高速永磁同步电机的设计与分析

发布时间：2020-10-30 17:11

　　 高速电机优点很多:功率密度大,材料用量少,成本低,提高了传动装置的效率,降低了噪声污染等。以上这些优点,使其在制冷系统、高速磨床设备、机械纺织等一些场合的应用前景非常被看好。同时这些优点也带来了很多技术难题,其与普通电机在设计方案上有很大的不同,本文以一台额定功率为300kW,额定转速为15000r/min的高速永磁同步电机为研究对象,对其电磁设计、转子强度、损耗计算以及温度场的计算进行了分析。主要研究内容如下:(1)阐述了高速永磁同步电机的特点,然后对电机定子和转子的结构进行设计。并根据其特点对电机的定子和转子进行结构设计,其中包括定、转子内外径的确定,铁心长度的选择,永磁体材料的选取,永磁电机极槽的配合,电机定子铁心材料的选择以及定子绕组的设计。运用Ansoft软件对300kW、15000r/min的高速永磁同步电机的空载特性和及负载特性进行了分析。论证了电机设计的合理性。(2)对转子各部分应力进行了理论分析与介绍,然后运用有限元软件建立了转子应力的二维分析模型。在对不同永磁体结构与采用不同护套的转子各部分应力进行计算与分析后,得出最佳方案。最后,计算与分析了转子应力在不同温度,转速,过盈量以及护套厚度下的变化趋势。(3)高速电机的损耗主要包括定子铁耗、定子绕组铜耗、涡流损耗和风摩损耗。电流谐波以及磁场的旋转磁化对定子铁耗影响很大,因此在铁耗计算时要考虑其影响;定子绕组铜耗的计算需要通过公式法来解决。涡流损耗受谐波影响很大,通过建立谐波电流的有限元法,计算涡流损耗。由于高速电机的转速远远高于普通电机,转子风摩耗随着转速的增加变得越来越不可忽略,建立流体仿真模型,采用有限元法对转子风摩耗进行了计算与分析。(4)在学习了流体运动理论的基础上,对电机的冷却系统进行了分析与设计,建立了合理的简化电机模型并设置了相应的边界条件。运用ANSYS软件计算了电机采用不同护套时的温度分布。最后分析了冷却风速、入口风温对电机温升的影响。
【学位单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM341
【部分图文】：

2.4 基于有限元的电磁特性仿真2.4.1 空载特性仿真应用Ansoft软件对电机进行有限元仿真，仿真模型如图2.1所示。从图2.1中可以可以明显看出在设计槽型尺寸的过程中为了电机的散热系统而预留的风道。在有限元软件的分析步骤中，我们取时间t=0.015s为参考。图2.2为电机的磁力线分布图，从图中可以看出漏磁现象完全可以忽略。图 2.3 为磁密云图，可以得出结论，磁通密度在电机定子齿部，轭部以及气隙处的分布均处在合理的范围内，理论上要求高速电机的最大磁通密度不能高于 1.8T，而图中磁通密度的最大值为 1.6213T，小于最大值。图2.4 为电机在空载状态运行时电压的反电势波形，从对仿真结果的分析中我们可以得出结论其有效值均约为 375V

应用Ansoft软件对电机进行有限元仿真，仿真模型如图2.1所示。从图2.1中可以可以明显看出在设计槽型尺寸的过程中为了电机的散热系统而预留的风道。在有限元软件的分析步骤中，我们取时间t=0.015s为参考。图2.2为电机的磁力线分布图，从图中可以看出漏磁现象完全可以忽略。图 2.3 为磁密云图，可以得出结论，磁通密度在电机定子齿部，轭部以及气隙处的分布均处在合理的范围内，理论上要求高速电机的最大磁通密度不能高于 1.8T，而图中磁通密度的最大值为 1.6213T，小于最大值。图2.4 为电机在空载状态运行时电压的反电势波形，从对仿真结果的分析中我们可以得出结论其有效值均约为 375V，满足电机相电压 380V 的性能要求。图 2.5 为电机在空载状态运行时电机气隙中的磁通密度随角度不断变化的仿真结果

图 2.1 高速电机的仿真模型 图 2.2 磁力线分布Fig. 2.1 The simulation model of Fig. 2.2 The distribution of
【参考文献】

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本文编号：2862771