350kW永磁推进电机设计及其温升计算

发布时间：2017-05-04 19:17

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【摘要】：舰船推进系统作为舰船动力的核心，是舰船生命力的保障。近些年来随着稀土永磁材料的更新换代以及永磁电机设计技术的提高，永磁同步电动机的发展日新月异。永磁同步电动机具有结构简单、运行可靠、体积小、功率密度高、噪声低等一系列特点，由其为核心的舰船永磁电机电力推进系统正在逐步取代传统的直流电动机电力推进系统以及机械推进系统。因此，，对永磁推进电机的研究已成为国内外舰船电力推进系统的研究重点。而电机的温升影响到电机的性能、运行可靠性和使用寿命，温升的准确计算与分析对于永磁推进电机来说具有十分重要的意义。本文即是对应用于舰船电力推进系统的350kW永磁推进电机展开研究。 首先，根据所提出的永磁推进电机性能技术指标进行电机设计，确定电机的电磁负荷、各部分主要尺寸等，采用有限元法对所设计样机进行电磁场数值计算，得到样机的电磁参数包括磁密分布、空载反电势、气隙磁密等，验证所设计的350kW永磁推进电机的电磁设计方案的合理性。 其次，对样机运行时所产生的各种损耗进行研究。采用有限元法重点计算了样机定子铁心损耗、转子铁心损耗以及永磁体涡流损耗。研究了这三种损耗在空载、额定负载以及额定负载标准正弦电流加入谐波电流供电时的损耗变化规律，并进行归纳总结。此外，还对定子铁心不同位置所受磁化方式进行分析，给出了绕组铜耗和机械损耗的计算方法。 最后，建立样机三维模型，研究稳态温度场的基本理论，并对样机计算模型做出部分等效处理，计算样机各部分生热率、导热系数以及水冷系统的水道散热系数。采用有限元方法计算样机的稳态温度场，得到样机的温度分布，找到温度最高点，并且计算在不同的冷却水流速下，样机各部分的平均温升。本文对于同类型的350kW永磁推进电机的设计和优化具有一定的参考价值。
【关键词】：永磁推进电机 电磁设计 损耗计算 有限元 温升
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U665.11;TM302
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-13
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 课题国内外研究现状10-12
• 1.2.1 永磁推进电机研究现状10-11
• 1.2.2 电机损耗研究现状11
• 1.2.3 电机温升研究现状11-12
• 1.3 课题的研究内容12-13
• 第2章 350kW 永磁推进电机设计13-23
• 2.1 永磁同步电动机基本工作原理13-14
• 2.2 350KW 永磁推进电机电磁设计14-19
• 2.2.1 电机技术指标要求14
• 2.2.2 电机主要外形尺寸设计14-15
• 2.2.3 电磁负荷设计15-16
• 2.2.4 转子磁路结构的选择16-17
• 2.2.5 永磁体的选择及设计17-18
• 2.2.6 定子参数设计及电枢长度的确定18
• 2.2.7 样机主要性能参数18-19
• 2.3 350KW 永磁推进电机有限元分析19-22
• 2.3.1 空载有限元计算19-21
• 2.3.2 额定负载有限元计算21-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第3章 350kW 永磁推进电机损耗的分析与计算23-40
• 3.1 永磁推进电机铁耗计算模型23-26
• 3.1.1 传统铁耗计算模型23-24
• 3.1.2 Bertotti 铁耗分离计算模型24-26
• 3.2 永磁推进电机定子铁心损耗的分析与计算26-33
• 3.2.1 定子铁心磁场分析26-30
• 3.2.2 定子铁心损耗有限元计算30-31
• 3.2.3 定子铁心损耗变化规律31-33
• 3.3 永磁推进电机转子杂散损耗有限元计算33-37
• 3.3.1 转子铁心损耗有限元计算33-35
• 3.3.2 永磁体涡流损耗有限元计算35-37
• 3.4 绕组铜耗37-38
• 3.5 机械损耗38-39
• 3.6 本章小结39-40
• 第4章 350kW 永磁推进电机温升的分析与计算40-52
• 4.1 电机温度场计算方法40
• 4.2 电机的冷却系统40-41
• 4.3 永磁推进电机温度场有限元计算41-51
• 4.3.1 电机稳态温度场的基本理论41-43
• 4.3.2 电机物理模型等效处理43
• 4.3.3 电机生热率43-44
• 4.3.4 电机各部分导热系数44-45
• 4.3.5 电机水道散热系数45-46
• 4.3.6 样机温度场计算与分析46-51
• 4.4 本章小结51-52
• 第5章 结论52-53
• 参考文献53-56
• 在学研究成果56-57
• 致谢57

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 任修明,杨德望;舰船推进电机设计发展展望[J];船电技术;2002年05期

2 曾祥铭;;永磁推进电机的电枢反应与应对措施[J];船电技术;2005年06期

3 寿海明;冀路明;马守军;;现代船用推进电机技术研究[J];船电技术;2007年01期

4 张大为;汤蕴t

本文编号：345666