100kW、50000r/min高速永磁同步电机的设计与分析
发布时间：2021-02-19 22:32
由于高速电机本身转速高,功率密度大,其体积远小于功率相同的中低速电机,减少材料消耗,降低成本;由于高速电机可与负载直接相连,省去变速装置,可减小噪声,同时提高了传动系统的效率。由于高速电机的这些优点,使其在储能飞轮、循环制冷系统、高速磨床、纺织等场合有良好的应用前景。同时,高速电机的这些特点使得它与传统电机相比,在设计过程中存在一些技术上的难题,考虑的因素比较多,于是本文以一台100kW、50000r/min的高速永磁同步电机为研究对象,在电磁设计、转子强度、损耗计算与温度场计算方面对该电机进行全面分析。主要研究内容如下:首先,根据高速电机的特点进行高速永磁电机定、转子的结构设计,其中包括对转子外径和长度的选择、永磁材料的选择、电机极数的选取、定子铁心材料的选择、定子铁心结构的确定以及定子绕组的设计进行分析研究,通过有限元软件对100kW、50000r/min的高速永磁同步电机进行电磁设计,确定该电机各部分的尺寸和材料,并对该电机的空载特性以及负载特性进行有限元分析,验证电机设计的合理性。其次,对转子强度进行理论分析,利用ANSYS Workbench软件建立电机转子强度分析的转子有限...
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题的背景及意义
1.2 高速电机国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 课题主要研究内容
第2章 高速永磁同步电机的电磁设计
2.1 高速永磁同步电机的转子设计
2.1.1 转子外径和长度的选择
2.1.2 永磁体材料的选择
2.1.3 极数的选择
2.2 高速永磁同步电机的定子设计
2.2.1 定子铁心材料的选择
2.2.2 定子铁心结构的设计
2.2.3 定子绕组的设计
2.3 高速永磁同步电机主要参数的确定
2.4 基于有限元的电磁特性仿真
2.4.1 空载特性仿真
2.4.2 负载特性仿真
2.5 本章小结
第3章 高速永磁同步电机的转子强度分析
3.1 转子强度的理论分析
3.1.1 过盈量的确定
3.1.2 保护套与永磁体之间的压应力分析
3.1.3 永磁体强度解析分析
3.1.4 保护套强度解析分析
3.2 转子强度的有限元分析
3.3 不同永磁体结构的转子强度分析
3.4 不同磁极间填充材料的转子强度分析
3.5 温度对转子应力的影响
3.6 转速对转子应力的影响
3.7 过盈量对转子应力的影响
3.8 保护套厚度对转子应力的影响
3.9 永磁体极弧系数对转子应力的影响
3.10 本章小结
第4章 高速永磁同步电机的损耗计算
4.1 定子铁耗的计算
4.1.1 定子铁心的磁化特点
4.1.2 铁耗计算模型
4.1.3 损耗系数的确定
4.1.4 解析法与有限单元法的对比
4.2 定子绕组铜耗的计算
4.3 转子表面风摩损耗的计算
4.3.1 基于解析法的转子表面风摩损耗计算
4.3.2 基于有限元方法的转子表面风摩损耗计算
4.3.3 不同因素对转子表面风摩损耗的影响
4.4 永磁体涡流损耗的计算
4.5 本章小结
第5章 高速永磁同步电机的温度场计算
5.1 电机传热的基本知识
5.2 电机温度场仿真的流程示意图
5.3 模型的建立与边界条件的加载
5.4 定子槽内绝缘的等效
5.5 机壳表面的散热系数和绕组端部的对流传热系数
5.6 机壳水路冷却的对流传热系数
5.7 温度场分析
5.8 温度影响因素分析
5.8.1 风道风速对温度分布的影响
5.8.2 水道水速对温度分布的影响
5.9 本章小结
第6章 全文总结
参考文献
在学研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]高速永磁同步电机的转子结构强度分析研究[J]. 李振平,占彦. 机电工程. 2016(07)
[2]高速电机发展与设计综述[J]. 张凤阁,杜光辉,王天煜,刘光伟. 电工技术学报. 2016(07)
[3]高速永磁电机设计与分析技术综述[J]. 董剑宁,黄允凯,金龙,林鹤云. 中国电机工程学报. 2014(27)
