加载用高速永磁同步发电机的研究
发布时间：2022-04-21 22:11
高速电机具有功率密度大、体积小、动态响应较快、效率高等特点,在工业领域得到广泛应用。由于高速电机朝着更高转速、更大功率趋势发展,这对高速电机的加载测试系统提出了更高的要求。针对传统同轴连接的测试方法在高转速下存在系列问题,提出了基于发电机电磁转矩的非接触式电磁加载方法。发电机作为加载电机,其性能的的优劣直接影响着加载的效果,因此本文以加载用永磁同步发电机为研究对象,针对加载系统转子动力学特性问题、加载用永磁同步发电机综合设计和优化及基于磁场解析的性能分析和优化进行了相应的研究与分析。首先,介绍基于发电机电磁转矩的非接触式电磁加载的结构和原理,以一台被测电动机为例,利用ANSYS软件中的APDL对被测电动机转子轴系和接有发电机转子的加载系统转子轴系进行动力学建模与仿真,对比分析发电机转子对转子轴系临界转速和振型的影响,在此基础上,进一步研究分析了发电机转子尺寸对系统轴系的临界转速的影响规律。其次,在满足临界转速安全裕量条件下的转子尺寸限制条件的基础上,结合转子强度限制条件及电机电磁设计中的主要尺寸公式,对加载用发电机转子进行综合设计。利用磁路法和有限元法对加载用永磁同步发电机的定子部分进...
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题的背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 高速电机的研究现状
1.2.2 高速电机测试系统的研究现状
1.2.3 转子动力学分析的研究现状
1.2.4 电机磁场解析的研究现状
1.3 本论文主要研究内容
第2章 加载系统转子动力学分析
2.1 引言
2.2 基于发电机电磁转矩的加载系统结构与原理
2.3 被测电动机转子动力学模型建立与特性分析
2.3.1 被测电动机转子动力学计算模型
2.3.2 被测电动机转子临界转速与振型
2.4 加载系统转子动力学模型建立与特性分析
2.4.1 加载系统转子动力学计算模型
2.4.2 加载系统转子临界转速与振型
2.5 加载用PMSG转子尺寸对临界转速的影响
2.6 本章小结
第3章 加载用PMSG综合设计与优化
3.1 引言
3.2 加载用PMSG转子综合设计
3.2.1 转子动力学约束
3.2.2 机械强度约束
3.2.3 电磁约束
3.2.4 转子综合设计
3.3 加载用PMSG定子设计
3.3.1 定子有槽结构
3.3.2 定子无槽结构
3.3.3 绕组背绕式结构
3.4 加载用PMSG电机结构尺寸优化
3.4.1 转子尺寸优化
3.4.2 定子内外槽尺寸优化
3.5 本章小结
第4章 加载用PMSG磁场解析与转矩特性分析
4.1 引言
4.2 空载磁场解析与齿槽转矩计算
4.2.1 各子域矢量磁位解析
4.2.2 交界条件与谐波系数求解
4.2.3 空载气隙磁场解析的有限元验证
4.2.4 基于空载气隙磁场的齿槽转矩计算与优化
4.3 电枢反应磁场解析与主电感计算
4.3.1 电密分布函数
4.3.2 各子域矢量磁位解析
4.3.3 交界条件与谐波系数求解
4.3.4 电枢反应气隙磁场解析的有限元验证
4.3.5 基于电枢反应磁场的能量法电机主电感计算
4.4 电机电磁转矩计算与特性分析
4.4.1 负载气隙磁场求解与有限元验证
4.4.2 基于负载气隙磁场的电磁转矩计算与转矩波动优化
4.4.3 电磁转矩-电流系数及与电机电感关系的研究
4.5 本章小结
第5章 加载用PMSG实验研究
5.1 引言
5.2 加载用PMSG样机基本参数及加载测试系统
5.2.1 加载用PMSG样机基本参数
5.2.2 高速电机加载测试平台
5.2.3 加载转矩测取结构
5.3 PMSG静态与空载实验
5.3.1 静态实验
5.3.2 空载实验
5.4 PMSG转矩加载实验
