盤式永磁同步電動(dòng)機(jī)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新型結(jié)構(gòu)高性能伺服電動(dòng)機(jī)，具有軸向尺寸短、重量輕、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)。可以制成多定子多轉(zhuǎn)子交錯(cuò)組成的多盤式結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)矩，特別適合于機(jī)器人和大力矩直接驅(qū)動(dòng)裝置。同時(shí)由于結(jié)構(gòu)原因，盤式電機(jī)的徑向尺寸受到一定限制，半徑太大會(huì)增加加工工藝的難度，有時(shí)相關(guān)的尺寸數(shù)據(jù)難以保證，為提高電機(jī)的輸出功率，一般采用多盤式結(jié)構(gòu)。 目前永磁電機(jī)正向著大功率化、高功能化和微型化方向發(fā)展，其中高力能密度和高效率是對(duì)各類永磁電機(jī)設(shè)計(jì)所提出的共同要求。本文本著提高電機(jī)的輸出功率的目的，在總結(jié)各種盤式永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)的基礎(chǔ)上提出了一種新型的基于Halbach陣列的多盤式無(wú)鐵心永磁同步電動(dòng)機(jī)，從提高電機(jī)的功率密度入手，將無(wú)鐵心結(jié)構(gòu)和Halbach型永磁體陣列應(yīng)用到其中。利用釹鐵硼永磁材料高矯頑力的優(yōu)異特性以及Halbach陣列的高聚磁作用來(lái)提高電機(jī)氣隙磁密，使無(wú)鐵心電機(jī)變成可能，同時(shí)Halbach陣列使軛部的磁通減小，可相應(yīng)少用或不用軛部。電機(jī)重量因此可以大幅度下降，在一定程度上也可降低電機(jī)的成本。
標(biāo)簽： 永磁同步電機(jī) 分 計(jì)算
上傳時(shí)間： 2013-07-06
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該文介紹了一種新型高壓發(fā)電機(jī)電力發(fā)生器,它無(wú)需升壓變壓器即可直接連接到電網(wǎng),其定子采用多層同心式繞組,槽內(nèi)導(dǎo)體為高壓電纜,高壓電纜的引入克服了傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)輸出電壓不能高于36kV的限制;并簡(jiǎn)要介紹了這種發(fā)電機(jī)的全新設(shè)計(jì)與應(yīng)用前景;最后針對(duì)電力發(fā)生器不同于傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu),借助有限元分析軟件進(jìn)行了端部的建模、端部磁場(chǎng)、端部漏抗與端部電磁力的求解.文中圍繞一模型樣機(jī),首先介紹了三維渦流場(chǎng)計(jì)算與利用磁場(chǎng)儲(chǔ)能進(jìn)行參數(shù)計(jì)算的理論基礎(chǔ).之后進(jìn)行了對(duì)定子端部區(qū)域的建模,由于電力發(fā)生器采用多層同心式繞組,其端部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,這對(duì)模型的建立、剖分都帶來(lái)了相當(dāng)大的難度.為了達(dá)到簡(jiǎn)化分析計(jì)算的目的,我們對(duì)所求解的實(shí)際模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理,并闡述了簡(jiǎn)化的理論根據(jù).在此基礎(chǔ)上,詳細(xì)介紹了如何利用有限元分析軟件ANSYS進(jìn)行具體分析計(jì)算,包括網(wǎng)格剖分、電流加載及邊界條件的處理.最后得出了端部磁場(chǎng)矢量分布圖,端部漏抗值及端部繞組的電磁力分布規(guī)律.該文采用了簡(jiǎn)化模型的方法進(jìn)行計(jì)算,為了驗(yàn)證簡(jiǎn)化的合理性,我們進(jìn)行了實(shí)例計(jì)算驗(yàn)證.結(jié)果表明,文中所采用的簡(jiǎn)化方法是合理的.該文所進(jìn)行端部磁場(chǎng)、端部漏抗及端部電磁力計(jì)算,為進(jìn)一步分析其他工況下電力發(fā)生器端部電磁力及振動(dòng)提供了參考.