[4]兆瓦级高速永磁电机通风系统设计与转子表面风摩耗研究[J]. 张凤阁,杜光辉,王天煜,黄娜,曹文平. 电机与控制学报. 2014(02)
[5]高速永磁电机转子不同保护措施的强度分析[J]. 张凤阁,杜光辉,王天煜,黄娜. 中国电机工程学报. 2013(S1)
[6]碳纤维绑扎表贴式高速永磁电机转子强度分析[J]. 王保俊,毕刘新,陈亮亮,杨平西,祝长生. 浙江大学学报(工学版). 2013(12)
[7]高速永磁电机的损耗计算与温度场分析[J]. 孔晓光,王凤翔,邢军强. 电工技术学报. 2012(09)
[8]基于有限元法的高速永磁转子强度分析[J]. 张涛,朱熀秋,孙晓东,杨泽斌. 电机与控制学报. 2012(06)
[9]高速永磁发电机冷却流道结构双维度连续量子蚁群优化的温度场计算[J]. 殷巧玉,李伟力,张晓晨. 中国电机工程学报. 2011(36)
[10]超高速永磁同步发电机的多复合结构电磁场及温度场计算[J]. 张晓晨,李伟力,邱洪波,程树康. 中国电机工程学报. 2011(30)
博士论文
[1]高速永磁发电机转子涡流损耗优化及对温度分布影响的研究[D]. 邱洪波.哈尔滨理工大学 2014
[2]高速永磁电机定子损耗和温升研究[D]. 孔晓光.沈阳工业大学 2011
[3]高速永磁电机转子损耗及通风散热研究[D]. 邢军强.沈阳工业大学 2011
[4]高速永磁同步电机的损耗分析与温度场计算[D]. 江善林.哈尔滨工业大学 2010
[5]高速永磁电机转子综合设计方法及动力学特性的研究[D]. 王天煜.沈阳工业大学 2010
硕士论文
[1]280kW高速感应电动机的设计与分析[D]. 李玉超.沈阳工业大学 2015
[2]兆瓦级高速永磁电机冷却系统设计与传热特性分析[D]. 宋姝临.沈阳工业大学 2014
[3]兆瓦级高速永磁同步电动机的电磁设计与损耗分析[D]. 黄娜.沈阳工业大学 2013
[4]高速永磁同步电机损耗及热特性的研究[D]. 孙芝茵.哈尔滨工业大学 2011
[5]高速永磁电机转子特性分析及结构优化设计[D]. 方程.沈阳工业大学 2010
[6]基于场路结合高速永磁电机电磁设计与特性分析方法的研究[D]. 张颖博.沈阳工业大学 2010
[7]高速永磁电机损耗计算与热分析[D]. 徐云龙.沈阳工业大学 2009
[8]高速永磁电机流体场分析与温升计算[D]. 张殿海.沈阳工业大学 2009
[9]基于FLUENT的静压轴承流场及温度场研究[D]. 张艳芹.哈尔滨理工大学 2007
[10]高速永磁发电机定子结构设计及其损耗计算[D]. 于涛.沈阳工业大学 2006
本文编号：3041785
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题的背景及意义
1.2 高速电机国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 课题主要研究内容
第2章 高速永磁同步电机的电磁设计
2.1 高速永磁同步电机的转子设计
2.1.1 转子外径和长度的选择
2.1.2 永磁体材料的选择
2.1.3 极数的选择
2.2 高速永磁同步电机的定子设计
2.2.1 定子铁心材料的选择
2.2.2 定子铁心结构的设计
2.2.3 定子绕组的设计
2.3 高速永磁同步电机主要参数的确定
2.4 基于有限元的电磁特性仿真
2.4.1 空载特性仿真
2.4.2 负载特性仿真
2.5 本章小结
第3章 高速永磁同步电机的转子强度分析
3.1 转子强度的理论分析
3.1.1 过盈量的确定
3.1.2 保护套与永磁体之间的压应力分析
3.1.3 永磁体强度解析分析
3.1.4 保护套强度解析分析
3.2 转子强度的有限元分析
3.3 不同永磁体结构的转子强度分析
3.4 不同磁极间填充材料的转子强度分析
3.5 温度对转子应力的影响
3.6 转速对转子应力的影响
3.7 过盈量对转子应力的影响
3.8 保护套厚度对转子应力的影响
3.9 永磁体极弧系数对转子应力的影响
3.10 本章小结
第4章 高速永磁同步电机的损耗计算
4.1 定子铁耗的计算
4.1.1 定子铁心的磁化特点
