传统电机和新型非晶电机性能的仿真对比

第 6期 冷建伟 等 传统 电机 和新 型非晶电机性能的仿真对 比 7 2 9 传统 电机和新型非 晶电机性能 的仿真对 比 冷 建伟 刘 婷 李俊 芳 ( 1 天津理工大学 自动化学院， 天津 3 0 0 3 8 4 ； 2天津大学 电气与 自动化工程学院 ， 天津 3 0 0 0 7 2 ) 摘要针对传 统硅钢 电机耗电量大， 并且在 高频运转时因铁损急剧增加 、 铁芯温度迅速升 高寻致电机故 障的问题 ， 采用非 晶合金 材料代替硅钢材料制造新 型感应电机。阐述运用 A n s o fl软件对传 统电机 和非晶 材 料 电机 的定 子 和 转 子进 行 仿 真 比较 ， 证 实 非 晶材 料 制 作 的 电机 具 有 节 能 、 高 效 和较 高安 全 性等 优 点 。 关 键 词An s o fl软 件非 晶合 金 电机仿 真 中图分类号T M3 0 4 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 0 3 9 3 2 ( 2 0 1 1 ) 0 6 0 7 2 9 -0 4 电机是能耗很高的设备 ， 传统材料及工艺制 作的电机成本高且能耗大。传统硅钢 电机在频率 高于基 频 的情 况下 铁 损 急 剧 增 加 ， 铁 芯 温 度迅 速 升高 ， 常导 致 电机 故 障 ， 电机 能 耗 也 非 常 高 。 因 此 ， 高效 节 能新 型 电机 的研 发 势在 必 行 。非 晶 合 金 是一种 新 型 功 能材 料 ， 它具 有 高 饱 和 磁感 应 强 度 、 低损 耗及 低矫 顽力 等优 点 ， 笔者运 用 非 晶合 金 材 料代 替硅 钢 制造 新 型 电机 ， 并 用 A n s o f t 软件 对 这 两种 电机 进行 分析 比较 。 1 通过 An s o f t Rmx p r t 进 行 电磁计 算 A n s o f t 软件是融结 构、 流体 、 电场、 磁场 和声 场 分析 于一 体 的大 型 通 用 分 析 软 件 ， 是 现代 电 机 设计 中的高 级 C A D工具 之 一 。运 用 A n s o f t R m x p r t 对传统电机和非晶电机进行 电磁计算 ， 在相 同 尺 寸和供 电电源 的条件 下 比较 两种 电机 的输 出 特 性 ， 以充 分证 明两 种 电机在 高效 节能 方 面 的差 异 。 把非 晶材 料 的特 性 加 入 到 软 件 中 进行 分 析 ， 选 取 饱 和磁感 应强 度为 1 5 6 T的非 晶材 料 。 利 用 A n s o f t 软 件 ， 在设 计 定 子 铁 心 、 定 子 绕 a 传统 电机 组 、 转子 铁心 和转 子 笼 型 绕 组 等关 键 步骤 中输 入 相关数据后 ， 可以得到电机参数和性能曲线。 1 1 主要 设计 参数 基 于 4极 感应 电机 Y1 3 2 S 4 的经典 结 构设 计 非 晶材 料做 定 子 和转 子 的感 应 电机 ， 其 中定 子 和 转 子的 冲片有 相 同的形 状和 尺寸 。两种 电机 的主 要 参数 如下 ： 额定 输 出功率5 5 k W 极 数4 额 定 电压3 8 0 V 绕组 联结 方式角型 电机 工作 温度7 5 c 【 = 铁 心长度 1 1 5 m m 1 2主要 性 能 比较 分 析 非 晶 电机 的输 出 功率 与转速 之 间的关 系特 性 与传 统 电机相 同 ， 笔 者 只 给 出效率 与转 速 的关 系 特性 曲线 。5 0 H z转 速 下 传 统 电 机 和 非 晶 电 机 的性 能 曲线 如 图 1 所 示 。 释 蓑 图 l 5 0 Hz下两种 电机 的 效率 与转速 b 非 晶 电机 收稿 日期 ： 2 0 1 1 - 0 5 4( 修改稿) 7 3 O 化工自动化及仪表 第 3 8卷 6 0 H z 转 速 下 传统 电机 和 非 晶 电机 的性 能 曲 线如 图 2所示 。 褥 籁 a 传统电机 祷 赣 图 2 6 0 Hz下两种 电机 的效率 与转速 1 0 0 Hz 转速下传统电机和非 晶电机 的性能曲 线如图 3所示。 擗 袋 髂 巅 b 非晶电机 a 传统 电机 b 非晶电机 图 3 1 0 0 Hz下 两种 电机 的效率与 转速 通过对菲晶电机和传统电机在不同频率下的 效 率 与转速关 系 曲线 的 比较 可 以看 出 ， 在最 大 效 率处 ， 非 晶 电机 的 效 率 要 比传 统 电机 的 效 率 高 1 0 左右 ， 而且在 不 同频 率最 高转速 下 ， 非 晶 电机 的效率 明显高 于传统 电机 。 1 3 损耗 的 比较分 析 在 A n s o f t 软件 中输入 不同频率 下非 晶电机 和 传统 电机 的参 数 ， 得 到 两种 电机 的额 定损 耗 和 空 载损 耗 值 。不 同频 率 3 8 0 V额 定 负 载 情 况下 ， 两 种 电机 的损耗见 表 1 ， 空 载损耗 见表 2 。 表 1 两种 电机 的损耗 比较 表 2不 同频 率 下两种 电机 空载损 耗 由于硅钢 片在 高频下 损耗急 剧增加 且输 出功 率很小 ， 所 以 A n s o f t 软件 对 3 0 0 H z 转 速 以上 传统 电机无 法 进 行 仿 真 。 因此 笔 者 采 用 MA T L A B对 传统 电机和非 晶电 机在 高频 下运 转 进 行仿 真 ， 得 到损耗 曲线如 图 4所示 。 7 3 2 化工自动化及仪表 第 3 8卷 表 3 两种 电机耗 材 重量 k g 3 结论 3 1 高效节 能。新 型 非 晶合 金 电 机在 额定 输 出 功率下 比传统电机效率提高约 1 0 。 