發(fā)布時間：2018-03-28 06:55

  本文選題：高速永磁同步發(fā)電機　切入點：渦流損耗　出處：《哈爾濱理工大學(xué)》2014年博士論文

【摘要】：高速永磁發(fā)電機具有體積小、噪音低、動態(tài)響應(yīng)快、功率密度大、傳動系統(tǒng)效率高等優(yōu)點,已成為微型燃氣輪機分布式供能系統(tǒng)的關(guān)鍵發(fā)電設(shè)備,滿足微型燃氣輪機發(fā)電系統(tǒng)朝著小型化和集成化方向發(fā)展的要求。作為便攜電源的發(fā)電設(shè)備,高速永磁發(fā)電機已廣泛應(yīng)用在軍事、醫(yī)療、礦山救助等領(lǐng)域；作為機械形式的不間斷電源(飛輪儲能)與化學(xué)儲能相比具有環(huán)境友好、壽命長等優(yōu)勢,可以廣泛應(yīng)用在航天、工業(yè)、通訊機網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等領(lǐng)域。高速永磁電機轉(zhuǎn)速高、功率密度大,同樣造成了電機單位損耗相對較大,而且氣隙內(nèi)的高頻磁場將直接在護套和永磁體內(nèi)產(chǎn)生渦流,形成渦流損耗,增加了轉(zhuǎn)子的溫升；由于永磁體在高溫環(huán)境下易出現(xiàn)熱退磁問題,而且相同功率電機體積小,轉(zhuǎn)子散熱相對困難,轉(zhuǎn)子內(nèi)的渦流損耗將直接威脅高速永磁發(fā)電機的安全運行,因此對于高速永磁發(fā)電機轉(zhuǎn)子渦流損耗準(zhǔn)確計算及降低轉(zhuǎn)子渦流損耗方面的研究具有重要意義。 針對定子背繞式繞組、轉(zhuǎn)子合金護套結(jié)構(gòu)的100kW級高速永磁電機的轉(zhuǎn)子渦流損耗開展了深入的研究,基于三維時步有限元計算方法,對高速永磁電機轉(zhuǎn)子渦流損耗進行了計算,深入研究了護套和永磁體內(nèi)渦流電密的分布規(guī)律；建立了轉(zhuǎn)子渦流損耗解析計算模型,對高速永磁電機護套和永磁體內(nèi)的渦流損耗進行了解析公式推導(dǎo),并與三維有限元渦流損耗計算結(jié)果進行了對比,突出體現(xiàn)了解析計算方法的快速性、通用性以及變量間影響關(guān)系明確的優(yōu)勢；分別利用三維有限元計算與解析計算方法,分析了護套軸向分段和永磁體圓周方向分段對轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響關(guān)系,揭示了轉(zhuǎn)子分段在減小轉(zhuǎn)子渦流損耗方面的作用機理,并提出了轉(zhuǎn)子永磁體分段數(shù)量確定的依據(jù)與準(zhǔn)則,滿足高速永磁電機降低轉(zhuǎn)子渦流損耗的設(shè)計要求。 在降低轉(zhuǎn)子渦流損耗方面,針對于轉(zhuǎn)子護套自身材料電磁特性對電機電磁場的影響進行了深入的研究；在給出護套材料電磁特性的基礎(chǔ)上,研究了護套材料的改變引起的電機電磁場、轉(zhuǎn)子表面渦流電密及損耗的變化情況；基于電磁場透入深度理論,提出了合金護套轉(zhuǎn)子表面鍍銅的方法,解決了高速永磁電機護套高渦流密度的問題,并與現(xiàn)有的永磁電機銅屏蔽方法進行了對比,驗證了轉(zhuǎn)子表面鍍銅在降低轉(zhuǎn)子渦流損耗方面的優(yōu)勢。 