上傳時(shí)間： 2013-06-26
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本文在分析干式電力變壓器絕緣結(jié)構(gòu)和電場(chǎng)分布特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，建立了四種電場(chǎng)分析模型：二維和三維高壓繞組電場(chǎng)分析模型、二維和三維端部電場(chǎng)分析模型。以SG10型H級(jí)絕緣空氣自冷干式變壓器為具體分析對(duì)象，采用ANSYS有限元分析軟件對(duì)四個(gè)電場(chǎng)模型進(jìn)行了有限元建模，并完成了有限元分析，得出相應(yīng)的干式電力變壓器絕緣的電場(chǎng)強(qiáng)度和分布分析結(jié)果。 在深入理解ANSYS有限元分析軟件接口的基礎(chǔ)上，編寫了以APDL參數(shù)化語(yǔ)言為基礎(chǔ)的命令流程序，并采用C++Builder6.0軟件編寫了實(shí)現(xiàn)模型修改和結(jié)果顯示的程序，完成了干式電力變壓器電場(chǎng)有限元分析系統(tǒng)的開發(fā)。應(yīng)用該軟件，用戶可以對(duì)四個(gè)模型的絕緣結(jié)構(gòu)尺寸、介電常數(shù)等參數(shù)直接進(jìn)行修改，在調(diào)用ANSYS軟件進(jìn)行有限元分析后，可以得到非常直觀的相應(yīng)干式電力變壓器絕緣的電場(chǎng)強(qiáng)度和分布結(jié)果，包括顯示電場(chǎng)的最大電場(chǎng)強(qiáng)度值及其位置，以及用圖像方式顯示模型的電場(chǎng)強(qiáng)度矢量圖利分布云圖。本文工作對(duì)于研究干式電力變壓器的電場(chǎng)分布以及絕緣合理設(shè)計(jì)具有工程意義。
標(biāo)簽： 電力變壓器 有限元分析 電場(chǎng)
上傳時(shí)間： 2013-06-26
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開發(fā)和研制無(wú)鐵心永磁電機(jī)是當(dāng)前電機(jī)領(lǐng)域的一項(xiàng)重要課題，無(wú)鐵心永磁電機(jī)可以解決傳統(tǒng)有鐵心電機(jī)存在的重量重、損耗高、振動(dòng)噪聲大等問(wèn)題。開發(fā)無(wú)鐵心永磁電機(jī)需要準(zhǔn)確計(jì)算電機(jī)的參數(shù)和性能，而實(shí)現(xiàn)這一任務(wù)的重要前提是獲得正確的磁場(chǎng)分布。無(wú)鐵心永磁電機(jī)氣隙外沒(méi)有鐵磁材料，其自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了無(wú)鐵心永磁電機(jī)的氣隙磁場(chǎng)屬于三維開域磁場(chǎng)，開域磁場(chǎng)工程問(wèn)題的計(jì)算是近年來(lái)計(jì)算電磁學(xué)的研究熱點(diǎn)之一。 本文的研究?jī)?nèi)容是國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展(863)計(jì)劃項(xiàng)目“新型稀土永磁電機(jī)設(shè)計(jì)與集成技術(shù)”的關(guān)鍵技術(shù)之一。針對(duì)無(wú)鐵心永磁電機(jī)的實(shí)際工程問(wèn)題，計(jì)算方法的選擇力求既能保證一定的計(jì)算精度，又能節(jié)約計(jì)算機(jī)內(nèi)存和CPU時(shí)間。根據(jù)對(duì)各種開域電磁場(chǎng)計(jì)算方法的分析比較，本文將漸近邊界條件法和有限元法結(jié)合解決無(wú)鐵心永磁電機(jī)三維開域磁場(chǎng)計(jì)算問(wèn)題。 本文主要由以下幾部分組成： 第一部分為無(wú)鐵心永磁電機(jī)三維開域磁場(chǎng)計(jì)算方法的研究。首先提出了基于標(biāo)量磁位的漸近邊界條件，建立了球形邊界的標(biāo)量磁位漸近邊界條件數(shù)學(xué)模型。為了盡可能減少節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，結(jié)合無(wú)鐵心永磁電機(jī)的具體結(jié)構(gòu)，推導(dǎo)了適合于盒形截?cái)噙吔绾蛨A柱形截?cái)噙吔缟虾?jiǎn)便易行的一階和二階標(biāo)量漸近邊界條件算子，該算子具有簡(jiǎn)單、有限元實(shí)施容易的特點(diǎn)。其次研究并建立了標(biāo)量漸近邊界條件與有限元法結(jié)合的三維開域靜磁場(chǎng)的數(shù)學(xué)模型，并提出具體的實(shí)施方法，推導(dǎo)出相應(yīng)的離散方程。通過(guò)對(duì)具有解析解的長(zhǎng)方永磁體三維開域磁場(chǎng)的實(shí)例計(jì)算，驗(yàn)證了方法和所編程序的正確性，并將漸近邊界條件法與截?cái)喾ㄔ谟?jì)算精度和人工外邊界距離方面做了比較。結(jié)果表明：在相同人工外邊界情況下，漸近邊界條件與截?cái)噙吔鐥l件相比，計(jì)算精度明顯提高，二階漸近邊界條件明顯優(yōu)于一階漸近邊界條件。與截?cái)喾ㄏ啾龋瑵u近邊界條件法更節(jié)約計(jì)算機(jī)內(nèi)存和CPU時(shí)間，比較好地處理了計(jì)算量與計(jì)算精度之間的矛盾。 第二部分針對(duì)Halbach陣列內(nèi)轉(zhuǎn)子無(wú)鐵心永磁電機(jī)三維開域磁場(chǎng)問(wèn)題進(jìn)行深入研究。