本文關(guān)鍵詞：壓縮機(jī)用超高速兆瓦級永磁電機(jī)損耗研究及溫升計(jì)算　出處：《沈陽工業(yè)大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：高速電機(jī)由于轉(zhuǎn)速高,可與負(fù)載直接相連,省去了傳統(tǒng)的增速箱。傳統(tǒng)電機(jī)的體積比高速電機(jī)要大,采用高速電機(jī)直驅(qū)的方式可以減小設(shè)備的體積,還能減小振動噪音和提高系統(tǒng)的傳動效率。高速電機(jī)應(yīng)用非常廣泛,不僅能用在天然氣輸送高速離心壓縮機(jī)上,還能用在高速機(jī)床加工中心、飛輪儲能以及特種工況分布式發(fā)電系統(tǒng)等工況,但由于其速度高、損耗密度大,會存在轉(zhuǎn)子強(qiáng)度和溫升過高等問題,使超高速兆瓦級永磁電機(jī)的研究存在較大難度。國內(nèi)外對超高速兆瓦級永磁電機(jī)缺少設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和規(guī)律,冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其溫升計(jì)算等方面存在一定的難度。首先,本文基于1.2MW,18000r/min壓縮機(jī)用超高速兆瓦級永磁電機(jī),對超高速兆瓦級永磁電機(jī)的定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、電機(jī)極數(shù)和槽數(shù)配合、永磁體材料的選擇、氣隙大小選取等對電機(jī)性能的影響進(jìn)行研究,總結(jié)出超高速兆瓦級永磁電機(jī)設(shè)計(jì)方法及規(guī)律。其次,研究高壓高速電機(jī)的扁銅線繞組高頻銅耗。采用2D有限元的方法對扁銅線繞組高頻下的交流銅耗進(jìn)行研究,分析了電流頻率和載波比、槽口高度、導(dǎo)體尺寸和位置、并繞根數(shù)對繞組交流銅耗的影,并采用基于有限元法改進(jìn)的Taguchi算法優(yōu)化出不同頻率下扁銅線的最佳寬厚比。最后提出了一種能夠降低并繞導(dǎo)體之間環(huán)流的新型的極相組線圈之間的換位連接方式。此外,研究了電機(jī)的定子不同位置的磁化特點(diǎn)和提出一種考慮兩種磁化方式、趨膚效應(yīng)以及諧波的鐵耗計(jì)算模型,搭建了實(shí)際的變頻器電路模型,采用瞬態(tài)場路結(jié)合有限元法對轉(zhuǎn)子渦流損耗進(jìn)行分析,并分析了定子斜槽角度、不同氣隙長度以及逆變器載波比對轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響。最后針對超高速兆瓦級永磁電機(jī)功率密度和損耗密度大、散熱困難的問題,采用定子水冷與轉(zhuǎn)子和定子槽內(nèi)風(fēng)冷相結(jié)合的冷卻方式,機(jī)殼采用螺旋水道,轉(zhuǎn)子和定子槽風(fēng)道采用軸向通風(fēng)道,建立了溫度場計(jì)算模型,分析了流風(fēng)速、水流速以及螺旋水道寬度對電機(jī)各個(gè)部位溫度的影響。
[Abstract]:High speed motor can be directly connected with the load, which saves the traditional speed box. The volume of the traditional motor is larger than that of the high speed motor, and the volume of the equipment can be reduced by adopting the direct drive mode of the high speed motor. It can also reduce vibration noise and improve the transmission efficiency of the system. High speed motor is widely used not only in natural gas conveying high speed centrifugal compressor but also in high speed machine tool machining center. Flywheel energy storage and special conditions of distributed power generation system, but because of its high speed and loss density, there will be high rotor strength and temperature rise problems. It is very difficult to study super high speed megawatt permanent magnet motor. The design experience and rule of super high speed megawatt permanent magnet motor are lacking at home and abroad. There are some difficulties in the design of cooling system and the calculation of temperature rise. Firstly, based on 1.2MW 18000r / min compressor, super high speed megawatt permanent magnet motor is used in this paper. The effects of stator and rotor structure of super high speed megawatt permanent magnet motor, the number of poles and slots of the motor, the selection of permanent magnet material and the selection of air gap on the performance of the motor are studied. Summarize the design method and law of super high speed megawatt permanent magnet motor. Secondly. The high frequency copper consumption of the flat copper wire winding of high voltage high speed motor is studied. The AC copper consumption of the flat copper wire winding at high frequency is studied by 2D finite element method. The current frequency, carrier wave ratio and slot height are analyzed. The size and position of the conductor, and the number of winding roots on the AC winding of the shadow of copper consumption. The Taguchi algorithm based on the finite element method is used to optimize the optimum width-thickness ratio of the rectangular copper wire at different frequencies. Finally, a new type of pole-phase coils which can reduce the circulation between conductors is proposed. Transposition connection. The magnetization characteristics of motor stator at different positions are studied, and a calculation model of iron consumption considering two magnetization modes, skin effect and harmonic is proposed, and an actual inverter circuit model is built. The rotor eddy current loss is analyzed by transient field circuit and finite element method, and the stator slant angle is analyzed. The influence of different air gap length and carrier ratio of inverter on rotor eddy current loss. Finally, aiming at the problem of high power density and loss density of super high speed megawatt permanent magnet motor, it is difficult to dissipate heat. The cooling mode of stator water cooling combined with rotor and air cooling in stator slot is adopted. The spiral channel is used in the shell and the axial ventilation channel is used in the rotor and stator slot air duct. The temperature field calculation model is established and the flow velocity is analyzed. The effect of water velocity and the width of spiral channel on the temperature of various parts of the motor.
【學(xué)位授予單位】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TM351

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本文編號：1413706