Halbach阵列混合励磁脉冲发电机的研究

发布时间：2020-02-17 23:25

【摘要】：脉冲发电机(Pulsed Alternator,简称PA)集转子惯性储能、机电能量转换与功率调节于一体,被认为是最具潜力的电磁发射用高功率脉冲功率源。混合励磁脉冲发电机具有高能量密度、高功率密度及高可调节性等优点,为将脉冲发电机与混合励磁结构融合在一起的新型拓扑结构,许多关键问题需要深入研究。本文提出了新型Halbach阵列混合励磁脉冲发电机,并针对以下几个方面展开研究:结合解析法与有限元法,对Halbach阵列混合励磁脉冲发电机电磁场展开研究。从功率密度与能量密度考虑,确定电机的拓扑结构。通过解析与有限元计算结果,表明Halbach阵列永磁结构的优点。根据电机电磁计算参数,建立三维电磁场模型,验证了电磁设计的正确性。对比分析了不同结构脉冲发电机放电过程中电磁场变化规律与放电特性,并分析了Halbach阵列混合励磁脉冲发电机负载时损耗与电磁力分布。脉冲发电机的强电枢反应及电励磁磁势会使永磁体产生退磁,还需考虑电机瞬态放电的温升退磁。利用有限元软件分析了外磁场及温升对磁钢的退磁影响,分别对不同放电情况与不同温度下永磁体的退磁进行评估,并采用动态退磁曲线来评估高风险退磁点。脉冲发电机放电过程中会产生强脉冲电流与强冲击转矩,因此放电过程中的温升与电磁力的准确分析是评估电机运行风险,保证电机正常运行关键。本文采用电磁场—温度场—应力场耦合分析模型分析了两种不同运行状态下各部件的温升与应力分布。
【图文】：

.2 国内外研究现状Halbach 阵列混合励磁脉冲发电机由 Halbach 结构、混合励磁结构与脉冲发三者结合而成，因此对于脉冲发电机、Halbach 结构、混合励磁结构了解十分。本节将先介绍脉冲发电机原理及发展现状，然后是混合励磁结构的发展，最绍 Halbach 结构的发展现状。.2.1 脉冲发电机工作原理及国内外研究现状.2.1.1 脉冲发电机工作原理美国德克萨斯大学机电中心（CEM-UT）W. F. Weldon 等人 1978 年在交流机的基础上发明了补偿式交流脉冲发电机，其原理是采用一定的补偿结构在绕组放电时将磁通压缩在气隙以降低电枢电感提高输出电流。它与普通的同电机的区别就是采用了补偿结构，根据补偿结构的不同，补偿方式分为主动补动补偿、选择被动补偿，其电感特性与输出特性如图 1-1 所示。主动补偿产生尖峰脉冲电流，适合闪光灯、电热化学炮等负载；被动补偿产生的正弦型电流通过输出电路调节满足不同负载；选择被动补偿产生平顶波，适合轨道炮负载

研制的脉冲发电机发展历史简图，CEM-UT 的脉冲发电机可分扑结构如表 1-1 所示。表 1-1 CEM-UT 研制的 CPA 样机拓扑结构脉冲发电机 拓扑结构一代：铁芯 CPAIron Core CPA）单相，铁芯，旋转励磁，6 极，被动补偿，外部励磁，实心转子结构二代：小口径炮用 CPASmall Caliber CPA）单相，空芯，旋转双电枢，2 极，被动补偿，自激，实心转子结构三代：加农口径炮用 CPACannon Caliber CPA）单相，空芯，旋转电枢，4 极，选择被动补偿，自激，实心转子结构四代：模型比例 CPASubscale FTP CPA）单相，空芯，旋转励磁，6 极，无补偿，自激，空芯转子结构五代：高级关键技术 CPAAdvanced FTP CPA）四相，空芯，旋转励磁，4 极，无补偿，自激，高级轮缘转子结构
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM31

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本文编号：2580539