4.1.2 铁耗计算模型
4.1.3 损耗系数的确定
4.1.4 解析法与有限单元法的对比
4.2 定子绕组铜耗的计算
4.3 转子表面风摩损耗的计算
4.3.1 基于解析法的转子表面风摩损耗计算
4.3.2 基于有限元方法的转子表面风摩损耗计算
4.3.3 不同因素对转子表面风摩损耗的影响
4.4 永磁体涡流损耗的计算
4.5 本章小结
第5章 高速永磁同步电机的温度场计算
5.1 电机传热的基本知识
5.2 电机温度场仿真的流程示意图
5.3 模型的建立与边界条件的加载
5.4 定子槽内绝缘的等效
5.5 机壳表面的散热系数和绕组端部的对流传热系数
5.6 机壳水路冷却的对流传热系数
5.7 温度场分析
5.8 温度影响因素分析
5.8.1 风道风速对温度分布的影响
5.8.2 水道水速对温度分布的影响
5.9 本章小结
第6章 全文总结
参考文献
在学研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]高速永磁同步电机的转子结构强度分析研究[J]. 李振平,占彦. 机电工程. 2016(07)
[2]高速电机发展与设计综述[J]. 张凤阁,杜光辉,王天煜,刘光伟. 电工技术学报. 2016(07)
[3]高速永磁电机设计与分析技术综述[J]. 董剑宁,黄允凯,金龙,林鹤云. 中国电机工程学报. 2014(27)
[4]兆瓦级高速永磁电机通风系统设计与转子表面风摩耗研究[J]. 张凤阁,杜光辉,王天煜,黄娜,曹文平. 电机与控制学报. 2014(02)
[5]高速永磁电机转子不同保护措施的强度分析[J]. 张凤阁,杜光辉,王天煜,黄娜. 中国电机工程学报. 2013(S1)
[6]碳纤维绑扎表贴式高速永磁电机转子强度分析[J]. 王保俊,毕刘新,陈亮亮,杨平西,祝长生. 浙江大学学报(工学版). 2013(12)
[7]高速永磁电机的损耗计算与温度场分析[J]. 孔晓光,王凤翔,邢军强. 电工技术学报. 2012(09)
[8]基于有限元法的高速永磁转子强度分析[J]. 张涛,朱熀秋,孙晓东,杨泽斌. 电机与控制学报. 2012(06)
[9]高速永磁发电机冷却流道结构双维度连续量子蚁群优化的温度场计算[J]. 殷巧玉,李伟力,张晓晨. 中国电机工程学报. 2011(36)
[10]超高速永磁同步发电机的多复合结构电磁场及温度场计算[J]. 张晓晨,李伟力,邱洪波,程树康. 中国电机工程学报. 2011(30)
博士论文
[1]高速永磁发电机转子涡流损耗优化及对温度分布影响的研究[D]. 邱洪波.哈尔滨理工大学 2014
[2]高速永磁电机定子损耗和温升研究[D]. 孔晓光.沈阳工业大学 2011
[3]高速永磁电机转子损耗及通风散热研究[D]. 邢军强.沈阳工业大学 2011
[4]高速永磁同步电机的损耗分析与温度场计算[D]. 江善林.哈尔滨工业大学 2010
[5]高速永磁电机转子综合设计方法及动力学特性的研究[D]. 王天煜.沈阳工业大学 2010
硕士论文
[1]280kW高速感应电动机的设计与分析[D]. 李玉超.沈阳工业大学 2015
[2]兆瓦级高速永磁电机冷却系统设计与传热特性分析[D]. 宋姝临.沈阳工业大学 2014
[3]兆瓦级高速永磁同步电动机的电磁设计与损耗分析[D]. 黄娜.沈阳工业大学 2013
[4]高速永磁同步电机损耗及热特性的研究[D]. 孙芝茵.哈尔滨工业大学 2011
[5]高速永磁电机转子特性分析及结构优化设计[D]. 方程.沈阳工业大学 2010
[6]基于场路结合高速永磁电机电磁设计与特性分析方法的研究[D]. 张颖博.沈阳工业大学 2010
[7]高速永磁电机损耗计算与热分析[D]. 徐云龙.沈阳工业大学 2009
[8]高速永磁电机流体场分析与温升计算[D]. 张殿海.沈阳工业大学 2009
[9]基于FLUENT的静压轴承流场及温度场研究[D]. 张艳芹.哈尔滨理工大学 2007
[10]高速永磁发电机定子结构设计及其损耗计算[D]. 于涛.沈阳工业大学 2006
本文编号：3041785
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