定效率7 6 6 ，额定功 率因数o 9 7 5 。 4 3 4 试验结果与异步电动机的对比 样机与同规格的普通单相感应电动机的对比见表4 6 。通过对比分析得出所研制的 样机效率和功率因数都有很大程度的提高，效率提高9 2 个百分点，节电率 堡= 翌! 1 0 0 。, 4 ：1 4 弼。 叩2 表4 6 两种电机部分性能对比 t a b 4 6p a r t sp e r f o r m a n c ed a t ao f b o t ht y p eo f e l e c t r i c a lm o t o r 由 丁婴f 单相高效电动机的研究 4 4 本章小结 根据本文的研究成果，成功的开发了两台2 5 0 w 4 极的单相电动机，对样机进行了 试验，试验结果表明本文开发的样机完全符合要求。 沈阳工业人学硕士学位论文 5 结论 课题研究主要目的是如何提高单相电动机包括单相高效感应电动机和单相永磁同 步电动机的效率。 ( 1 ) 新型绕组的研究 单相感应电动机的铜耗大，本课题采取了一种不同于f 弦绕组的新型绕组，增大电 机槽满率，提高电机有效材料的利用率，在有影响电机的起动性能有前提下，尽量减少 铜耗，使电机的效率提高。 ( 2 ) 磁场谐波的分析 由于采用了新型绕组，在降低铜耗的同时，电机的谐波含量有所增加，所以对电机 的磁场谐波也进行分析研究。对电机气隙谐波磁动势公式进行了推导，然后用a n s o f t 软件对其进行有限元分析，表明电机的气隙谐波磁动势增加不大，从而有效地避免了电 机的同步附加转矩产生，对电机的性能有了可靠的参照。 ( 3 ) c a d 软件的编制 依照单相感应电动机的特点，编制了一个比较实用的c a d 软件，将f o r t r a n 编写电 磁程序与v b 语言编写的界面链接起来，充分发挥了f o r t r a n 语言强大的数学计算能力 和v b 强大的图形界面功能，这对于提高电机设计速度，缩短电机丌发周期，减少电机 技术人员的工作强度是有所帮助的。 ( 4 ) 单相永磁同步电动机负载特性的研究 由于单相电机的气隙磁场为椭圆形，需要将电机的参量进行变换，能过绕组变换、 对称分量变换以及d q 轴变换，就能将电机内部电路的不对称以及磁路的不对称转化成 对称分量来分析。另外，本文也对单相永磁同步电动机的直轴电枢反应性质也行了分析 研究。 ( 5 ) 两台样机的开发与试验 两种型式的电机各做了一台样机，通过对单相感应电动机的试验，校正了c a d 软 件，验证了理论分析和公式推导的正确性，证明了电机采用新型绕组的确高效节能。样 机试验表明，电机的性能均达到了预期的要求。电动机的功率提高到了一个等级，而且 单相高效电动机的研究 效率提高了5 7 个百分点。单相永磁同步电动机的效率，与单相高效感应电动机相比， 其效率为7 6 6 ，提高了9 2 个百分点。 沈阳工业大学硕士学位论文 1 2 3 4 5 6 参考文献 h t t p ：w w w e e t c h i n a e o m2 0 0 5 年5 月8 日以新技术为主导，带动“绿色”节能 中国微特电机网2 0 0 4 年8 月2 4 日提高屯动机效率是：j 7 约能源的关键之一 国家发展改革委员会2 0 0 5 年6 月1 日节能中长期专项规划 李德成等单相异步电动机原理、设计与试验北京：科学出版社，1 9 9 3 孙云鹏单相异步电动机原理及其应用北京：机械工业出版社，1 9 8 7 s m i t hjm h i g h - e f f i c i e n c ys i n g l e p h a s es e m i h e xm o t o r s e l e c t r i cm a c h i n e sa n dp o w e r s y s t e m ，1 9 9 8 ，2 6 ( 6 ) ，5 7 3 5 8 4 7 s m i t hj 札，l a r g el o wc o s ts i n g l e p h a s es e m i h e xm o t o r s i e e et r a n s a c t i o n so ne n e r g y c o n v e r s i o n 。1 9 9 9 ，1 4 ( 4 ) ：1 3 5 3 1 3 5 8 8 c h a ntf ，l a ill s i n g l e p h a s eo p e r a t i o no fat h r e e - p h a s ei n d u c t i o ng e n e r a t o rw i t h t h es m i t hc o n n e c t i o n 。i e e et r a n s a c t i o n so ne n e r g yc o n v e r s i o n 。2 0 0 2 。1 7 ( 1 ) ：4 7 5 4 9 h t t p ：w w w e l i c k w z c o b2 0 0 4 年9 月1 2 日“节能”将左右家电企业成败 1 0 唐任远等现代永磁电机理论与基础北京：机械工业出版社，1 9 9 7 1 1 唐任远特种电机北京：机械工业山版社，1 9 9 8 1 2 李钟明，刘卫国等稀士永磁电机北京：国防工业出版社，1 9 9 9 1 3 李季冬高性能永磁电动机的研究电机技术，1 9 9 8 ( 2 ) ：4 1 4 3 1 4 b r a u nm i n c r e a s i n gt h ee f f i c i e n c yo fi n d u c t i o nm o t o r s e l e c t r i c a le l e c t r o n i c s i n s u l a t i o nc o n f e r e n c ea n de l e c t r i c a lm a n