5.5 本章小结
结论
参考文献
附录
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]高速电主轴电磁加载的切向力分析[J]. 张铝镓,刘宏昭. 机械科学与技术. 2017(06)
[2]新型结构高速无槽永磁同步电机研究[J]. 寇宝泉,曹海川,张晓晨. 电机与控制学报. 2016(06)
[3]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)
[4]表贴式高速永磁电机多场耦合转子设计[J]. 吴震宇,曲荣海,李健,方海洋. 电机与控制学报. 2016(02)
[5]1.12MW高速永磁电机多物理场综合设计[J]. 张凤阁,杜光辉,王天煜,王凤翔,Wenping CAO,王大朋. 电工技术学报. 2015(12)
[6]新型双层Halbach永磁阵列的解析分析[J]. 寇宝泉,曹海川,李伟力,张晓晨. 电工技术学报. 2015(10)
[7]考虑开槽时永磁无刷直流电机气隙磁场的解析计算[J]. 周羽,李槐树,周石,曹晴. 中国电机工程学报. 2014(S1)
[8]基于交流同步发电机电磁转矩的电动机加载方法研究[J]. 韩冬,王连明. 东北师大学报(自然科学版). 2014(03)
[9]基于多物理场的高速永磁电机转子护套研究[J]. 张凤阁,杜光辉,王天煜,CAO Wen-ping. 电机与控制学报. 2014(06)
[10]考虑开槽的分数槽集中绕组永磁同步电机电枢反应磁场解析计算[J]. 林福,左曙光,马琮淦,谭钦文. 电工技术学报. 2014(05)
博士论文
[1]高速永磁电机综合设计方法的研究[D]. 董剑宁.东南大学 2015
[2]电感集成式高速无槽永磁同步电机的研究[D]. 曹海川.哈尔滨工业大学 2015
[3]高速永磁无刷电机多场综合分析及无位置传感器控制[D]. 郝鹤.浙江大学 2013
[4]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]兆瓦级超高速永磁电机转子动力学几个关键问题的研究[D]. 刘利军.沈阳工业大学 2017
[2]飞轮储能用高速永磁同步电机设计及关键技术研究[D]. 鲍海静.哈尔滨工业大学 2014
[3]高速电机转子系统动力学特性分析[D]. 徐爱杰.哈尔滨工业大学 2012
[4]微型燃气轮机—高速发电机转子动态特性分析[D]. 陈宇.沈阳工业大学 2007
本文编号：3646687
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题的背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 高速电机的研究现状
1.2.2 高速电机测试系统的研究现状
1.2.3 转子动力学分析的研究现状
1.2.4 电机磁场解析的研究现状
1.3 本论文主要研究内容
第2章 加载系统转子动力学分析
2.1 引言
2.2 基于发电机电磁转矩的加载系统结构与原理
2.3 被测电动机转子动力学模型建立与特性分析
2.3.1 被测电动机转子动力学计算模型
2.3.2 被测电动机转子临界转速与振型
2.4 加载系统转子动力学模型建立与特性分析
2.4.1 加载系统转子动力学计算模型
2.4.2 加载系统转子临界转速与振型
2.5 加载用PMSG转子尺寸对临界转速的影响
2.6 本章小结
第3章 加载用PMSG综合设计与优化
3.1 引言
3.2 加载用PMSG转子综合设计
3.2.1 转子动力学约束
3.2.2 机械强度约束
3.2.3 电磁约束
3.2.4 转子综合设计
3.3 加载用PMSG定子设计
3.3.1 定子有槽结构
3.3.2 定子无槽结构
3.3.3 绕组背绕式结构
3.4 加载用PMSG电机结构尺寸优化
3.4.1 转子尺寸优化
