高速永磁同步電機具有功率密度高、效率高、動態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)點,因此被廣泛應(yīng)用于高速磨床、飛輪儲能系統(tǒng)、高速離心壓縮機等領(lǐng)域。然而,高速永磁同步電機的超高轉(zhuǎn)速使得高速永磁電機的設(shè)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(dǎo)致轉(zhuǎn)子表面渦流損耗較大。另外,高速永磁電機的高轉(zhuǎn)速也導(dǎo)致轉(zhuǎn)子冷卻散熱條件較差,綜合考慮,高速永磁電機的轉(zhuǎn)子溫升較高,極易造成永磁體高溫失磁,因此轉(zhuǎn)子渦流損耗的精確計算及轉(zhuǎn)子溫度場的準(zhǔn)確分析對高速永磁電機的設(shè)計具有重要的意義。其次,轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)子護套結(jié)構(gòu)方案開展深入的研究,以確保轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子體共振形變,誘發(fā)電機轉(zhuǎn)子掃鏜故障,因此開展高速永磁電機全頻域轉(zhuǎn)子動力學(xué)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(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：92 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－２三種不同的轉(zhuǎn)子拓撲結(jié)構(gòu)示意圖［３２］??

國內(nèi)學(xué)者關(guān)于高速電機轉(zhuǎn)子的應(yīng)力分布與模態(tài)分析方面也做了大量工作。萬??援等學(xué)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(zhuǎn)子各部件的冷態(tài)，熱態(tài)應(yīng)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(yīng)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(yīng)力大幅度增加。??應(yīng)力／ＭＰａ?應(yīng)力／ＭＰａ??ｒＨｌ?＾０４??－１?ｉ：１??Ｂｉ?＂?Ｂ：ｉ??（ａ）冷態(tài)護套周向應(yīng)力?（ｂ）冷態(tài)護套徑向應(yīng)力??ｆ?應(yīng)力／ＭＰａ?＾?應(yīng)力／ＭＰａ??Ｐ??－?７０５?１－４９??ｉｔｎ?ｍ??■?６７０?■?－７４??（ｃ）熱態(tài)護套周向應(yīng)力?（ｂ）熱態(tài)護套徑向應(yīng)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(yīng)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(xué)者采用二維平面應(yīng)力等效方式，通過數(shù)值解析方法對電機的應(yīng)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(xué)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(yīng)力場、??６??

的臨界轉(zhuǎn)速［５Ｑ】。杜光輝等學(xué)者對一臺撓性轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的動力學(xué)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(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的部件尺寸等因素對臨??界轉(zhuǎn)速的影響，最后進行了實驗驗證。圖１＿４為高速電機轉(zhuǎn)子有無葉輪結(jié)構(gòu)下轉(zhuǎn)子??結(jié)構(gòu)的一階與二階模態(tài)振型［５１］。張超、張濤等學(xué)者基于厚壁圓筒理論、等效圓環(huán)??法等理論公式推導(dǎo)了電機轉(zhuǎn)子的應(yīng)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(zhuǎn)子一階模態(tài)振型?（ｂ）無葉輪轉(zhuǎn)子二階模態(tài)振型??（ｃ）無葉輪轉(zhuǎn)子一階模態(tài)振型?（ｄ）無葉輪轉(zhuǎn)子二階模態(tài)振型??圖１－４有無葉輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)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(chǔ)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(xué)者對電機轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以在不??降低轉(zhuǎn)子機械強度的基礎(chǔ)上有效地降低轉(zhuǎn)子渦流損耗，進而降低轉(zhuǎn)子溫升［５４】。王??天煜等學(xué)者對碳纖維護套轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)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(chǔ)，對不同溫度結(jié)果下轉(zhuǎn)子永??磁體與護套的熱應(yīng)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(xué)、電磁性能均不相同，所以??７?

【參考文獻】：
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本文編號：3323146