u f a c t u r i n g c o i lw i n d i n gc o n f e r e n c e 1 9 9 3 p r o c e e d i n g s ，c h i c a g o 9 3e e i c i c w ae x p o s i t i o n 1 9 9 3 1 0 ：4 1 4 4 1 5 姚光中单相电容电动机晟佳电容的分析安徽机电学院学报1 9 9 4 ( 2 ) ：1 1 1 9 1 6 f u c h sef v a n d e n p u taj ，h o l lj ，w h i t ejc d e s i g na n a l y s i so fc a p a c i t o r r u n s i n g l e p h a s em o t o r s i e e et r a n s a c t i o n so ne n e r g yc o n v e r s i o n 。1 9 9 9 ，5 ( 2 ) ：3 2 7 3 3 6 1 7 邬麟单相异步电动机异形槽的应用中小型电机1 9 9 4 ，4 ：3 8 3 9 1 8 周筱珍，邓菊初一种高效节能型单相异步电动机新裂绕组的研制 j 大众用电 1 9 9 7 0 4 ：1 3 - 1 5 6 7 单相高效屯动机的研究 1 9 m i l l e rtje p o w e ra p p s y s ， s y n c h r o n i z a t i o no f1 i n e s t a r tp e r m a n e n tm a g n e ta cm o t o r i e e et r a n s 1 9 8 4 ，7 ：1 8 2 2 1 8 2 8 2 0 r a h m a nma o s h e i b aam p e r f o r m a n c eo fl a r g e1i n e s t a r tp e r m a n e n tm a g n e ts y n c h r o n o u s m o t o r s i e e et r a n s e n e r g yc o n v e r s i o n 1 9 9 0 ，5 ：2 1 1 2 1 7 2 1 周沾，同淑娟，谢卫单相永磁同步电动机脉振转矩的分析和计算电机与控制学 报，2 0 0 2 ，6 ( 2 ) ：1 0 1 - 1 0 4 2 2 周沽，谢卫，同淑娟单相永磁同步电动机的通_ h j 数学模型电机与控制学 报，1 9 9 8 ，2 ( 4 ) ：2 2 9 2 3 1 2 3 李新华，周克定新型高效率的钕铁硼单相同步电动机湖北工学院学报 1 9 9 9 ，1 4 ( 1 ，2 ) ：1 2 1 6 2 4 m i l l e rtje s i n g l e p h a s ep e r m a n e n t l i i a g n e tm o t o ra n a l y s i s i e e et r a n s i n d a p p l i c a n t 1 9 8 5 5 ( 2 1 ) ：6 5 1 6 5 8 2 5 r a h m a nma ，o s h e i b aam p e r f o r m a n c ea n a l y s i so fs i n g l ep h a s ep e r m a n e n tm a g n e tm o t o r s i np r o c e l e c t r i ce n e r g yc o n f a d e l a i d e ，a u s t r a li a ，o c t 1 9 8 7 2 6 c a r l s o nr ，s a d o w s k in ，a r r u d asr ，c a d es i l v a s i n g l e p h a s el i n e s t a r t e dp e r m a n e n t m a g n e tm o t o ra n a l y s i su s i n gf i n i t ee l e m e n tm e t h o d p r o c i e e ei n d a p p l i c a t s o c a n n u m e e t i n g ，1 9 9 4 。1 ：2 2 7 2 3 3 2 7 w i l l i a m s o ns ，k n i g h tam p e r f o r m a n c eo fs k e w e ds i n g l ep h a s e1 i n e s t a r tp e r m a n e n t m a g n e tm o t o r s i e e et r a n s i n d a p p li c a t ，1 9 9 9 ，3 5 ( 6 ，7 ) ：5 7 7 5 8 2 2 8 k n i g h tama n ds a l m o njc 。m o d e l i n gt h ed y n a m i cb e h a v i o ro fs i n g l e p h a s e1 i n e s t a r t p e r m a n e n tm a g n e tm o t o r s p r o c 3 4 t hi e e ei n d a p p l i c a t s o c a n n u m e e t i n g ，1 9 9 9 ，4 ： 2 5 8 2 2 5 8 8 2 9 k n i g h tam ，w i1li a m s o ns i n f l u e n c s i n g l e p h a s e1i n e s t a r tp e r m a n e n tm a g n e t 7