利用漸近邊界條件法，定量地計(jì)算了在定轉(zhuǎn)子均無(wú)鐵心的情況下電機(jī)內(nèi)部及周圍磁場(chǎng)的大小，總結(jié)出了Halbach陣列無(wú)鐵心永磁電機(jī)磁場(chǎng)的空間分布規(guī)律。 第三部分針對(duì)不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的Halbach磁體陣列電機(jī)磁場(chǎng)問(wèn)題進(jìn)行對(duì)比研究。通過(guò)大量的計(jì)算，探討了Halbach陣列永磁電機(jī)在轉(zhuǎn)子無(wú)鐵心情況下影響氣隙磁密的各種因素，分析了不同Halbach磁體軸向長(zhǎng)度對(duì)端部漏磁的影響規(guī)律，給出了無(wú)鐵心永磁電機(jī)漏磁系數(shù)、電樞計(jì)算長(zhǎng)度等主要設(shè)計(jì)參數(shù)隨電機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸的變化規(guī)律。 第四部分針對(duì)具有試驗(yàn)數(shù)據(jù)的三種結(jié)構(gòu)的無(wú)鐵心永磁電機(jī)樣機(jī)進(jìn)行了計(jì)算和分析，計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合，從而驗(yàn)證了漸近邊界條件法處理三維開域磁場(chǎng)問(wèn)題的有效性和實(shí)用性。
標(biāo)簽： 永磁電機(jī) 分 磁場(chǎng)
上傳時(shí)間： 2013-06-22
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本課題是國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)資助項(xiàng)目“微型燃?xì)廨啓C(jī)一高速發(fā)電機(jī)分布式發(fā)電與能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)研究”(50437010)的部分研究?jī)?nèi)容。高速電機(jī)的體積小、功率密度大和效率高，正在成為電機(jī)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。高速電機(jī)的主要特點(diǎn)有兩個(gè)：一是轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)，二是定子繞組電流和鐵心中磁通的高頻率，由此決定了不同于普通電機(jī)的高速電機(jī)特有的關(guān)鍵技術(shù)。本文針對(duì)高速永磁電機(jī)的機(jī)械與電磁特性及其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入地研究，主要包括以下內(nèi)容： 首先，進(jìn)行了高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度分析。根據(jù)永磁體抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于抗拉強(qiáng)度的特點(diǎn)，提出了一種采用整體永磁體外加非導(dǎo)磁高強(qiáng)度合金鋼護(hù)套的新型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。永磁體與護(hù)套之間采用過(guò)盈配合，用護(hù)套對(duì)永磁體施加的靜態(tài)預(yù)壓力抵消高速旋轉(zhuǎn)離心力產(chǎn)生的拉應(yīng)力，使永磁體高速旋轉(zhuǎn)時(shí)仍承受一定的壓應(yīng)力，從而保證永磁轉(zhuǎn)子的安全運(yùn)行。基于彈性力學(xué)厚壁筒理論與有限元接觸理論，建立了新型高速永磁轉(zhuǎn)子應(yīng)力計(jì)算模型，確定了護(hù)套和永磁體之間的過(guò)盈量，計(jì)算了永磁體和護(hù)套中的應(yīng)力分布。該種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度計(jì)算方法已應(yīng)用于高速永磁電機(jī)的樣機(jī)設(shè)計(jì)。 其次，進(jìn)行了高速永磁轉(zhuǎn)子的剛度分析和磁力軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算。基于電磁場(chǎng)理論分析了磁力軸承支承的各向同性，利用氣隙靜態(tài)偏置磁通密度計(jì)算了磁力軸承的線性支承剛度，在對(duì)高速電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)離散化的基礎(chǔ)上建立了磁力軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程，采用有限元法計(jì)算了高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。利用該計(jì)算方法設(shè)計(jì)的1臺(tái)采用磁力軸承的高速電機(jī)，已成功實(shí)現(xiàn)60000r/min的運(yùn)行。 再次，進(jìn)行了高速永磁電機(jī)的定子設(shè)計(jì)，提出了一種新型環(huán)形繞組結(jié)構(gòu)。環(huán)型繞組線圈的下層邊放在定子鐵心的6個(gè)槽中，而上層邊分布在定子鐵心軛部外緣的24個(gè)槽中，不但增加了定子表面的通風(fēng)散熱面積，使冷卻氣流直接冷卻定子繞組，更為重要的是，解決了傳統(tǒng)2極電機(jī)繞組端部軸向過(guò)長(zhǎng)的難題，使轉(zhuǎn)子軸向長(zhǎng)度大為縮短，從而增加了高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的剛度。 