3.4.2 定子内外槽尺寸优化
3.5 本章小结
第4章 加载用PMSG磁场解析与转矩特性分析
4.1 引言
4.2 空载磁场解析与齿槽转矩计算
4.2.1 各子域矢量磁位解析
4.2.2 交界条件与谐波系数求解
4.2.3 空载气隙磁场解析的有限元验证
4.2.4 基于空载气隙磁场的齿槽转矩计算与优化
4.3 电枢反应磁场解析与主电感计算
4.3.1 电密分布函数
4.3.2 各子域矢量磁位解析
4.3.3 交界条件与谐波系数求解
4.3.4 电枢反应气隙磁场解析的有限元验证
4.3.5 基于电枢反应磁场的能量法电机主电感计算
4.4 电机电磁转矩计算与特性分析
4.4.1 负载气隙磁场求解与有限元验证
4.4.2 基于负载气隙磁场的电磁转矩计算与转矩波动优化
4.4.3 电磁转矩-电流系数及与电机电感关系的研究
4.5 本章小结
第5章 加载用PMSG实验研究
5.1 引言
5.2 加载用PMSG样机基本参数及加载测试系统
5.2.1 加载用PMSG样机基本参数
5.2.2 高速电机加载测试平台
5.2.3 加载转矩测取结构
5.3 PMSG静态与空载实验
5.3.1 静态实验
5.3.2 空载实验
5.4 PMSG转矩加载实验
5.5 本章小结
结论
参考文献
附录
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]高速电主轴电磁加载的切向力分析[J]. 张铝镓,刘宏昭. 机械科学与技术. 2017(06)
[2]新型结构高速无槽永磁同步电机研究[J]. 寇宝泉,曹海川,张晓晨. 电机与控制学报. 2016(06)
[3]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)
[4]表贴式高速永磁电机多场耦合转子设计[J]. 吴震宇,曲荣海,李健,方海洋. 电机与控制学报. 2016(02)
[5]1.12MW高速永磁电机多物理场综合设计[J]. 张凤阁,杜光辉,王天煜,王凤翔,Wenping CAO,王大朋. 电工技术学报. 2015(12)
[6]新型双层Halbach永磁阵列的解析分析[J]. 寇宝泉,曹海川,李伟力,张晓晨. 电工技术学报. 2015(10)
[7]考虑开槽时永磁无刷直流电机气隙磁场的解析计算[J]. 周羽,李槐树,周石,曹晴. 中国电机工程学报. 2014(S1)
[8]基于交流同步发电机电磁转矩的电动机加载方法研究[J]. 韩冬,王连明. 东北师大学报(自然科学版). 2014(03)
[9]基于多物理场的高速永磁电机转子护套研究[J]. 张凤阁,杜光辉,王天煜,CAO Wen-ping. 电机与控制学报. 2014(06)
[10]考虑开槽的分数槽集中绕组永磁同步电机电枢反应磁场解析计算[J]. 林福,左曙光,马琮淦,谭钦文. 电工技术学报. 2014(05)
博士论文
[1]高速永磁电机综合设计方法的研究[D]. 董剑宁.东南大学 2015
[2]电感集成式高速无槽永磁同步电机的研究[D]. 曹海川.哈尔滨工业大学 2015
[3]高速永磁无刷电机多场综合分析及无位置传感器控制[D]. 郝鹤.浙江大学 2013
[4]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]兆瓦级超高速永磁电机转子动力学几个关键问题的研究[D]. 刘利军.沈阳工业大学 2017
[2]飞轮储能用高速永磁同步电机设计及关键技术研究[D]. 鲍海静.哈尔滨工业大学 2014
[3]高速电机转子系统动力学特性分析[D]. 徐爱杰.哈尔滨工业大学 2012
[4]微型燃气轮机—高速发电机转子动态特性分析[D]. 陈宇.沈阳工业大学 2007
本文编号：3646687
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