發(fā)布時間：2021-08-05 05:20

　　高速永磁同步電機具有功率密度高、效率高、動態(tài)響應快等優(yōu)點,因此被廣泛應用于高速磨床、飛輪儲能系統(tǒng)、高速離心壓縮機等領域。然而,高速永磁同步電機的超高轉速使得高速永磁電機的設計與分析具有一些新的特點,如高速永磁電機頻率高,時間和空間諧波遠大于常規(guī)永磁電機,導致轉子表面渦流損耗較大。另外,高速永磁電機的高轉速也導致轉子冷卻散熱條件較差,綜合考慮,高速永磁電機的轉子溫升較高,極易造成永磁體高溫失磁,因此轉子渦流損耗的精確計算及轉子溫度場的準確分析對高速永磁電機的設計具有重要的意義。其次,轉子高速旋轉,轉子表面受到的離心力較大,常規(guī)的永磁體護套方案不能滿足永磁轉子的安全穩(wěn)定運行,甚至可能會發(fā)生永磁體斷裂和護套形變過大等故障,因此亟需對高速永磁電機的轉子護套結構方案開展深入的研究,以確保轉子及永磁體安全穩(wěn)定運行。此外,高速永磁電機運行頻率較寬,從啟動到穩(wěn)定運行需要穿越較大的頻帶,在此過程中,高速永磁電機極易發(fā)生共振,如果不能快速穿越共振頻域,極易造成轉子體共振形變,誘發(fā)電機轉子掃鏜故障,因此開展高速永磁電機全頻域轉子動力學分析,為高速永磁電機的啟動和運行控制提供數(shù)據(jù)支撐。針對上述問題,本文重點開... 

【文章來源】：北京交通大學北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：92 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－２三種不同的轉子拓撲結構示意圖［３２］??

國內(nèi)學者關于高速電機轉子的應力分布與模態(tài)分析方面也做了大量工作。萬??援等學者對碳纖維護套下，磁極間隔分別采用鋁合金、鈦合金、不銹鋼以及環(huán)氧??樹脂等材料下電機轉子各部件的冷態(tài)，熱態(tài)應力變化進行了分析［４５］。圖１－３為采??用鋁合金磁極間隔時冷態(tài)與熱態(tài)下碳纖維護套的周向、徑向應力變化，從圖中可??以看出，隨著溫度的升高，碳纖維護套上的應力大幅度增加。??應力／ＭＰａ?應力／ＭＰａ??ｒＨｌ?＾０４??－１?ｉ：１??Ｂｉ?＂?Ｂ：ｉ??（ａ）冷態(tài)護套周向應力?（ｂ）冷態(tài)護套徑向應力??ｆ?應力／ＭＰａ?＾?應力／ＭＰａ??Ｐ??－?７０５?１－４９??ｉｔｎ?ｍ??■?６７０?■?－７４??（ｃ）熱態(tài)護套周向應力?（ｂ）熱態(tài)護套徑向應力??圖１－３鋁合金磁極間隔時冷態(tài)與熱態(tài)下碳纖維護套應力變化［４５］??Ｆｉｇ．?１－３?Ｓｔｒｅｓｓ?ｃｈａｎｇｅ?ｏｆ?ｃａｒｂｏｎ?ｆｉｂｅｒ?ｓｌｅｅｖｅ?ｕｎｄｅｒ?ｃｏｌｄ?ａｎｄ?ｈｏｔ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ?ｗｉｔｈ?ａｌｕｍｉｎｕｍ?ａｌｌｏｙ?ｐｏｌｅ??ｉｎｔｅｒｖａｌ?［４５］??程文杰等學者采用二維平面應力等效方式，通過數(shù)值解析方法對電機的應力??場進行求解，并通過有限元法驗證了解析公式的正確性［４＼張鳳閣等學者基于多??物理場耦合計算，從電機護套采用碳纖維，不同的合金鋼材料時電機的應力場、??６??

的臨界轉速［５Ｑ】。杜光輝等學者對一臺撓性轉子結構的動力學特性進行了求解與分??析，主要考慮了電機的葉輪作用，軸承剛度以及轉子結構的部件尺寸等因素對臨??界轉速的影響，最后進行了實驗驗證。圖１＿４為高速電機轉子有無葉輪結構下轉子??結構的一階與二階模態(tài)振型［５１］。張超、張濤等學者基于厚壁圓筒理論、等效圓環(huán)??法等理論公式推導了電機轉子的應力場解析計算方法，并通過有限元法進行了對??比驗證［５２—５３】。??（ａ）無葉輪轉子一階模態(tài)振型?（ｂ）無葉輪轉子二階模態(tài)振型??（ｃ）無葉輪轉子一階模態(tài)振型?（ｄ）無葉輪轉子二階模態(tài)振型??圖１－４有無葉輪轉子結構的模態(tài)振型ｔ５１］??Ｆｉｇ．?１－４?Ｍｏｄａｌ?ｍｏｄｅ?ｗｉｔｈ?ｏｒ?ｗｉｔｈｏｕｔ?ｉｍｐｅｌｌｅｒ?ｒｏｔｏｒ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ＾５?＾??在計算電機的某一單一物理場的基礎上，很多文獻對高速永磁電機的多物理場??進行了比較。Ｆａｎｇ?Ｈａｉｙａｎｇ等學者對電機轉子采用鉻鎳鐵合金、鈦合金以及碳纖維??材料時候電機的機械強度，電磁損耗，溫度變化以及轉子臨界轉速等方面進行了??計算與分析，并且提出了一種鈦合金護套多層嵌套的護套結構，該結構可以在不??降低轉子機械強度的基礎上有效地降低轉子渦流損耗，進而降低轉子溫升［５４】。王??天煜等學者對碳纖維護套轉子結構的高速永磁同步電機進行了三維流－熱－固耦合??計算，從而得到了電機的溫升變化情況，以此為基礎，對不同溫度結果下轉子永??磁體與護套的熱應力變化進行了對比分析［５５】。??１．２．３不同護套材料的材料性能及工藝對比分析??由于奧氏體不銹鋼、碳纖維以及鈦合金材料的力學、電磁性能均不相同，所以??７?

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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本文編號：3323146