船用高功率密度永磁发电机电磁损耗研究

发布时间：2017-07-31 01:26

  本文关键词：船用高功率密度永磁发电机电磁损耗研究

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【摘要】：随着造船工业以及海洋工程的发展，船舶电力系统的规模和容量的不断升级，作为船舶的电力源泉，船用发电机的单机容量越来越大。永磁电机具有体积小、功率密度高、效率高等优点，作为船用发电机具有其独有的优势。特别是国家提倡推广节能高效电机的应用，永磁电机有着广阔的发展和应用前景。 船用发电机的工作环境恶劣，特别是对于功率密度较高的永磁电机，在提高功率密度的同时也造成单位体积的电磁损耗大，体积小则造成散热的困难，在船舶湿热的环境中，过高的温升可能会造成永磁体的不可逆热退磁。因此，，准确地计算电机的电磁损耗，通过对电机结构的优化设计，降低电机的电磁损耗，从而减小电机内部的热源，可以从根本上解决永磁电机温升过高的问题，保证电机的可靠运行，同时也实现了电机的节能高效。 本文以船用高功率密度永磁发电机的电磁损耗为研究对象，主要进行了以下研究工作。 首先，归纳总结了目前国内外学者对永磁电机转子涡流损耗和定子铁心损耗的计算方法，并基于有限元法，建立了所研究样机的电磁场数值计算模型。 其次，由于永磁同步电机转子涡流损耗主要是由谐波磁场造成的，包括绕组电流的时间谐波以及气隙磁导不均匀造成的空间谐波。定子开槽是造成气隙磁导变化的重要原因，本文研究了定子槽参数的变化对永磁电机电磁损耗的影响，包括槽型、槽开口大小、槽口高度和磁性槽楔磁导率，分析了这些参数变化时对谐波磁场以及各部分电磁损耗大小的影响。 然后，研究了不同的转子结构对电机电机电磁场以及电磁损耗的影响，包括不同的磁路结构、永磁体放置方式、以及护套材料和厚度。通过对比分析，研究各种类型转子结构的电磁场分布特点以及电磁损耗的大小。 最后，对样机进行试验，针对目前在实验中各部分电磁损耗难以直接测量的难题，介绍了一种间接测量的方法，将各部分电磁损耗从总损耗中分离出来。并将实验结果与计算结果进行对比，验证本文所采用计算模型的准确性。
【关键词】：永磁电机 电磁损耗 有限元法 谐波分析 损耗分离
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U665.1
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-7
• 目录7-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 课题背景及研究目的和意义9-10
• 1.2 永磁电机的发展10-11
• 1.3 永磁电机电磁损耗的研究现状11-13
• 1.3.1 永磁电机定子铁耗的研究现状11-12
• 1.3.2 永磁电机转子涡流损耗的研究现状12-13
• 1.4 本文主要研究内容13-15
• 第二章 永磁电机转子涡流损耗和定子铁耗的计算15-27
• 2.1 有限元法在电机电磁场分析中的应用15-17
• 2.2 基于有限元法的永磁电机电磁损耗计算17-19
• 2.2.1 永磁电机定子铁耗的计算方法17-18
• 2.2.2 永磁电机转子涡流损耗的计算方法18-19
• 2.3 基于 Ansoft 软件的有限元计算模型19-25
• 2.3.1 有限元仿真软件 Ansoft 简介19-20
• 2.3.2 基于 Ansoft 的有限元建模过程20-23
• 2.3.3 基于 Ansoft 的定转子磁场相对位置的判定23-25
• 2.4 本章小结25-27
• 第三章 定子槽参数对涡流损耗和铁耗的影响27-44
• 3.1 不同定子槽型对转子涡流损耗和定子铁耗的影响27-30
• 3.1.1 永磁电机的定子槽型27
• 3.1.2 采用不同槽型时谐波磁场和磁密分布的分析27-29
• 3.1.3 不同槽型时的转子涡流损耗和定子铁耗分析29-30
• 3.2 槽开口对转子涡流损耗和定子铁耗的影响30-34
• 3.2.1 槽开口对谐波磁场的影响30-32
• 3.2.2 槽开口大小对转子涡流损耗和定子铁耗的影响32-34
• 3.3 槽口高对转子涡流损耗和定子铁耗的影响34-39
• 3.3.1 槽口高对磁密分布的影响34-36
• 3.3.2 槽口高增加对漏磁系数的影响36-37
• 3.3.3 槽口高对电磁损耗的影响37-39
• 3.4 槽楔磁导率对永磁发电机电磁损耗的影响39-42
• 3.5 本章小结42-44
• 第四章 转子结构对转子涡流损耗和定子铁耗的影响44-64
• 4.1 永磁发电机转子磁路结构分析44-45
• 4.2 面贴式和内置式永磁电机的电磁场及电磁损耗分析45-51
• 4.2.1 不同转子磁路结构时的电磁场分析46-50
• 4.2.2 不同转子磁路结构时发电机的电磁损耗50-51
• 4.3 U 型和 W 型磁路结构的永磁发电机电磁场及电磁损耗分析51-57
• 4.3.1 U 型和 W 型永磁发电机电磁场分析52-55
• 4.3.2 U 型和 W 型磁路结构发电机的电磁损耗55-56
• 4.3.3 U 型和 W 型磁路结构对漏磁系数的影响56-57
• 4.4 护套对面贴式永磁发电机电磁损耗的影响57-63
• 4.4.1 护套材料对电磁损耗的影响57-60
• 4.4.2 护套厚度对电磁损耗的影响60-63
• 4.5 本章小结63-64
• 第五章 永磁同步电机转子涡流损耗和定子铁耗的测试研究64-73
• 5.1 永磁发电机样机的设计方案64-66
• 5.2 永磁电机电磁损耗的实验测量方法66-67
• 5.3 永磁发电机电磁损耗实验67-72
• 5.3.1 实验过程67-68
• 5.3.2 实验数据的处理68-72
• 5.4 本章小结72-73
• 第六章 总结与展望73-75
• 参考文献75-79
• 致谢79-80
• 攻读硕士学位期间发表或录用的论文80-82

【参考文献】

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本文编号：596902