然后，采用場(chǎng)路耦合以及解析與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，分析計(jì)算了高速永磁電機(jī)的損耗和溫升，并對(duì)高速永磁發(fā)電機(jī)的電磁特性進(jìn)行了仿真。高速電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是體積小和功率密度大，然而隨之而來(lái)的缺點(diǎn)是單位體積的損耗大，以及因散熱面積小造成的散熱困難。損耗和溫升的準(zhǔn)確計(jì)算對(duì)高速電機(jī)的安全運(yùn)行至關(guān)重要。為了準(zhǔn)確計(jì)算高速電機(jī)的高頻鐵耗，對(duì)定子鐵心所采用的各向異性冷軋電工鋼片制作的試件，進(jìn)行了不同頻率和不同軋制方向的導(dǎo)磁性能和損耗系數(shù)測(cè)定。然后采用場(chǎng)路耦合的方法，分析計(jì)算了高速電機(jī)的定子鐵耗和銅耗、轉(zhuǎn)子護(hù)套和永磁體內(nèi)的高頻附加損耗以及轉(zhuǎn)子表面的風(fēng)磨損耗。在損耗分析的基礎(chǔ)上，計(jì)算了高速電機(jī)的溫升。最后，設(shè)計(jì)制造了一臺(tái)額定轉(zhuǎn)速為60000r/min的高速永磁電機(jī)試驗(yàn)樣機(jī)，并進(jìn)行了初步的試驗(yàn)研究。測(cè)量了電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下空載運(yùn)行時(shí)的定、轉(zhuǎn)子溫升及定子繞組的反電動(dòng)勢(shì)波形。通過(guò)與仿真結(jié)果的對(duì)比，部分驗(yàn)證了高速永磁電機(jī)理論分析和設(shè)計(jì)方法的正確性。在此基礎(chǔ)上，提出一種高速永磁電機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，為進(jìn)一步的研究工作打下了基礎(chǔ)。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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近年來(lái)，人們對(duì)環(huán)境保護(hù)越來(lái)越重視，SF<,6>氣體的使用和排放受到限制，從而使電器領(lǐng)域內(nèi)SF<,6>斷路器的發(fā)展也受到限制。而真空斷路器充分利用了真空優(yōu)異的絕緣與熄弧特性，且對(duì)環(huán)境不造成污染，所以目前在中壓領(lǐng)域已經(jīng)占據(jù)了主導(dǎo)地位，而且不斷向高電壓、大容量方向發(fā)展。因此，未來(lái)高壓真空斷路器必然取代高壓SF<,6>斷路器。真空滅弧室是真空斷路器的“心臟”，所以，開發(fā)高壓真空斷路器最關(guān)鍵的是滅弧室的設(shè)計(jì)。本文對(duì)110kV的真空滅弧室的內(nèi)部電磁場(chǎng)進(jìn)行了仿真分析，為我國(guó)開發(fā)110kV真空斷路器提供一定的參考。 本文采用有限元軟件對(duì)110kV真空斷路器滅弧室內(nèi)部靜電場(chǎng)進(jìn)行了仿真分析，得到了滅弧室內(nèi)部各種屏蔽罩的大小、尺寸和位置對(duì)電場(chǎng)分布的影響；觸頭距離對(duì)滅弧室內(nèi)部電場(chǎng)分布的影響；傘裙對(duì)滅弧室內(nèi)部電場(chǎng)分布的影響。再根據(jù)等離子體和金屬蒸氣具有一定導(dǎo)電率的特點(diǎn)，從麥克斯韋基本方程出發(fā)，推導(dǎo)了滅弧室內(nèi)部電場(chǎng)所滿足的計(jì)算方程，然后用有限元法對(duì)二維電場(chǎng)進(jìn)行了求解。考慮到弧后粒子消散過(guò)程中，電極和懸浮導(dǎo)體表面會(huì)有帶電微粒的存在，又計(jì)算分析了帶電微粒對(duì)真空滅弧室電場(chǎng)分布的影響，進(jìn)而提出了使滅弧室內(nèi)部電場(chǎng)更加均勻的措施。 根據(jù)大電流真空電弧的物理模型，基于磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力理論，計(jì)算分析了真空電弧自生磁場(chǎng)的收縮效應(yīng)以及對(duì)分?jǐn)嚯娀〉挠绊懀玫搅嘶≈凶陨艌?chǎng)產(chǎn)生的電磁壓強(qiáng)分布，最后分析了外加縱向磁場(chǎng)分量對(duì)減小自生磁場(chǎng)收縮效應(yīng)的作用。 建立了110kV、1/2線圈以及1/3線圈縱向磁場(chǎng)觸頭三維電極模型，并利用有限元法進(jìn)行了三維靜磁場(chǎng)和渦流場(chǎng)仿真。得到了電流在峰值和過(guò)零時(shí)縱向磁場(chǎng)分別在觸頭片表面和觸頭間隙中心平面上的二維和三維分布，給出了這兩種觸頭在電流過(guò)零時(shí)縱向磁場(chǎng)滯后時(shí)間沿徑向路徑和軸向路徑的分布規(guī)律，最后還對(duì)這兩種觸頭的性能進(jìn)行了比較。
上傳時(shí)間： 2013-07-09
