750kW观光艇推进用混合永磁同步电动机研究

发布时间：2017-08-05 10:30

  本文关键词：750kW观光艇推进用混合永磁同步电动机研究

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【摘要】：观光艇推进用永磁同步电动机主要采用钕铁硼永磁材料,其制造成本昂贵,低速直驱推进用电机的极数较多,永磁辅助式磁阻同步电机作为推进电机其结构太复杂,并且功率因数低,因此提出了混合永磁同步电机这种新型结构。混合永磁同步电动机转子磁钢槽少,使用了钕铁硼和铁氧体两种永磁材料,从而使得混合永磁同步电动机的空载气隙磁密幅值介于钕铁硼永磁同步电动机和铁氧体永磁同步电动机之间,而转矩可以达到两者同样的转矩,还可以比较充分的利用磁阻转矩。本文首先介绍了观光艇推进电机的发展趋势和推进用永磁同步电动机的研究现状,仿真分析了750kW推进用不同极槽配合不同转子结构的混合永磁同步电动机,通过对电磁性能和成本进行比较,得到比较好的极槽配合和转子结构,然后对混合永磁同步电动机、纯钕铁硼永磁同步电动机和纯铁氧体永磁同步电动机这三种电机进行电磁比较,主要分析了其矩角特性特点,评估了三种电机进行性价比,得到混合永磁同步电动机有一定的性价比优势,另外对混合永磁同步电动机的铁氧体磁钢厚度、极间间距和磁钢位置进行了优化设计,保证了铁氧体磁钢不会受到电枢反应而发生不可逆去磁,同时降低了电机的转矩脉动。然后基于多物理场仿真平台对混合永磁同步电动机的应力安全进行评估,对转子磁桥进行了优化,并验证其结构的安全性,同时运用温度场分析原理对混合永磁同步电动机的温度场进行仿真分析,得到电机额定工况下的不同冷却方式下的温度分布,仿真说明该750kW电机需要水冷系统,并验证了其温升在安全范围内。文章还对混合永磁同步电动机的钕铁硼和铁氧体永磁在磁钢受温升和短路影响的磁钢退磁情况进行讨论,得到钕铁硼磁钢在各种情况下是安全的,而铁氧体磁钢在两相短路的情况下会发生不可逆退磁。最后对1.5kW的铁氧体永磁同步电动机和混合永磁同步电动机进行了样机试制,介绍了样机试制过程和实验过程,并将实验结果与仿真结果进行了对比,说明混合永磁同步电动机有一定的研究价值。
【关键词】：观光艇 混合永磁同步电动机 多物理场仿真 不可逆退磁 实验研究
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM341
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 引言8-13
• 1.1 课题研究的目的与意义8
• 1.2 观光艇推进用电机的发展状况8-12
• 1.2.1 船用推进系统的发展趋势8-9
• 1.2.2 船用推进电机发展9-10
• 1.2.3 推进永磁电动机研究现状10-12
• 1.3 本文研究内容12-13
• 第2章 750kW混合永磁同步电动机结构研究13-39
• 2.1 推进混合永磁电动机的要求和初步设计13-16
• 2.1.1 混合永磁同步电动机的技术要求13-14
• 2.1.2 混合永磁同步电动机的初步设计14
• 2.1.3 基于Maxwell RMxprt混合永磁同步电机的方案设计14-16
• 2.2 不同极槽配合的比较16-23
• 2.2.1 混合永磁同步电动机不同转子结构16-17
• 2.2.2 16极96槽电动机17-19
• 2.2.3 20极120槽电动机19-21
• 2.2.4 24极144槽电动机21-22
• 2.2.5 三种极槽配合结果比较22-23
• 2.3 三种永磁同步电动机比较23-30
• 2.3.1 三种永磁同步电动机的结构比较23-24
• 2.3.2 三种永磁同步电动机的电磁仿真比较24-28
• 2.3.4 三种永磁同步电动机性价比比较28-30
• 2.4 混合永磁同步电动机转子结构优化30-38
• 2.4.1 磁钢厚度的优化30-34
• 2.4.2 磁钢位置尺寸的优化34-38
• 2.5 本章小结38-39
• 第3章 混合永磁同步电动机安全性研究39-61
• 3.1 混合永磁同步电动机的结构应力安全分析39-43
• 3.2 混合永磁同步电动机温度安全性分析43-53
• 3.2.1 永磁同步电动机温度场分析原理43-48
• 3.2.2 混合永磁同步电动机温度场仿真48-52
• 3.2.3 正常工况下电机磁钢退磁分析52-53
• 3.3 短路工况下电动机磁钢安全性分析53-60
• 3.3.1 匝间短路对磁钢性能影响53-57
• 3.3.2 两相相间短路磁钢的退磁分析57-58
• 3.3.3 三相相短路磁钢的退磁分析58-60
• 3.4 本章小结60-61
• 第4章 样机试制与实验61-77
• 4.1 样机的电磁设计61-67
• 4.1.1 样机的性能指标及结构61-62
• 4.1.2 三种样机的电磁仿真62-65
• 4.1.3 混合永磁同步电动机振动与噪声仿真65-67
• 4.2 样机的试制过程67-71
• 4.2.1 铁氧体永磁同步电动机试制过程67-69
• 4.2.2 混合永磁同步电动机试制过程69-71
• 4.3 样机实验71-76
• 4.3.1 样机空载实验71-73
• 4.3.2 样机负载实验73-74
• 4.3.3 样机振动与噪声实验74-76
• 4.4 本章小结76-77
• 第5章 全文总结77-79
• 参考文献79-82
• 致谢82-83
• 附录83

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