高速永磁电机损耗计算与热分析

发布时间：2017-04-14 10:03

  本文关键词：高速永磁电机损耗计算与热分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 高速永磁电机具有转速高、电机尺寸小、功率密度大、效率高等显著优点,所以高速永磁电机有广阔的应用前景,如在高速压缩机、储能飞轮、纺织、高速磨床等方面的应用。由于燃气轮机驱动的高速发电机体积小,具有较高的机动性,也可作为独立电源或小型电站,弥补集中式供电的不足,具有重要的实用价值。 高速电机的优点是速度高,体积小和功率密度大,然而随之而来的缺点是单位体积的损耗大,以及因散热面积小造成的散热困难。永磁体的温升过高会引起永磁体的退磁,所以准确计算电机内部的损耗,合理设计通风散热,对高速电机尤其重要。因此,本文以高速永磁电机的定转子损耗及热分析为研究对象,进行了一系列的理论研究和试验验证。 首先,对定子硅钢片的损耗特性进行了测量,对定子铁耗进行了分析计算。由于高频的影响,定子铁心损耗在工频时的计算方法已不再适合于高速电机,其材料参数也将发生变化。本文研究了高频下硅钢片损耗的测试方法;基于测量结果,分别对传统铁耗计算模型和铁耗分离计算模型进行了回归分析,确定了两种铁耗模型的使用范围;对高速永磁电机的磁场进行了有限元分析,得到了电机铁心各点的磁通密度波形及变化规律,结合所测量的损耗曲线和确定的铁耗模型对铁心损耗进行了计算;并分析了不同工作状态和不同定子结构对定子铁耗的影响。 其次,对转子中的涡流损耗、风磨耗及绕组铜耗分别进行了分析。分析了转子护套和永磁体中的涡流损耗,研究了不同工作状态和不同定子结构对转子损耗的影响;计算了在不同旋转速度和不同通风时的风磨耗;考虑了频率对电阻的影响,计算了定子绕组的铜耗。 然后,将各个损耗的计算结果耦合到电机的二维热分析模型中,得到了电机定、转子稳态温升。探讨了定子结构对电机定、转子稳态温升的影响。 最后,以额定转速为60000r/min的高速永磁电机为试验样机,进行了初步的损耗温升试验;测量了电机在不同转速下空载运行时定、转子温升及总损耗,并对各部分损耗进行了分离;通过与计算结果的对比,部分验证了损耗计算的正确性。
【关键词】：高速永磁电机 铁耗系数 损耗 温升分析 试验研究
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM351
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 课题的来源及意义10-12
• 1.2 高速电机损耗及热分析的国内外研究现状12-15
• 1.2.1 国外研究现状12-15
• 1.2.2 国内研究现状15
• 1.3 课题研究的主要内容15-17
• 第二章 定子铁耗的计算与分析17-41
• 2.1 引言17
• 2.2 铁耗计算模型17-18
• 2.2.1 传统铁耗计算模型17
• 2.2.2 分离铁耗计算模型17-18
• 2.3 硅钢片材料损耗特性的测量18-27
• 2.3.1 硅钢片磁性能的测量原理及方法18-22
• 2.3.2 轧制方向对硅钢片磁性能的影响22-25
• 2.3.3 对不同频率铁耗曲线的测量及分析25-27
• 2.4 高速电机的磁场分析及损耗计算27-40
• 2.4.1 高速永磁电机的磁密分析及损耗计算方法28-34
• 2.4.2 谐波对定子铁心损耗的影响34-37
• 2.4.3 不同槽数对高速电机定子损耗的影响37-40
• 2.5 本章小结40-41
• 第三章 高速永磁电机转子损耗的分析41-51
• 3.1 引言41
• 3.2 高速永磁电机转子涡流损耗的分析41-47
• 3.2.1 永磁电机转子涡流损耗分析41-43
• 3.2.2 电流谐波对转子涡流损耗的影响43-45
• 3.2.3 定子槽数对转子涡流损耗的影响45-47
• 3.3 高速永磁电机转子表面的风摩损耗47-50
• 3.3.1 高速电机风磨耗的解析法47-49
• 3.3.2 解析法与有限体积法的对比49-50
• 3.4 本章小结50-51
• 第四章 高速永磁电机的热分析51-64
• 4.1 引言51-52
• 4.2 热传递的方式52-53
• 4.3 电机热分析模型53-54
• 4.4 温度场计算条件54-59
• 4.4.1 发热源的求取54-56
• 4.4.2 导热系数的确定56-57
• 4.4.3 散热系数的确定57-58
• 4.4.4 对流边界条件的确定58-59
• 4.5 热模型仿真结果及分析59-63
• 4.5.1 高速永磁电机定子的稳态温升59-61
• 4.5.2 高速永磁电机转子的稳态温升61-63
• 4.6 本章小结63-64
• 第五章 高速永磁电机损耗与温升的试验研究64-72
• 5.1 引言64
• 5.2 高速电机样机的研制64-66
• 5.3 电机的损耗试验66-70
• 5.3.1 高速电机总损耗的测量66-68
• 5.3.2 高速电机不同损耗的分离68-70
• 5.4 电机的温升试验70-71
• 5.5 本章小结71-72
• 第六章 结论72-74
• 6.1 全文总结72-73
• 6.2 进一步研究工作展望73-74
• 参考文献74-77
• 在学研究成果77-78
• 致谢78

【引证文献】

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本文编号：305731