余度永磁同步发电机设计优化及加速寿命试验研究

发布时间：2020-04-07 00:11

【摘要】：永磁同步发电机具有结构简单、体积小、效率高、可靠性高等一系列优点,在航空航天设备中得到广泛应用。为了进一步提高航空电源系统可靠性,将余度技术应用到永磁同步发电机设计中,设计双余度永磁同步发电机,与三相永磁同步发电机相比,一台双余度永磁同步发电机可以同时为两台用电设备供电,优化系统空间的同时提供电源备份的功能,可以保证重要设备的供电。文章根据余度永磁同步发电机的特点,对余度永磁同步发电机的主要结构参数及设计方法进行深入研究。在设计三相永磁同步发电机模型基础上,对电机绕组重新分配为双三相结构,两套三相绕组单独与整流器连接构成双余度永磁同步发电机,设计过程中通过对绕组结构的不同布置方式进行对比分析,结果表明双余度永磁同步发电机采用半球分布双层绕组的布置方式在保证输出性能的同时,两套绕组间耦合最少,故障情况下两套绕组间相互影响最小,对提升电机可靠性有积极作用。为进一步提升电机性能,采用遗传蚁群优化算法对电机结构参数进行优化。研究遗传蚁群算法的参数选取方法,并编写算法程序,采用该优化算法寻找已知函数的最小值,结果表明遗传蚁群优化算法具有很好的寻优能力,将优化算法应用到电机优化设计中,以提高电机效率、降低电机重量、降低短路电流为目标,以主要电机结构参数为优化变量编写优化程序,得到一组优化后的电磁方案,仿真分析优化前后电机输出性能,结果表明经过优化电机性能得到了提升。针对双余度永磁同步发电机可靠性高,寿命长的特点,对电机的加速寿命试验进行研究。根据电机的失效模式及失效机理,列写航天发电机故障树,确定电机的薄弱环节,分析表明电机运行过程中主要故障发生在定子绝缘上,以工作环境温度、运行转速、输出电压三个对绝缘寿命影响较大的应力作为加速应力,建立双余度永磁同步发电机的多应力加速寿命分布模型,研究加速应力数值的选取方法,制定加速寿命试验方案,并对电机进行试验分析,试验结果和分析结果一致。
【图文】：

图 2.2 余度发电机电磁部分结构g. 2.2 Electromagnetic structure of redundant gener 2.2 所示。表 2.2 10 极 12 槽永磁同步发电机的主要参数rameters of 10-pole 12-slot permanent magnet sync值 电机参数 6 定子外径/mm 10 定子内径/mm 12 气隙长度/mm 75% 铁心轴长/mm 中建模，铁心硅钢片采用 M19/24G，永磁00r/min，定子绕组均分为两套三相绕组 J载提供直流电，J1 套绕组外部整流电路 J1 相同。

对两种电机进行空载分析，图2.4 为两种分布方式下电机空载磁场分布图，其中 a 为单层绕组，b 为双层绕组，从图2.4 中可以看出在空载情况下两种电机的磁场分布基本方式一致。a 单层绕组发电机空载磁场分布 b 双层绕组发电机空载磁场分布图 2.4 采用不同绕组时发电机空载磁场分布Fig. 2.4 No-load magnetic field distribution of generator with different windings图 2.5 为两种分布方式下空载反电势波形图，图 2.6 为反电势波形频谱分析结果。图 2.5 不同分布方式下电机反电势波形Fig. 2.5 Back EMF waveform of motor in different distribution mode图 2.6 不同分布方式下空载反电势频谱分析Fig. 2.6 Spectrum analysis of no-load back-EMF under different distribution modes从图 2.6 中可以看出，单双层绕组分布方式的反电势基波幅值分别为 316.72V 和305.93V，波形畸变率分别为 0.93%和 0.86%。单层绕组分布方式的反电势基波幅值及波形畸变率较双层绕组分布方式高，，这是因为单层分布具有较大的绕组系数，电机极槽配合相同时，采用单层绕组的绕组系数与采用双层绕组的绕组系数比为 1.035。对电机互感进行研究
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM341

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本文编号：2617187