商务型自动扶梯用9KW三相异步电动机设计_开题报告

一、国内外发展现状及本课题研究的意义

改革开放以来，随着中国经济的高速发展和人民生活水平日益提高，自动扶梯及人行道在我们现代生活中日益广泛使用，给我们的生活带来极大的便利。随中国城市化进程，自动扶梯及人行道市场需求将会保持着高速增长，这其中如商场、市场及人行天桥等场所用的商务型自动扶梯等占比市场总需求的80%以上。

近年来，在电梯行业内采用永磁同步电动机的无齿轮曳引机因输出转矩大、运行效率高、免维护等优点已广泛替换原来的三相异步电机驱动的有齿曳引机。但是，在自动扶梯等用驱动电机中，因其桁架内安装空间狭小封闭、环境温度变化大，工作时间长等较恶劣工作条件下，永磁同步电动机因成本相对较高，永磁体存在退磁风险等因素暂很少应用。也因此，三相异步电动机因其结构简单、经济、可靠、环境适应性强等优点，被广泛用于自动扶梯的动力驱动。然而，三相异步电动机在我国研究和生产虽然已比较完善，应用广泛，生产厂家众多，也形成了Y系列等标准产品和相应标准，但是现市场上常见的标准系列异步电动机并不能满足现自动扶梯的一些特殊使用需求。尤其是现在商务型自动扶梯市场，采用三相异步电动机常存在着“大马拉小车”，振动与噪声大，温升过高等不足。

我国现在是世界上电梯及自动扶梯最大保有量市场，且是最大的增量需求市场。多年来，欧美日等国外电梯知名品牌厂商如KONE、SCHINDLER、OTIS等因其多年技术积累和品牌优势，独占国际国内市场鳌头。这其中扶梯采用的驱动电机均是三相异步电动机，广泛采用变频启动技术，在静音、节能高效及可靠性等方面均表现十分出色。以KONE的提升高度6M倾斜角30°商务型扶梯为例，驱动电机是三相异步电动：AV380V50Hz，额定功率9KW-6P，采用变频启动工频运行等。该电机运行振动值小于0.7mm/s，噪声小于60Db(A)；额定功率9Kw下运行效率约91%，1.5倍额定功率13.5Kw下运行效率不小于85%；用室内或室外，安装与扶梯桁架封闭市场运行故障率低。

对比国内部分企业的同规格型商务梯，驱动电机也是三相异步电动机：AV380V50Hz，额定功率9.5-11KW-6P，采用星-三角启动或变频启动工频运行。对比测试，电机空载运行振动值小于0.6mm/s，噪声小于60Db(A)；负载下振动值约1.2mm/s, 噪声约66Db(A)；额定功率下运行效率约80%，1.2或1.5倍额定功率下运行效率约85%，电流值较大。与KONE等相比较，电机明显存在“大马拉小车”效率低温升高等问题。

国外各知名厂商针对扶梯用三相异步电动机在静音、高效及变频控制等方面均有非常细分研究和丰富的应用积累，但是其相关技术设计等标准均为其核心技术与商业秘密。所以国内相关企业多年来一直处于模仿学习与追赶中。但经过这多年的学习、发展与积累，现国内知名的电扶梯企业如西子、康力等，已在市场竞争中脱颖而出展露头角，也逐渐形成有自己的产品核心技术等优势。这其中针对自动扶梯用三相异步电动机在舒适可靠、高效节能等方面优化与设计就是其核心竞争力之一。此就是本课题研究的意义所在。

    

二、主要研究思路与内容

分析并确认运行工况模型

重要性：确认商务型自动扶梯及电动机实际运行特点和工况需求，建立运行工况模型等——这好比优秀的裁缝必须先了解客人爱好等特点并量身定做，才会设计出最舒适得体的好衣服一样。

分析和确认运行工况包含的内容

确认整梯的基本参数

了解和确认整梯的工作条件，包括工作环境、工作寿命需求、工作振动与噪声要求及安装条件等。

确认整梯运行工况，包括起停次数/天、运行时间、负载运行状况等。

综合以上运行工况，分析、计算和确认整梯及电动机的运行工况模型。

依据电动机的运行工况模型，计算并确定电动机性能等设计参数。

2.1，优化合理的的电动机性能等设计输入参数，是优化设计并实现电动机经济、高效、可靠运行的源头保证，可杜绝 “大马拉小车”等问题发生。

2.2，计算并确定电动机性能等设计参数

2.2.1，电动机额定功率计算

2.2.2，电动机的工作特性及相关参数选定

2.2.3，电动机工作温升的选定

2.2.4，工频或变频运行等选定

2.2.5，启动转矩等参数选定

2.2.6，主要尺寸等选定

电动机电磁与结构设计

3.1，依据以上具体需求，首先根据《异步电动机设计手册》等产品通用标准与技术资料等可手工设计或选用具体铁芯槽形、匝数、气隙的大小、铁芯的长度及机座等，完成初步的电磁和结构方案设计。然后，可选择2种或以上待优化核算的设计方案，运行ANSOFT等软件进行电磁等仿真及优化核算，以确定电动机在理论上合理的电磁负荷下转子、定子冲片和铁心各部分尺寸、绕组数据等，进而核算出电机各项参数及性能数据等。再然后，依据以上具体需求优化调整，并输出电磁设计清单并进行后续结构设计。

3.2，电动机电磁与结构设计的步骤

3.2.1，额定数据及主要尺寸的计算

3.2.2，绕组的连接及电流在绕组中的流向等设计

3.2.3，磁路仿真及性能参数等核算

3.2.4，优化调整并输出计算清单等

3.2.5，电机外观及结构等设计

主要的措施与方法

4.1，实现电机节能高效、低振动低噪声、经济可靠等性能优化设计的几点措施

4.1.1，提高效率，减少损耗。如降低定子铜耗铁耗、转子铝耗、杂散损耗以及包括风耗等机械损耗 。

4.1.2，提高功率因数，降低无功损耗。如设法降低Im；增加每槽导体数；增大定子内径，放长铁心等。    

4.1.3，提高起动转矩满足驱动启动需求。如增加定转子槽口宽，或减少定子绕组每槽导体数、减小转子槽面积和端环面积等措施以提高起动转矩。

4.1.4，以优化电机体积等，实现用铜等材料经济性能最优化。

4.1.5，降低电动机振动与噪声

4.1.5.1，运用ANSOFT等软件仿真计算，优化气隙等以降低谐波等降低电磁噪声与振动。

4.1.5.2，优化轴承选用与配合设计等结构设计，减少机械系统振动与噪声。

4.1.5.3，控制叠压系数、动平衡等工艺上优化，降低电机振动与噪声等。

4.2，完成电动机制造并测试后，再次优化调整电机实际参数。

三、参考文献

[1] 傅丰礼、唐孝镐 异步电动机设计手册[M].北京：机械工业出版社 2001, 12(1) 

[2] 朱昌明. 电梯与自动扶梯：原理、结构、安装、测试[M].上海：上海交通大学出版社. 1995

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[5] 贺益康、许大中 电机控制[M]杭州：浙江大学出版社 2010, 5(3)

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[7] 凌跃胜、黄文美、宋桂英 电机理论基础[M]北京：中国电力出版社 2009, 5

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[9] 刘丽. 三相异步电动机变频调速的节能研究[J].长春工业大学学报2014

[10] 张健 三相异步电动机电磁噪声的控制浅析[Z].维普资讯 ://.cqvip.com/2013年11月3日

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