航空用高速永磁发电机电磁设计与研究

发布时间：2017-10-28 11:12

  本文关键词：航空用高速永磁发电机电磁设计与研究

  更多相关文章： 高速永磁发电机 电磁设计 电压调整率 Taguchi方法 有限元方法

【摘要】：高速永磁发电机结构简单、体积小、重量轻、功率密度高,应用广泛,正在成为发电机领域内研究热点之一。在航空领域,对发电机体积和重量要求十分严格。在同等功率下,由于高速电机几何尺寸远远小于普通电机,使得电机在材料的使用、体积及重量上大大减小。此外,与普通励磁机发电机相比,由于永磁发电机的高磁能积及高矫顽力,进一步提高了电机的功率密度及可靠性,因此,高速永磁发电机在航空领域具有广大的应用前景。电机运行时,由于高速旋转及永磁体的励磁磁场难以调节带来的问题,使得高速永磁发电机在设计方法上与普通励磁发电机有很多不同之处。本文从电磁设计的角度,通过等效磁路及有限元两方面设计一台航空用高速永磁发电机代替三级式发电机,减小发电机的体积与重重,提高发电机的功率密度及运行性能。本文从高速永磁发电机的原理及运行性能入手,总结分析了高速永磁发电机的设计特点,对永磁材料、转子结构及永磁体保护套、硅钢片的选用依据进行了详细的叙述。应用等效磁路法初步确定高速永磁发电机的电磁设计基本参数;对不同槽数,不同极数的永磁发电机进行了比较,选取了合适的方案;分析了不同气隙、不同槽口宽度、不同磁化长度影响电压调整率的变化规律,得出了降低电压调整率的措施,并确定了各参数合理的取值范围;应用Taguchi优化设计方法建立了实验正交矩阵,针对优化设计目标,结合有限元法求解实验矩阵,得到了满足发电机性能的最佳设计参数组合。应用有限元法对所设计的永磁发电机的电磁设计方案进行建模仿真;对发电机空载磁场、负载磁场、谐波进行了深入的分析,结果验证了该电磁设计方案的合理性;通过两种发电机性能对比分析,结果证明了永磁发电机的优势。
【关键词】：高速永磁发电机 电磁设计 电压调整率 Taguchi方法 有限元方法
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM313
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 课题背景和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.2.1 国内相关课题研究现状10-12
• 1.2.2 国外相关课题研究现状12-13
• 1.3 课题的研究内容和方法13-14
• 第2章 高速永磁发电机基本原理14-25
• 2.1 引言14
• 2.2 高速永磁发电机结构14-16
• 2.2.1 高速永磁发电机定子结构14-15
• 2.2.2 高速永磁发电机转子结构15-16
• 2.3 永磁电机的等效磁路16-21
• 2.3.1 永磁体等效磁势源磁路16-17
• 2.3.2 永磁体等效磁通源磁路17-19
• 2.3.3 永磁电机一般等效磁路19-21
• 2.4 永磁发电机性能分析21-24
• 2.4.1 空载电动势和气隙合成电动势21-22
• 2.4.2 电压调整率22
• 2.4.3 电压波形畸变率22-23
• 2.4.4 短路电流倍数23-24
• 2.4.5 效率特性24
• 2.5 本章小结24-25
• 第3章 高速永磁发电机电磁设计25-37
• 3.1 引言25
• 3.2 高速永磁发电机设计特点25-33
• 3.2.1 高速永磁发电机设计目标26-27
• 3.2.2 永磁材料的选择27
• 3.2.3 转子结构及永磁体保护套的选择27-29
• 3.2.4 硅钢片的选择29
• 3.2.5 定子槽数的选择29-32
• 3.2.6 电机极数的选择32-33
• 3.3 电压调整率的研究33-36
• 3.3.1 电压调整率的影响因素33-34
• 3.3.2 气隙对电压调整率的变化规律34-35
• 3.3.3 槽口宽度对电压调整率的变化规律35
• 3.3.4 磁化长度对电压调整率的变化规律35-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第4章 高速永磁发电机优化设计与有限元分析37-53
• 4.1 引言37
• 4.2 TAGUCHI优化设计方法37-38
• 4.3 电磁场有限元法38-41
• 4.3.1 有限元法原理简介38-40
• 4.3.2 有限元分析软件简介40-41
• 4.4 高速永磁发电机有限元分析41-51
• 4.4.1 模型的建立41-43
• 4.4.2 基于Taguchi方法有限元分析结果43-44
• 4.4.3 空载磁场分析44-48
• 4.4.4 负载磁场分析48-51
• 4.4.5 发电机外特性分析51
• 4.5 发电机对比分析51-52
• 4.6 本章小结52-53
• 第5章 结论53-54
• 参考文献54-57
• 在学研究成果57-58
• 致谢58

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本文编号：1107982