【摘要】：永磁同步發(fā)電機具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、效率高、可靠性高等一系列優(yōu)點,在航空航天設備中得到廣泛應用。為了進一步提高航空電源系統(tǒng)可靠性,將余度技術應用到永磁同步發(fā)電機設計中,設計雙余度永磁同步發(fā)電機,與三相永磁同步發(fā)電機相比,一臺雙余度永磁同步發(fā)電機可以同時為兩臺用電設備供電,優(yōu)化系統(tǒng)空間的同時提供電源備份的功能,可以保證重要設備的供電。文章根據(jù)余度永磁同步發(fā)電機的特點,對余度永磁同步發(fā)電機的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)及設計方法進行深入研究。在設計三相永磁同步發(fā)電機模型基礎上,對電機繞組重新分配為雙三相結(jié)構(gòu),兩套三相繞組單獨與整流器連接構(gòu)成雙余度永磁同步發(fā)電機,設計過程中通過對繞組結(jié)構(gòu)的不同布置方式進行對比分析,結(jié)果表明雙余度永磁同步發(fā)電機采用半球分布雙層繞組的布置方式在保證輸出性能的同時,兩套繞組間耦合最少,故障情況下兩套繞組間相互影響最小,對提升電機可靠性有積極作用。為進一步提升電機性能,采用遺傳蟻群優(yōu)化算法對電機結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化。研究遺傳蟻群算法的參數(shù)選取方法,并編寫算法程序,采用該優(yōu)化算法尋找已知函數(shù)的最小值,結(jié)果表明遺傳蟻群優(yōu)化算法具有很好的尋優(yōu)能力,將優(yōu)化算法應用到電機優(yōu)化設計中,以提高電機效率、降低電機重量、降低短路電流為目標,以主要電機結(jié)構(gòu)參數(shù)為優(yōu)化變量編寫優(yōu)化程序,得到一組優(yōu)化后的電磁方案,仿真分析優(yōu)化前后電機輸出性能,結(jié)果表明經(jīng)過優(yōu)化電機性能得到了提升。針對雙余度永磁同步發(fā)電機可靠性高,壽命長的特點,對電機的加速壽命試驗進行研究。根據(jù)電機的失效模式及失效機理,列寫航天發(fā)電機故障樹,確定電機的薄弱環(huán)節(jié),分析表明電機運行過程中主要故障發(fā)生在定子絕緣上,以工作環(huán)境溫度、運行轉(zhuǎn)速、輸出電壓三個對絕緣壽命影響較大的應力作為加速應力,建立雙余度永磁同步發(fā)電機的多應力加速壽命分布模型,研究加速應力數(shù)值的選取方法,制定加速壽命試驗方案,并對電機進行試驗分析,試驗結(jié)果和分析結(jié)果一致。
【圖文】：

圖 2.2 余度發(fā)電機電磁部分結(jié)構(gòu)g. 2.2 Electromagnetic structure of redundant gener 2.2 所示。表 2.2 10 極 12 槽永磁同步發(fā)電機的主要參數(shù)rameters of 10-pole 12-slot permanent magnet sync值 電機參數(shù) 6 定子外徑/mm 10 定子內(nèi)徑/mm 12 氣隙長度/mm 75% 鐵心軸長/mm 中建模，鐵心硅鋼片采用 M19/24G，永磁00r/min，定子繞組均分為兩套三相繞組 J載提供直流電，J1 套繞組外部整流電路 J1 相同。

對兩種電機進行空載分析，圖2.4 為兩種分布方式下電機空載磁場分布圖，其中 a 為單層繞組，b 為雙層繞組，從圖2.4 中可以看出在空載情況下兩種電機的磁場分布基本方式一致。a 單層繞組發(fā)電機空載磁場分布 b 雙層繞組發(fā)電機空載磁場分布圖 2.4 采用不同繞組時發(fā)電機空載磁場分布Fig. 2.4 No-load magnetic field distribution of generator with different windings圖 2.5 為兩種分布方式下空載反電勢波形圖，圖 2.6 為反電勢波形頻譜分析結(jié)果。圖 2.5 不同分布方式下電機反電勢波形Fig. 2.5 Back EMF waveform of motor in different distribution mode圖 2.6 不同分布方式下空載反電勢頻譜分析Fig. 2.6 Spectrum analysis of no-load back-EMF under different distribution modes從圖 2.6 中可以看出，單雙層繞組分布方式的反電勢基波幅值分別為 316.72V 和305.93V，波形畸變率分別為 0.93%和 0.86%。單層繞組分布方式的反電勢基波幅值及波形畸變率較雙層繞組分布方式高，，這是因為單層分布具有較大的繞組系數(shù)，電機極槽配合相同時，采用單層繞組的繞組系數(shù)與采用雙層繞組的繞組系數(shù)比為 1.035。對電機互感進行研究
【學位授予單位】：沈陽工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM341

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