3 2 损耗 低 。非 晶电 机 的损 耗远 低 于传 统 电机 的损耗 ， 因此 它可 以在 高频情 况下正 常工作 。 3 3重量轻， 成本较低。与传 统电机体积 相同 的非 晶电机重 量轻 、 耗 材少 ， 而且成 本只略 高于普 通 电机 ， 但 总 能耗却 大大降低 。 3 4安 全 性 能 高 。 由 于非 晶 电机 的铁 损 降低 ， 其发热量大为减小 ， 因而非晶电机适合工作在潮 湿且 易爆 场所而没 有爆 炸危 险。 2 参 考 文 献 李延 峰 ， 于 海 斌 一 种 用 于 异 步 电机 效 率 优 化 的 混 合搜索方法 J 电机与控制学报 ， 2 0 0 9 ， 1 3 ( 3 ) ： 3 3 7 3 41 付光杰 ， 甄东芳 ， 邢建华 等 开关磁 阻电机的三维有 限元 分析 及 性 能研 究 J 化 工 自动 化及 仪 表 ， 2 0 1 0， 3 7( 6) ： 6 87 1 P e r f o r ma n c e Si mu la t io n a n d Co mp a r e o f Co n v e n t io n a I Mot or s an d Amor ph ou s Al l o y Mo t o r s LENG J i a n we i ，LI U Ti n g ，L I J u n f a n g ( 1 S c h o o l o f A u t o ma t i o n，T ia n j i n Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y，T i a n j i n 3 0 0 3 8 4，C h i n a ； 2 S c h o o l o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g A u t o ma t i o n，T i a n fin U n i v e r s i t y ，T i a n fin 3 0 0 0 7 2，C h i n a ) Abs t r ac t Ai mi n g a t s h a r p c o r e l o s s o f c o n v e n t i o n a l s i l i c o n s t e e l mo t o r s a t h i g h e q u e n c y a n d i t s i n c a p a b i l i t y a t h i g h t e mp e r a t u r e a n d h i g h po we r c o ns u mp t i o n，ma k i n g u s e o f a mo r p h o us ma t e r i a l s i n s t e a d o f s i l i c o n s t e e l i n ne w mo t o r s wa s p r o p o s e d； a n d t h e n b a s i n g o n An s o f t ，t he c o n v e n t i o n a l mo t o r s a nd t h e a mo rph o u s a l l o y mo t o r s we r e mo d e l e d a n d s i mu l a t e d，t h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e a mo r p h o u s a l l o y mo t o r s o u t p e r f o r m c o n v e n t i o n a l mo t o r s i n e n e r g y c o n s e r v a t i o n a n d r e v o l v i n g s p e e d i mp r o v e me n t a n d s a f e o p e r a t i o n Ke y wor ds An s o f t ，a mo r p h o u s a l l o y mo t o r ， s i mu l a t i o n 提 高 浓 缩 倍 数 为 循 环 系 统 减 污 锦 西天然 气化工有限责任公 司拥有的公用工程循环 冷却装置 中高浓缩倍数 利用节能减排技 术， 被列入 国家重点节能技术推广 目录( 第一批 ) ， 还被列入 国家发改委重点推广的锅 炉防腐 阻垢水处理技术。 该 技 术 的研 究 ， 是 为 了降低 循 环 水 系统 的 排 污 量 ， 研 制 新 型缓 蚀 阻 垢 剂 ， 加 酸 调 节 循 环 水 p H值 ， 降低 循 环水 的结垢程度 ， 提 高浓缩倍数 。 从而达到节能减排 的目的。 提 高浓缩倍数的关键是选择适合生产 装置特点的水质稳定刺。因此 ， 结合 生产装置 实际情况 ， 配方设计 思路是选用适合 高 p H、 高硬 和高碱条件下的大分子有机磷 、 优 良磺酸 多元聚合物、 耐氯性能好的缓蚀剂为主 要 组 份 的 复 舍 水 处理 方 案 。 实践证明 ， 该技术备药剂的配伍性好 ， 并有优 良的协 同效应 。缓蚀 阻垢 剂对碳酸钙、 磷酸钙 等成垢粒子 具有优 良的阻垢 分散作 用， 能适应任何水质。膦羧 酸的协 同效应 ， 能提 高药荆阻垢性能 ； 以进 15 原料 生产的 聚合 物对难溶 的有机磷酸钙有很强的分散 力。缓蚀 阻垢荆对锌垢 、 铁 氧化物具有优 良的分散作用， 其 中的磺 酸共聚物 等具有独特 的稳锌作用 ，