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永磁電動(dòng)機(jī)相比其他類型的電動(dòng)機(jī)其性能指標(biāo)突出，將廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。但是隨著電機(jī)工業(yè)朝著大容量、高功率密度、小體積的趨勢(shì)發(fā)展，永磁電動(dòng)機(jī)溫升與其它各項(xiàng)指標(biāo)在配合上發(fā)生了分歧。為了解決這些問(wèn)題，就要對(duì)永磁電機(jī)進(jìn)行合理的冷卻設(shè)計(jì)及溫度計(jì)算。永磁電機(jī)的溫升計(jì)算除了要考察定子繞組處的受熱，同時(shí)也要兼顧永磁體的溫度情況‰本文對(duì)永磁電機(jī)的溫度計(jì)算及冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了如下分析設(shè)計(jì)： 首先，通過(guò)電磁學(xué)與傳熱學(xué)、流體力學(xué)等邊緣學(xué)科，對(duì)永磁電機(jī)進(jìn)行溫度場(chǎng)分析。其中對(duì)自冷徑向永磁電機(jī)溫度場(chǎng)進(jìn)行詳細(xì)地分析與計(jì)算。利用等效熱網(wǎng)絡(luò)法，即離散網(wǎng)格，使參數(shù)集中化，列出方程組，解出各剖分點(diǎn)的溫度值。采用與其相對(duì)應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式及實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定永磁電機(jī)的散熱系數(shù)。 其次對(duì)徑向永磁電機(jī)的損耗分布進(jìn)行說(shuō)明，不僅從數(shù)量上對(duì)槽內(nèi)繞組損耗和端部繞組損耗做出了區(qū)分，而且從理論上對(duì)定子軛部和定子齒部的損耗進(jìn)行分析，以確保在損耗分布上盡量使誤差減少。其次利用ANSYS、ANSOFT軟件，采用有限元方法對(duì)永磁電機(jī)穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)時(shí)的溫度分布情況進(jìn)行分析。利用上述方法對(duì)TYJS機(jī)床電機(jī)4.4kW-3000進(jìn)行分析，比較其理論值與實(shí)驗(yàn)值之問(wèn)的誤差，結(jié)果比較滿意。 最后，本文對(duì)5kW-450雙定子-單轉(zhuǎn)子盤式電機(jī)的溫度場(chǎng)進(jìn)行分析。由于徑向電機(jī)與盤式電機(jī)在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別，分別對(duì)盤式電機(jī)的損耗分布、散熱系數(shù)的求取等不同之處與徑向電機(jī)進(jìn)行比較。對(duì)盤式電動(dòng)機(jī)外部冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，采用假定系數(shù)法，反推風(fēng)扇結(jié)構(gòu)，合理地設(shè)計(jì)了該樣機(jī)的冷卻系統(tǒng)。通過(guò)以上的分析，能夠較準(zhǔn)確計(jì)算電機(jī)的溫度值，從中得出其局部過(guò)熱點(diǎn)。這樣給電機(jī)的改進(jìn)和研制都帶來(lái)了方便。
標(biāo)簽： 永磁電機(jī) 冷卻 溫升計(jì)算
上傳時(shí)間： 2013-06-14
上傳用戶：szchen2006
永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)具有慣量小、控制簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)性能好等優(yōu)良特性，因此在航天、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床等許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。無(wú)刷直流電機(jī)在國(guó)外已經(jīng)成功應(yīng)用于對(duì)系統(tǒng)要求較高的場(chǎng)合，近年來(lái)在國(guó)內(nèi)也引起了廣泛的興趣。本課題針對(duì)輪式機(jī)器人，設(shè)計(jì)了無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)并設(shè)計(jì)相應(yīng)控制系統(tǒng)。 首先，本課題分析了機(jī)器人用無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的組成結(jié)構(gòu)、繞組連接，并對(duì)三相無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)星角接工作方式進(jìn)行比較，按照無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)兩種模式運(yùn)行、多極分?jǐn)?shù)槽等特點(diǎn)進(jìn)行局部設(shè)計(jì)。最終以爬坡時(shí)狀態(tài)為參考，經(jīng)過(guò)多次計(jì)算得到無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的初始設(shè)計(jì)方案。 其次，為了提高設(shè)計(jì)的可靠性及設(shè)計(jì)成本，本課題用MaxwellRMxprt和Maxwell 2D有限元分析軟件來(lái)對(duì)所設(shè)計(jì)的電磁設(shè)計(jì)方案進(jìn)行驗(yàn)證。