建立了永磁電機等效磁路模型,提出了永磁體漏磁系數(shù)迭代收斂的方法來確定永磁體勵磁邊界條件,采用向量磁位對不同磁導(dǎo)率護套的高速永磁發(fā)電機空載感應(yīng)電動勢進行了解析公式推導(dǎo)；改變永磁電機護套采用非鐵磁材料的思維,創(chuàng)新提出弱磁性護套高速永磁電機的結(jié)構(gòu)形式,充分發(fā)揮了弱磁性護套減小主磁路磁阻,提升永磁體工作點,提高永磁體材料利用率的優(yōu)勢,探索研究了護套磁導(dǎo)率對發(fā)電機空載感應(yīng)電動勢的影響,得出了護套磁導(dǎo)率調(diào)磁特性曲線；對定子繞組磁動勢進行面電流等效,基于磁場疊加原理,對發(fā)電機負載運行時氣隙及轉(zhuǎn)子護套內(nèi)的磁場進行了解析計算,根據(jù)坡印亭能量流傳定理,求出了護套磁導(dǎo)率不同時,高速永磁發(fā)電機定轉(zhuǎn)子間能量流傳的大小；同時結(jié)合時步有限元計算方法,對比研究了護套材料磁導(dǎo)率的變化對電機磁場分布的影響,揭示了永磁體工作點隨護套磁導(dǎo)率的變化規(guī)律,全面系統(tǒng)地分析了高速永磁電機主磁通、漏磁通、永磁體工作點間的相互影響關(guān)系,確定了護套磁導(dǎo)率的優(yōu)化策略,最大限度發(fā)揮弱磁性護套的優(yōu)勢；此外針對轉(zhuǎn)子護套電導(dǎo)率對轉(zhuǎn)子表面渦流損耗的影響進行了研究,綜合諧波透入深度理論、渦流損耗影響因素,深入闡述了轉(zhuǎn)子表面渦流損耗隨護套電導(dǎo)率的雙因素非線性變化機理,獲取了轉(zhuǎn)子渦流損耗相對較大時,轉(zhuǎn)子護套電導(dǎo)率的取值范圍。 建立電機電磁場與整流負載一體化仿真模型,構(gòu)建整流負載高速永磁發(fā)電機試驗系統(tǒng),對比研究三相橋式整流負載對電機電磁場的影響,結(jié)合傅里葉變換理論,對發(fā)電機輸出電壓和電流的諧波進行了分析,給出了發(fā)電機整流負載運行時電流的各次諧波占有率和電流諧波總畸變率；然后分別計算了發(fā)電機電阻性負載和整流負載運行時,電機轉(zhuǎn)子部分渦流損耗的變化,并對損耗變化的機理進行了研究；此外對比分析了這兩種負載狀態(tài)下發(fā)電機輸出電壓的變化情況,通過對非線性負載功率因數(shù)的計算,揭示了發(fā)電機輸出電壓變化的機理。 建立了高速永磁發(fā)電機的三維流體與溫度耦合計算模型,在電磁場損耗計算的基礎(chǔ)上,對發(fā)電機轉(zhuǎn)子護套材料、轉(zhuǎn)子復(fù)合結(jié)構(gòu)、護套電磁特性、負載性質(zhì)對電機內(nèi)溫度場的影響進行了研究,對比分析了不同轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)電機內(nèi)定轉(zhuǎn)子溫升變化情況,并給出了不同轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)下轉(zhuǎn)子永磁體溫度的分布,對防止高速永磁電機永磁體熱退磁具有重要的意義。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM313

【引證文獻】

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1 張鳳閣;杜光輝;王天煜;劉光偉;;高速電機發(fā)展與設(shè)計綜述[J];電工技術(shù)學(xué)報;2016年07期

2 孔漢;劉景林;;永磁體失磁對永磁伺服電機性能的影響研究[J];微特電機;2015年06期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 杜光輝;兆瓦級高速永磁電機關(guān)鍵問題研究[D];沈陽工業(yè)大學(xué);2015年

2 曹海川;電感集成式高速無槽永磁同步電機的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 唐守杰;車用永磁電機轉(zhuǎn)子渦流損耗研究與優(yōu)化[D];上海電機學(xué)院;2016年

2 楊智;船用高速永磁同步電動機的設(shè)計研究[D];中國艦船研究院;2015年

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本文編號：1675228