【摘要】：筒式永磁調(diào)速器具有軟啟動(dòng)與過載保護(hù)、對(duì)中安裝要求低、振動(dòng)與噪聲小、使用壽命長(zhǎng)、調(diào)速范圍廣及節(jié)能效果顯著等諸多優(yōu)點(diǎn),但筒式永磁調(diào)速器主要部件在某些運(yùn)行工況下發(fā)熱嚴(yán)重,影響永磁調(diào)速器正常工作。所以,本文對(duì)筒式永磁調(diào)速器運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的溫度場(chǎng)分布及散熱情況進(jìn)行研究就顯得十分重要了。首先對(duì)電磁場(chǎng)基本理論進(jìn)行了分析、推導(dǎo),并基于這些理論利用ANSYS Workbench 17.1軟件中的Maxwell 2D和Maxwell 3D模塊對(duì)筒式永磁調(diào)速器的磁、渦流場(chǎng)進(jìn)行了二維和三維有限元仿真分析。通過后處理結(jié)果對(duì)筒式永磁調(diào)速器磁感線、磁感應(yīng)強(qiáng)度分布情況及銅環(huán)中渦電流分布情況進(jìn)行了研究,并將銅環(huán)中渦流生成的熱量作為筒式永磁調(diào)速器溫度場(chǎng)分析的直接熱源;對(duì)輸出轉(zhuǎn)矩、輸出功率、渦流損耗功率隨嚙合面積、轉(zhuǎn)差率的變化情況進(jìn)行了分析,并對(duì)磁、渦流場(chǎng)二維、三維仿真結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。在對(duì)工程傳熱學(xué)基本理論進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上,利用ANSYS Workbench 17.1軟件中的Maxwell 3D、Steady-state Thermal和Transient Thermal模塊對(duì)筒式永磁調(diào)速器的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)溫度場(chǎng)進(jìn)行了磁熱耦合有限元仿真分析。通過瞬態(tài)溫度場(chǎng)仿真結(jié)果對(duì)筒式永磁調(diào)速器各部件的升溫過程進(jìn)行了研究;通過穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)仿真結(jié)果對(duì)筒式永磁調(diào)速器各部件溫度達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的分布情況進(jìn)行了研究,并對(duì)銅環(huán)、永磁塊最高溫度隨嚙合面積、轉(zhuǎn)速差的變化情況進(jìn)行了分析;最后對(duì)瞬態(tài)、穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)仿真結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。為對(duì)筒式永磁調(diào)速器磁場(chǎng)、溫度場(chǎng)有限元仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證,設(shè)計(jì)了筒式永磁調(diào)速器輸出轉(zhuǎn)矩及銅環(huán)、永磁塊溫度測(cè)量系統(tǒng)。對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組成與搭建進(jìn)行了詳細(xì)介紹,并對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量過程進(jìn)行了具體的分析。實(shí)驗(yàn)后,將筒式永磁調(diào)速器在不同運(yùn)行工況下的輸出轉(zhuǎn)矩實(shí)測(cè)值及銅環(huán)、永磁塊最高溫度實(shí)測(cè)值與有限元仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,驗(yàn)證了本文用有限元方法對(duì)筒式永磁調(diào)速器磁場(chǎng)、溫度場(chǎng)進(jìn)行研究的準(zhǔn)確性。最后,在對(duì)筒式永磁調(diào)速器磁熱耦合分析的基礎(chǔ)上,利用ANSYS Workbench17.1軟件中的Maxwell 3D、Steady-state Thermal和Response Surface Optimization模塊對(duì)筒式永磁調(diào)速器直肋和圓弧肋兩種散熱片結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化分析。優(yōu)化后,采用直肋散熱片進(jìn)行散熱,銅環(huán)、永磁塊最高溫度相比于優(yōu)化前分別降低26.5%、20.9%,采用圓弧肋散熱片進(jìn)行散熱,銅環(huán)、永磁塊最高溫度相比于優(yōu)化前分別降低43%、33.9%。
【圖文】：

但永磁調(diào)速器長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，，會(huì)產(chǎn)生大量熱量，這些熱量從熱源部位通過對(duì)流方式向其他部位傳遞。當(dāng)永磁調(diào)速器中永磁體溫度超過其“工作永磁體磁性能會(huì)急劇下降，當(dāng)超過其“居里溫度（最大失磁溫度）”時(shí)甚至?xí)a(chǎn)生不可逆的永久性失磁作用。工作時(shí)永磁調(diào)速器主要部件溫度為制約永磁調(diào)速器向更大功率推廣的一個(gè)重要難題。所以，本文對(duì)永磁主要部件溫度場(chǎng)進(jìn)行研究，并對(duì)永磁調(diào)速器散熱結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，使其達(dá)散熱效果就顯得尤為重要了。永磁調(diào)速技術(shù)概述（Overview of Permanent Magnet Sulation Technology）1 永磁調(diào)速器的分類永磁調(diào)速器由導(dǎo)體、永磁轉(zhuǎn)子和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 3 部分組成。其中，導(dǎo)體轉(zhuǎn)子到電機(jī)軸上，永磁轉(zhuǎn)子固定連接到負(fù)載軸上，導(dǎo)體轉(zhuǎn)子和永磁轉(zhuǎn)子之間兩轉(zhuǎn)子間通過磁力傳遞扭矩。按照轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方式的不同，可以將永磁調(diào)盤式和筒式兩種類型。1）盤式永磁調(diào)速器

調(diào)速器由導(dǎo)體、永磁轉(zhuǎn)子和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 3 部分組成。其中，導(dǎo)體機(jī)軸上，永磁轉(zhuǎn)子固定連接到負(fù)載軸上，導(dǎo)體轉(zhuǎn)子和永磁轉(zhuǎn)子子間通過磁力傳遞扭矩。按照轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方式的不同，可以將永和筒式兩種類型。式永磁調(diào)速器1、電機(jī) 2、銅盤 3、永磁體盤 4、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 5、負(fù)載圖 1-1 盤式永磁調(diào)速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Figure 1-1 Structural sketch of disc permanent magnet governor
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TH132.46

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本文編號(hào)：2691113