應(yīng)用Maxwell 2D軟件進(jìn)一步對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析和校驗(yàn)，以校核仿真結(jié)果參數(shù)能否與設(shè)計(jì)方案相吻合。 最后設(shè)計(jì)了無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的PIC單片機(jī)控制系統(tǒng)并對(duì)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)仿真。控制系統(tǒng)CPU采用PIC16F877單片機(jī)，它能夠提供最佳的性能價(jià)格比。系統(tǒng)采用IGBT 專用柵極驅(qū)動(dòng)集成電路IR2130，來(lái)控制系統(tǒng)主電路。系統(tǒng)仿真采用MATLAB/SIMULINK軟件，檢驗(yàn)所設(shè)計(jì)電機(jī)在系統(tǒng)中的性能。 結(jié)論，本課題主要包括五部分：無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)繞組連接分析，初始數(shù)據(jù)方案設(shè)計(jì)，Maxwell對(duì)電磁設(shè)計(jì)方案進(jìn)行驗(yàn)證，設(shè)計(jì)PIC單片機(jī)控制系統(tǒng)，應(yīng)用MATLAB對(duì)電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真。通過(guò)這五部，本文完成了輪式機(jī)器人用無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)及相應(yīng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
標(biāo)簽： 輪式機(jī)器人 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)
上傳時(shí)間： 2013-07-28
上傳用戶：long14578
準(zhǔn)確計(jì)算電機(jī)鐵耗一直是困擾電機(jī)設(shè)計(jì)者的一個(gè)難題。傳統(tǒng)方法是假設(shè)電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)僅是交變磁化的，根據(jù)鐵磁材料在交變磁化條件下測(cè)量的數(shù)據(jù)，計(jì)算電機(jī)齒部和軛部由基波磁場(chǎng)造成的損耗，對(duì)于計(jì)算值與實(shí)測(cè)值之間的誤差通過(guò)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)來(lái)修正。這種方法對(duì)于已經(jīng)長(zhǎng)期制造和使用的電機(jī)而言勉強(qiáng)適用，對(duì)于近年來(lái)發(fā)展很快的永磁電機(jī)、高速電機(jī)和其他新結(jié)構(gòu)電機(jī)，由于缺乏合適的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，導(dǎo)致此方法難以適用。眾多研究人員的成果已經(jīng)證明電機(jī)的鐵耗有相當(dāng)一部分是由旋轉(zhuǎn)磁化導(dǎo)致的，因此顧及旋轉(zhuǎn)磁化的電機(jī)鐵耗計(jì)算模型是本文的一個(gè)重要內(nèi)容。 本文從鐵磁材料的鐵耗入手，先研究鐵磁材料在交變磁化和旋轉(zhuǎn)磁化方式下的計(jì)算和測(cè)量方法，目的是得到鐵耗分立模型中磁滯損耗、渦流損耗和異常損耗的計(jì)算系數(shù)。本文提出并實(shí)現(xiàn)了數(shù)字式的25cm愛潑斯坦方圈測(cè)試系統(tǒng)，它可以測(cè)量在任何頻率和波形電源供電下硅鋼片的損耗，本文還在二維鐵耗測(cè)試系統(tǒng)中對(duì)硅鋼片在圓形旋轉(zhuǎn)磁化條件下的損耗進(jìn)行了測(cè)量。結(jié)果表明，在同樣頻率和磁密的條件下，旋轉(zhuǎn)磁化下的損耗要比交變磁化下的損耗大。本文提出了基于磁密軌跡的電機(jī)鐵耗計(jì)算模型，它只采用較容易獲得的交變磁化損耗系數(shù)，但又能顧及到旋轉(zhuǎn)磁化帶來(lái)的影響。通過(guò)實(shí)際電機(jī)的計(jì)算和測(cè)試，表明軌跡法的計(jì)算結(jié)果在未經(jīng)任何系數(shù)修正的情況下就具有很好的精度，適合推廣使用。 軟磁復(fù)合材料是一種新型的粉末金屬材料，它具有渦流損耗小和易制造成具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)電機(jī)等特點(diǎn)。為了探索這種材料在高頻領(lǐng)域中的應(yīng)用和驗(yàn)證本文提出的鐵耗計(jì)算模型，本文成功地設(shè)計(jì)和制造了一臺(tái)采用軟磁復(fù)合材料的爪極式永磁電機(jī)，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，本文通過(guò)三維有限元分析，對(duì)該電機(jī)的磁通、磁鏈、電感、轉(zhuǎn)矩和鐵耗等參數(shù)和性能的計(jì)算提出了計(jì)算方法。對(duì)該種電機(jī)的熱分析，本文提出了熱網(wǎng)絡(luò)法和磁熱耦合有限元法。