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高速永磁电机损耗计算与热分析

作　者: 徐云龙
导　师: 王凤翔
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 电机与电器
关键词: 高速永磁电机铁耗系数损耗温升分析试验研究
分类号: TM351
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
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

高速永磁电机损耗计算与热分析

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