傳統電機和新型非晶電機性能的仿真對比

2017-04-25  by:CAE仿真在線  來源:互聯網

電機是能耗很高的設備,傳統材料及工藝制作的電機成本高且能耗大。傳統硅鋼電機在頻率高于基頻的情況下鐵損急劇增加,鐵芯溫度迅速升高,電機能耗高,常導致電機故障 。因此,高效節能新型電機的研發勢在必行。非晶合金是一種新型功能材料,它具有高飽和磁感應強度,低損耗及低矯頑力等優點,筆者運用非晶合金材料代替硅鋼制造新型電機,并用Ansoft軟件對這兩種電機進行分析比較 。

1 通過Ansoft/Rmxprt進行電磁計算

Ansoft軟件是融結構、流體、電場、磁場和聲場 分析于一體的大型通用分析軟件,是現代電機設計中的高級CAD工具之一 。運用 Ansoft/R m x—prt對傳統電機和非晶電機進行電磁計算,在相 同尺寸和供電電源的條件下比較 兩種電機的輸出特性,以充分證明兩種電機在高效節能方面的差異 。把非晶材料的特性加入到軟件中進行分析,選取飽和磁感應強度為1.56T的非晶材料 。

利用Ansoft軟件,在設計定子鐵心、定子繞組 、轉子、鐵心和轉子籠型繞組等關鍵步驟中輸入相關數據后,可以得到電機參數和性能曲線。

1.1 主要設計參數

基于4極感應電機Y132S4 的經典結構設計非晶材 料做定子和轉子的感應電機,其中定子和轉子的 沖片有相同的形狀和尺寸 。兩種電機的主要參數 如下 :

額定輸出功率 5.5kW

極數 4

額定電壓380V

繞組 聯結 方式 角型

電機 工作 溫度 75 攝氏度

鐵心長度 115mm

1.2 主要性能比較分析

非晶電機的輸出功率與轉速之間的關系特性與傳 統電機相同,筆者只給出效率與轉速的關系特性 曲線。50Hz轉速下傳統電機和非晶電機的性能曲線如圖1所示 。

通過對菲晶電機和傳統電機在不同頻率下的效率與轉速關系曲線的比較可以看出,在最大效處,非晶電機的效率要比傳統電機的效率高10%左右 ,而且在不同頻率最高轉速下,非晶電機的效率明顯高于傳統電機 。

1.3 損耗的比較分析

在Ansoft軟件中輸入不同頻率下非晶電機和傳統電機的參數,得到兩種電機的額定損耗和空載損耗值。不同頻率380V額定負載情況下兩種電機的損耗見表1,空載損耗見表 2 。

由于硅鋼片在高頻下損耗急劇增加且輸出功率很小,所 以 Ansoft軟件對300Hz轉速以上傳統電機無法進行仿真。因此筆者采用MATLAB對傳統電機和非晶電機在高頻下運轉進行仿真,得到損耗曲線如圖4所示 。

在不同頻率下,通過對兩種電機的主要性能曲線、額定負載損耗及空載損耗等的比較分析可知,非晶電機和傳統電機在體積相同的情況下,非晶電機有更大的輸出功率和更高的效率。

2 運用Ansoft/Maxwell2D對電機進行分析

2.1 運行曲線比較分析

非晶電機的損耗遠低于傳統電機的損耗,因此它可以在高頻情況下正常工作。

3.3 重量輕,成本較低。

與傳統電機體積相同的非晶電機重 量輕 、耗材少 ,而且成本只略高于普通電機,但總能耗卻大大降低 。

3.4 安全性能高 。

由于非晶電機的鐵損降低 ,其發熱量大為減小,因而非晶電機適合工作在潮濕且易爆場所而沒有爆炸危險。

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