涡流式永磁调速器磁热场分析及散热研究

发布时间：2020-06-01 06:56

【摘要】：筒式永磁调速器具有软启动与过载保护、对中安装要求低、振动与噪声小、使用寿命长、调速范围广及节能效果显著等诸多优点,但筒式永磁调速器主要部件在某些运行工况下发热严重,影响永磁调速器正常工作。所以,本文对筒式永磁调速器运转过程中的温度场分布及散热情况进行研究就显得十分重要了。首先对电磁场基本理论进行了分析、推导,并基于这些理论利用ANSYS Workbench 17.1软件中的Maxwell 2D和Maxwell 3D模块对筒式永磁调速器的磁、涡流场进行了二维和三维有限元仿真分析。通过后处理结果对筒式永磁调速器磁感线、磁感应强度分布情况及铜环中涡电流分布情况进行了研究,并将铜环中涡流生成的热量作为筒式永磁调速器温度场分析的直接热源;对输出转矩、输出功率、涡流损耗功率随啮合面积、转差率的变化情况进行了分析,并对磁、涡流场二维、三维仿真结果进行了对比分析。在对工程传热学基本理论进行分析的基础上,利用ANSYS Workbench 17.1软件中的Maxwell 3D、Steady-state Thermal和Transient Thermal模块对筒式永磁调速器的稳态和瞬态温度场进行了磁热耦合有限元仿真分析。通过瞬态温度场仿真结果对筒式永磁调速器各部件的升温过程进行了研究;通过稳态温度场仿真结果对筒式永磁调速器各部件温度达到稳定状态时的分布情况进行了研究,并对铜环、永磁块最高温度随啮合面积、转速差的变化情况进行了分析;最后对瞬态、稳态温度场仿真结果进行了对比分析。为对筒式永磁调速器磁场、温度场有限元仿真结果的准确性进行验证,设计了筒式永磁调速器输出转矩及铜环、永磁块温度测量系统。对实验系统的组成与搭建进行了详细介绍,并对实验测量过程进行了具体的分析。实验后,将筒式永磁调速器在不同运行工况下的输出转矩实测值及铜环、永磁块最高温度实测值与有限元仿真结果进行对比分析,验证了本文用有限元方法对筒式永磁调速器磁场、温度场进行研究的准确性。最后,在对筒式永磁调速器磁热耦合分析的基础上,利用ANSYS Workbench17.1软件中的Maxwell 3D、Steady-state Thermal和Response Surface Optimization模块对筒式永磁调速器直肋和圆弧肋两种散热片结构进行了优化分析。优化后,采用直肋散热片进行散热,铜环、永磁块最高温度相比于优化前分别降低26.5%、20.9%,采用圆弧肋散热片进行散热,铜环、永磁块最高温度相比于优化前分别降低43%、33.9%。
【图文】：

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但永磁调速器长时间运转，，会产生大量热量，这些热量从热源部位通过对流方式向其他部位传递。当永磁调速器中永磁体温度超过其“工作永磁体磁性能会急剧下降，当超过其“居里温度（最大失磁温度）”时甚至会产生不可逆的永久性失磁作用。工作时永磁调速器主要部件温度为制约永磁调速器向更大功率推广的一个重要难题。所以，本文对永磁主要部件温度场进行研究，并对永磁调速器散热结构进行优化，使其达散热效果就显得尤为重要了。永磁调速技术概述（Overview of Permanent Magnet Sulation Technology）1 永磁调速器的分类永磁调速器由导体、永磁转子和调节机构 3 部分组成。其中，导体转子到电机轴上，永磁转子固定连接到负载轴上，导体转子和永磁转子之间两转子间通过磁力传递扭矩。按照转速调节方式的不同，可以将永磁调盘式和筒式两种类型。1）盘式永磁调速器

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调速器由导体、永磁转子和调节机构 3 部分组成。其中，导体机轴上，永磁转子固定连接到负载轴上，导体转子和永磁转子子间通过磁力传递扭矩。按照转速调节方式的不同，可以将永和筒式两种类型。式永磁调速器1、电机 2、铜盘 3、永磁体盘 4、调节机构 5、负载图 1-1 盘式永磁调速器结构简图Figure 1-1 Structural sketch of disc permanent magnet governor
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH132.46

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