傳統(tǒng)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(lián)網(wǎng)
電機是能耗很高的設備,傳統(tǒng)材料及工藝制作的電機成本高且能耗大。傳統(tǒng)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(jié)能新型電機的研發(fā)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(yōu)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(jié)構(gòu)、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(xiàn)代電機設計中的高級CAD工具之一 。運用 Ansoft/R m x—prt對傳統(tǒng)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(jié)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(zhuǎn)子、鐵心和轉(zhuǎn)子籠型繞組等關(guān)鍵步驟中輸入相關(guān)數(shù)據(jù)后,可以得到電機參數(shù)和性能曲線。
1.1 主要設計參數(shù)
基于4極感應電機Y132S4 的經(jīng)典結(jié)構(gòu)設計非晶材 料做定子和轉(zhuǎn)子的感應電機,其中定子和轉(zhuǎn)子的 沖片有相同的形狀和尺寸 。兩種電機的主要參數(shù) 如下 :
額定輸出功率 5.5kW
極數(shù) 4
額定電壓380V
繞組 聯(lián)結(jié) 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(zhuǎn)速之間的關(guān)系特性與傳 統(tǒng)電機相同,筆者只給出效率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系特性 曲線。50Hz轉(zhuǎn)速下傳統(tǒng)電機和非晶電機的性能曲線如圖1所示 。
60Hz轉(zhuǎn)速下傳統(tǒng)電機和非晶電機的性能曲線如圖 2所示 。
100Hz轉(zhuǎn)速下傳統(tǒng)電機和非晶電機的性能曲線如圖3所示。
通過對菲晶電機和傳統(tǒng)電機在不同頻率下的效率與轉(zhuǎn)速關(guān)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(tǒng)電機的效率高10%左右 ,而且在不同頻率最高轉(zhuǎn)速下,非晶電機的效率明顯高于傳統(tǒng)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(tǒng)電機的參數(shù),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?lián)p耗急劇增加且輸出功率很小,所 以 Ansoft軟件對300Hz轉(zhuǎn)速以上傳統(tǒng)電機無法進行仿真。因此筆者采用MATLAB對傳統(tǒng)電機和非晶電機在高頻下運轉(zhuǎn)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(tǒng)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
3 結(jié)論
3.1 高效節(jié)能。
新型非晶合金電機在額定輸出功率下比傳統(tǒng)電機效率提高約10%。
3.2 損耗低 。
非晶電機的損耗遠低于傳統(tǒng)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(tǒng)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(fā)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。
來源 |網(wǎng)絡
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