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      橡膠精煉機外轉子永磁電機的優勢

      發布時間:2017-04-07 23:47:00 點擊:    關鍵詞:密煉機,捏煉機,開煉機,橡膠機械

      普通傳統異步電機依然能將電能與機械能兩者之間互相轉化,但是,在將電能轉換成機械能或者機械能轉換成電能的過程中,不可避免的產生了大量的損耗。而這些損耗直接的表現為電機的低效率和低性能[11]。電機電能與機械能之間的轉換是通過一個媒介來實現的,這個媒介就是電磁場。但是傳統的直流電機或者交流電機若要產生作為媒介的電磁場就不得不在轉子上纏上繞組,通過電流。可是電流通過轉子又會將電能完全消耗在內能上,造成電機升溫,增加損耗,降低效率進而進一步的影響了電機的正常運行與電機的可靠性[12]。

             在現代生活中異步電機被應用的相當寬泛,甚至于異步電機能達到電機總數的七成左右。異步電機會被應用到如此地步也是有其本質原因的,比如結構簡單、運行可靠、無需維護、結實耐用、在額定參數是有著不錯的效率和較好的工作特性。但一般來說異步電機的功率因數和效率均為 0.7 到 0.9 之間,損耗過大。當然個別 Y200~Y315 機座號的異步電機效率可以達到 0.9 到 0.95 之間[13]。雖然看似 0.7 到 0.9 之間效率已經很不錯了。但這僅僅是額定效率,異步電機的效率和功率因數都是與負載率也就是負載占額定負載的比值息息相關的[14]。而效率和功率因數與負載率之間的聯系圖1.4 將明確的解釋出。
              從曲線中可以看出,隨著負載率的增加,電機功率因素和效率成指數形式增加,當負載率增加到 0.7 時趨于平緩,變化波動不再明顯。但在需要電機作為動力的各行業的設備之中,電機的選取一般參考電機的大載荷圖。這就會造成在日常使用電機的時候電機經常處于輕載的狀態下,甚至與負載率低于 0.7,造成電機效率和功率因素的大幅度下降[15,16]。永磁同步電機的出現徹底的解決了這一難題。永磁電機的轉子一般為永磁體來提供電磁場來實現電能和機械能的轉化,不會像異步電機一樣消耗為內能。并且永磁電機的效率和功率因素一般也不隨負載率的變化有過大的波動,如圖 1.5 所示。
       
             本文所需要煉膠設備一般都需要驅動設備具備低速大轉矩的特性,可傳統異步電機由于自身設計上的缺憾,不能制成多級電機,無法實現直驅大負載,就只好在電機與負載之間增加減速箱。但減速箱并不僅僅帶來了低速大轉矩的輸出,也是得本來就不太高的效率更加的低了,在無形之中增加的使用成本。而且減速箱的純在也會帶來更多的問題,比如噪聲、潤滑油污染等等[17]。而永磁電機卻因為永磁體可以制作成多級電機,可以完美的實現實現低速大轉矩的要求,同時和傳統異步電機相比,永磁電機有以下好處:

      (1)效率高,低損耗,節能效果能好,符合國家大力提倡的節能減排。永磁電機不需要額外的勵磁電流,可以明顯的提高功率因數;定子電流較小,避免能量過多的損耗在內能上;熱量比較異步電機更少,就可以適當的減小風扇,進一步的提高效率;一般永磁同步電機會比異步電機效率高 5 到 8 個百分點,而且上文也提高過永磁電機可以再更寬的負載變動范圍內自始至終保持相當的高效率[18]。 
      (2)可以更好的滿足現代社會中低速直驅的需求[19]。現在的低速驅動裝置一般都采用電機帶減速箱帶負載的驅動方式。例如本文涉及的精煉機煉膠啟動、或者環抱式電梯的運行都對驅動設備提出了更高的要求。隨著永磁電機的發展減速箱必將推出歷史舞臺。 
      (3)更高的功率密度。永磁電機與異步電機相比,自身有空間結構更小的特點,于此同時電機的效率卻更高,轉矩密度也更高。特別適合電動汽車等體積受到限制,卻又取藥高功率高轉矩的情況。而且在高性能的釹鐵硼永磁材料在有特俗結構的情況下,其大磁負荷 Bδ甚至可高達 1T 以上,這是異步電機遠遠不可能達到的[20]。

      本文研究的目的和意義        到現在為止橡膠精煉機的驅動方式依然主要是采用異步機帶減速機帶傳動齒輪帶動滾筒的傳動方式,如圖 1.1 所示。然而這種傳統的傳動方式卻有著很大的問題[21]。
      1.傳統異步電動機在非額定載荷時效率非常低, 2.減速機的存在本身就會降低傳動效率,而且存在噪聲大、潤滑油污染等確定。 3.設備零件過多,多級傳動,中間傳動容易磨損,一旦受損影響整個系統的使用。系統可靠性過低。

             總之就是這種傳動方式的損耗非常之大。與我國現在極力提倡節能高效節約型社會不符[22]。所以這種老式驅動方式雖然在現在來看是采用的廣泛的,但是隨著永磁電機的普及,也是需要改進甚至消失的。這個時候外轉子永磁同步直驅電動輥的優勢就凸顯出來了,例如在低速范圍下具有非常好的轉矩輸出特性,其結構簡單、體積小、效率高、響應迅速、過載能力強、可靠性高,都是非常適合橡膠精煉機的自身特性的。所以本文經過研究,決定采用外轉之永磁同步電機直接安置在軋輥內,制作永磁直驅電動輥來直接驅動軋輥使之煉膠,解決上述問題。對外轉子永磁同步直驅電動輥的深入研究,可以進一步的提高精煉機的煉膠效率。對外轉子永磁電動機的論文進行學習、驗證和分析。為以后的電動輥式驅動系統設計做出理論指導。所以本文用外轉子永磁同步電機代替傳統異步電機驅動軋輥是具有工程實踐意義的。于此同時目前使用的橡膠機械,如開煉機密煉機等具有較大轉動慣量的煉膠設備,都可以使用外轉子永磁電機直接驅動。其獨特的內置式外轉子永磁直驅電動輥的使用,成功的突破了煉膠設備結構和性能瓶頸的桎梏。狠狠的推動了以精煉機為首的煉膠設備的進一步發展。

       密煉機,捏煉機,開煉機,橡膠機械

      本論文研究的主要工作        

      本文以低速大轉矩的外轉子永磁直驅電動輥作為研究對象,主要研究適合橡膠精煉機的直驅低速大轉矩永磁電機的設計問題,通過課題的研究重點解決永磁電機設計中所出現的如齒槽轉矩的計算、渦流損耗的分析以及對溫度場的分析以制等一系列問題。本文研究工作可以具體的整理如下:

      (1)根據要求對外轉子永磁同步電動輥的外轉子電機進行電磁方案設計,確定電機的主要尺寸、定子槽型、永磁體設計、極弧系數等主要參數,并深入的了解外轉子永磁同步電機的特點。 (2)運用 ANSOFT 仿真軟件建立模型并對電機進行二維、三維仿真,得到仿真結構,利用幾何分析、有限元分析等方法對電機設計中存在的問題如齒槽轉矩、渦流損耗等進行分析,并以此為根據對電機的電磁設計進行簡單的優化。 (3)由于外傳之電機要被直接安裝在精煉機的軋輥內,使其處于相對密閉高溫的 環境下,溫度場分析是相當必要的。計算電機的散熱系數,設計電機的冷卻結構,利用 ANSYS 仿真軟件對電機穩態溫度場進行分析,驗證電機在特殊的工作環境下可以正常的運行。
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