[发明专利]纺织专用高效节能多相异步电动机稳健性设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多相异步电动机。特别是涉及一种纺织专用高效节能多相异步电动机稳健性设计方法。

背景技术

随着电机系统节能工程的开展，高效节能型电机的需求日益广泛，同时为满足不同负载特性的应用场合，行业专用型电机的研发设计亟待解决。纺织行业作为国内用电大户，其专用型高效电机系列产品的开发显得尤为重要。由于异步电动机在纺织专用电机中占据主要份额，其设计与制造技术较为成熟，且考虑到初期成本投入，因此，专用高效节能型异步电动机的开发与研制成为发展的重点产品，其具有更广阔的产品应用空间、经济利润空间和行业发展空间。

由于具有特殊的运行方式，纺织专用电机设计不同于普通交流电机设计。一方面，从节能方面考虑，要求电机不仅具有较高的运行效率，而且具有较高的功率因数，从而降低无功传递造成的损耗，减少无功补偿设备的投入；另一方面，虽然纺织专用电机按照额定运行点设计，但由于工作特殊性，其通常处于非额定运行状态，因此，要求电机不仅在额定运行点具有较高的效率，而且在较宽的运行范围内也具有较高的效率，从而在实际工作中真正达到高效节能的效果。

电机是一个复杂的耦合系统，其各项性能之间相互影响，彼此制约，同时设计电机不仅要综合考虑运行效率、制造成本、体积等多种因素，还需兼顾电磁负荷、过载能力、转矩特性、机械结构、通风发热等复杂约束条件。另外，电机性能指标对设计参数的变化非常敏感，受企业工序控制、生产流程等质量管理水平的影响，电机性能出现不同程度地下降，存在一定的离散度，无法保证产品批量生产一致性。因此，提出满足国家标准、用户要求以及特定约束条件的稳健性设计方案，使电机综合性能最优，对解决电机性能指标之间彼此冲突，保证电机优质高效运行具有重要意义。

传统的质量控制方法注重产品后期检验，具有很强的事后性，造成时间和资源的很大浪费，对预防不合格产品的发现缺乏有效控制，以经验为主的工序控制，缺乏科学的设计指导，难以满足电机批量生产对产品一致性的要求。Taguchi法是由日本著名学者Tagchi Genichi博士于上世纪70年代创立的一种寻求产品质量最优的稳健性设计方法和质量管理技术。通过合理安排试验方案，确定最佳参数组合，增强产品质量特性对各种干扰的鲁棒性，并最终实现产品质量和成本的最佳平衡。Taguchi法将整个设计过程分为三个阶段，即系统设计、参数设计及容差设计，因此，其亦称为三次设计法。该方法在科研与生产中已取得显著的实际成效。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够达到提高电机额定运行效率、额定功率因数、宽运行范围运行效率以及不显著增加电机生产成本等指标要求的纺织专用高效节能多相异步电动机稳健性设计方法。

本发明所采用的技术方案是：一种纺织专用高效节能多相异步电动机稳健性设计方法，包括如下步骤：

（1）确定电机，以异步电动机作为纺织专用电机进行稳健性设计；

（2）确定Taguchi法作为纺织专用电机稳健性设计的方法；

（3）确定高效节能多相异步电动机的设计变量，以电机尺寸、槽形尺寸、气隙长度、每槽导体数和并联支路数的各变量中的部分变量或全部变量作为待优化设计变量，并选取电机额定运行效率、额定功率因数、运行效率曲线平滑性及生产成本作为输出特性，分别建立各指标数学模型，构成多指标稳健性设计模型；

（4）确定各待优化设计变量的状态个数及相应取值，建立可控因素水平表，根据优化变量个数及各变量状态数选择适当的正交表，构造内正交表进行内设计；

（5）考虑电机生产加工与装配工艺水平、使用条件与工作环境、内部劣化与运行磨损的因素影响，以这些因素造成的参数误差作为噪音因素，确定各噪音因素的状态个数及相应取值，建立噪音因素水平表，根据噪音因素个数及各因素状态数选择适当的正交表，构造外正交表进行外设计；

（6）将各输出特性分别处理为望小特性，对应于内正交表的每一个组合，把误差因素配列于外正交表，计算由内、外正交表确定试验方案的输出特性值及信噪比；

（7）对结果数据进行方差分析，检验设计参数显著性程度，确定最佳参数组合；

（8）以步骤（7）确定的最佳参数作为各优化参数取值，进一步确定各参数波动范围，进行容差设计；