由于鐵耗在高速電機(jī)總損耗中占有很大比例，因此在有限元方法中，本文通過(guò)映射剖分法，使磁場(chǎng)和熱場(chǎng)模型中的單元總數(shù)、大小和順序保持完全一致，軌跡法計(jì)算得到的各單元鐵耗直接耦合進(jìn)熱場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算，得到了電機(jī)準(zhǔn)確的溫度分布。本文還進(jìn)行了高速電機(jī)轉(zhuǎn)子的模態(tài)分析，合理地調(diào)整轉(zhuǎn)子的直徑、長(zhǎng)度和軸承位置，使轉(zhuǎn)子的自然共振頻率遠(yuǎn)離電機(jī)的工作頻率范圍。本文構(gòu)建了一測(cè)試平臺(tái)對(duì)樣機(jī)進(jìn)行了發(fā)電機(jī)狀態(tài)測(cè)試，并通過(guò)假轉(zhuǎn)子法測(cè)量了電機(jī)鐵耗，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了本文所用方法的可行性，得到的結(jié)論對(duì)軟磁復(fù)合材料的應(yīng)用及爪極式電機(jī)的設(shè)計(jì)與分析都具有很好的參考價(jià)值。
上傳時(shí)間： 2013-06-27
上傳用戶：hjshhyy
高速電機(jī)由于轉(zhuǎn)速高、體積小、功率密度高，在渦輪發(fā)電機(jī)、渦輪增壓器、高速加工中心、飛輪儲(chǔ)能、電動(dòng)工具、空氣壓縮機(jī)、分子泵等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。永磁無(wú)刷直流電機(jī)由于效率高、氣隙大、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此特別適合高速運(yùn)行。高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)是目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，其主要問(wèn)題在于：（1）轉(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)度和轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)；（2）轉(zhuǎn)子損耗和溫升。本文針對(duì)高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)主要問(wèn)題之一的轉(zhuǎn)子渦流損耗進(jìn)行了深入分析。轉(zhuǎn)子渦流損耗是由定子電流的時(shí)間和空間諧波以及定子槽開口引起的氣隙磁導(dǎo)變化所產(chǎn)生的。首先通過(guò)優(yōu)化定子結(jié)構(gòu)、槽開口和氣隙長(zhǎng)度的大小來(lái)降低電流空間諧波和氣隙磁導(dǎo)變化所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子渦流損耗；通過(guò)合理地增加繞組電感以及采用銅屏蔽環(huán)的方法來(lái)減小電流時(shí)間諧波引起的轉(zhuǎn)子渦流損耗。其次對(duì)轉(zhuǎn)子充磁方式和轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了分析。最后制作了高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)樣機(jī)和控制系統(tǒng)，進(jìn)行了空載和負(fù)載實(shí)驗(yàn)研究。論文主要工作包括： 一、采用解析計(jì)算和有限元仿真的方法研究了不同的定子結(jié)構(gòu)、槽開口大小、以及氣隙長(zhǎng)度對(duì)高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響。對(duì)于2極3槽集中繞組、2極6槽分布疊繞組和2極6槽集中繞組的三臺(tái)電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對(duì)比，利用傅里葉變換，得到了分布于定子槽開口處的等效電流片的空間諧波分量，然后采用計(jì)及轉(zhuǎn)子集膚深度和渦流磁場(chǎng)影響的解析模型計(jì)算了轉(zhuǎn)子渦流損耗，通過(guò)有限元仿真對(duì)解析計(jì)算結(jié)果加以驗(yàn)證。結(jié)果表明：3槽集中繞組結(jié)構(gòu)的電機(jī)中含有2次、4次等偶數(shù)次空間諧波分量，該諧波分量在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生大量的渦流損耗。采用有限元仿真的方法研究了槽開口和氣隙長(zhǎng)度對(duì)轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響，在空載和負(fù)載狀態(tài)下的研究結(jié)果均表明：隨著槽開口的增加或者氣隙長(zhǎng)度的減小，轉(zhuǎn)子損耗隨之增加。因此從減小高速永磁無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)子渦流損耗的角度考慮，2極6槽的定子結(jié)構(gòu)優(yōu)于2極3槽結(jié)構(gòu)。 二、高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的電流波形中含有大量的時(shí)間諧波分量，其中5次和7次時(shí)間諧波分量合成的電樞磁場(chǎng)以6倍轉(zhuǎn)子角速度相對(duì)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，11次和13次時(shí)間諧波分量合成的電樞磁場(chǎng)以12倍轉(zhuǎn)子角速度相對(duì)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，這些諧波分量與轉(zhuǎn)子異步，在轉(zhuǎn)子保護(hù)環(huán)、永磁體和轉(zhuǎn)軸中產(chǎn)生大量的渦流損耗，是轉(zhuǎn)子渦流損耗的主要部分。