【摘要】：筒式永磁調(diào)速器具有軟啟動與過載保護、對中安裝要求低、振動與噪聲小、使用壽命長、調(diào)速范圍廣及節(jié)能效果顯著等諸多優(yōu)點,但筒式永磁調(diào)速器主要部件在某些運行工況下發(fā)熱嚴重,影響永磁調(diào)速器正常工作。所以,本文對筒式永磁調(diào)速器運轉(zhuǎn)過程中的溫度場分布及散熱情況進行研究就顯得十分重要了。首先對電磁場基本理論進行了分析、推導,并基于這些理論利用ANSYS Workbench 17.1軟件中的Maxwell 2D和Maxwell 3D模塊對筒式永磁調(diào)速器的磁、渦流場進行了二維和三維有限元仿真分析。通過后處理結果對筒式永磁調(diào)速器磁感線、磁感應強度分布情況及銅環(huán)中渦電流分布情況進行了研究,并將銅環(huán)中渦流生成的熱量作為筒式永磁調(diào)速器溫度場分析的直接熱源;對輸出轉(zhuǎn)矩、輸出功率、渦流損耗功率隨嚙合面積、轉(zhuǎn)差率的變化情況進行了分析,并對磁、渦流場二維、三維仿真結果進行了對比分析。在對工程傳熱學基本理論進行分析的基礎上,利用ANSYS Workbench 17.1軟件中的Maxwell 3D、Steady-state Thermal和Transient Thermal模塊對筒式永磁調(diào)速器的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)溫度場進行了磁熱耦合有限元仿真分析。通過瞬態(tài)溫度場仿真結果對筒式永磁調(diào)速器各部件的升溫過程進行了研究;通過穩(wěn)態(tài)溫度場仿真結果對筒式永磁調(diào)速器各部件溫度達到穩(wěn)定狀態(tài)時的分布情況進行了研究,并對銅環(huán)、永磁塊最高溫度隨嚙合面積、轉(zhuǎn)速差的變化情況進行了分析;最后對瞬態(tài)、穩(wěn)態(tài)溫度場仿真結果進行了對比分析。為對筒式永磁調(diào)速器磁場、溫度場有限元仿真結果的準確性進行驗證,設計了筒式永磁調(diào)速器輸出轉(zhuǎn)矩及銅環(huán)、永磁塊溫度測量系統(tǒng)。對實驗系統(tǒng)的組成與搭建進行了詳細介紹,并對實驗測量過程進行了具體的分析。實驗后,將筒式永磁調(diào)速器在不同運行工況下的輸出轉(zhuǎn)矩實測值及銅環(huán)、永磁塊最高溫度實測值與有限元仿真結果進行對比分析,驗證了本文用有限元方法對筒式永磁調(diào)速器磁場、溫度場進行研究的準確性。最后,在對筒式永磁調(diào)速器磁熱耦合分析的基礎上,利用ANSYS Workbench17.1軟件中的Maxwell 3D、Steady-state Thermal和Response Surface Optimization模塊對筒式永磁調(diào)速器直肋和圓弧肋兩種散熱片結構進行了優(yōu)化分析。優(yōu)化后,采用直肋散熱片進行散熱,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)速器長時間運轉(zhuǎn)，，會產(chǎn)生大量熱量，這些熱量從熱源部位通過對流方式向其他部位傳遞。當永磁調(diào)速器中永磁體溫度超過其“工作永磁體磁性能會急劇下降，當超過其“居里溫度（最大失磁溫度）”時甚至會產(chǎn)生不可逆的永久性失磁作用。工作時永磁調(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重要難題。所以，本文對永磁主要部件溫度場進行研究，并對永磁調(diào)速器散熱結構進行優(yōu)化，使其達散熱效果就顯得尤為重要了。永磁調(diào)速技術概述（Overview of Permanent Magnet Sulation Technology）1 永磁調(diào)速器的分類永磁調(diào)速器由導體、永磁轉(zhuǎn)子和調(diào)節(jié)機構 3 部分組成。其中，導體轉(zhuǎn)子到電機軸上，永磁轉(zhuǎn)子固定連接到負載軸上，導體轉(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)速器由導體、永磁轉(zhuǎn)子和調(diào)節(jié)機構 3 部分組成。其中，導體機軸上，永磁轉(zhuǎn)子固定連接到負載軸上，導體轉(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 2、銅盤 3、永磁體盤 4、調(diào)節(jié)機構 5、負載圖 1-1 盤式永磁調(diào)速器結構簡圖Figure 1-1 Structural sketch of disc permanent magnet governor
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TH132.46

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本文編號：2691113