首先研究了永磁體分塊對(duì)轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響，分析表明：永磁體的分塊數(shù)和透入深度有關(guān)，對(duì)于本文設(shè)計(jì)的高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)，當(dāng)永磁體分塊數(shù)大于12時(shí)，永磁體分塊才能有效地減小永磁體中的渦流損耗；反之，永磁體分塊會(huì)使永磁體中的渦流損耗增加。為了提高轉(zhuǎn)子的機(jī)械強(qiáng)度，在永磁體表面通常包裹一層高強(qiáng)度的非磁性材料如鈦合金或者碳素纖維等。分析了不同電導(dǎo)率的包裹材料對(duì)轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響。然后利用渦流磁場(chǎng)的屏蔽作用，在轉(zhuǎn)子保護(hù)環(huán)和永磁體之間增加一層電導(dǎo)率高的銅環(huán)。有限元分析表明：盡管銅環(huán)中會(huì)產(chǎn)生渦流損耗，但正是由于銅環(huán)良好的導(dǎo)電性，其產(chǎn)生的渦流磁場(chǎng)抵消了氣隙磁場(chǎng)的諧波分量，使永磁體、轉(zhuǎn)軸以及保護(hù)環(huán)中的損耗顯著下降，整體上降低了轉(zhuǎn)子渦流損耗。分析了不同的銅環(huán)厚度對(duì)轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響，研究表明轉(zhuǎn)子各部分的渦流損耗隨著銅屏蔽環(huán)厚度的增加而減小，當(dāng)銅環(huán)的厚度達(dá)到6次時(shí)間諧波的透入深度時(shí)，轉(zhuǎn)子損耗減小到最小。 三、對(duì)于給定的電機(jī)尺寸，設(shè)計(jì)了兩臺(tái)電感值不同的高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)，通過(guò)研究表明：電感越大，電流變化越平緩，電流的諧波分量越低，轉(zhuǎn)子渦流損耗越小，因此通過(guò)合理地增加繞組電感能有效的降低轉(zhuǎn)子渦流損耗。 四、研究了高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。對(duì)比分析了平行充磁和徑向充磁對(duì)高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)性能的影響，結(jié)果表明：平行充磁優(yōu)于徑向充磁。設(shè)計(jì)并制作了兩種不同結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子：?jiǎn)味耸捷S承支撐結(jié)構(gòu)和兩端式軸承支撐結(jié)構(gòu)。對(duì)兩種結(jié)構(gòu)進(jìn)行了轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析，實(shí)驗(yàn)研究表明：由于轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)不合理，單端式軸承支撐結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到40，000rpm以上時(shí)，保護(hù)環(huán)和定子齒部發(fā)生了摩擦，破壞了轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡，導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行失敗，而兩端式軸承支撐結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子成功運(yùn)行到100，000rpm以上。 五、最后制作了平行充磁的高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)樣機(jī)和控制系統(tǒng)，進(jìn)行了空載和負(fù)載實(shí)驗(yàn)研究。對(duì)比研究了PWM電流調(diào)制和銅屏蔽環(huán)對(duì)轉(zhuǎn)子損耗的影響，研究表明：銅屏蔽環(huán)能有效的降低轉(zhuǎn)子渦流損耗，使轉(zhuǎn)子損耗減小到不加銅屏蔽環(huán)時(shí)的1/2；斬波控制會(huì)引入高頻電流諧波分量，使得轉(zhuǎn)子渦流損耗增加。通過(guò)計(jì)算繞組反電勢(shì)系數(shù)的方法，得到了不同控制方式下帶銅屏蔽環(huán)和不帶銅屏蔽環(huán)轉(zhuǎn)子永磁體溫度。采用簡(jiǎn)化的暫態(tài)溫度場(chǎng)有限元模型分析了轉(zhuǎn)子溫升，有限元分析和實(shí)驗(yàn)計(jì)算結(jié)果基本吻合，驗(yàn)證了銅屏蔽環(huán)的有效性。
標(biāo)簽： 無(wú)刷直流 電機(jī)轉(zhuǎn)子 渦流損耗
上傳時(shí)間： 2013-05-18
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