高速永磁电机定子损耗计算与实验测试研究

论文摘要

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,因此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。然而高速永磁电机存在着许多技术难点,包括电磁与结构设计、转子强度与刚度分析、永磁体的保护、高速电机的磁悬浮技术、高频与高速附加损耗计算、温升计算与冷却散热方式等。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。针对高速电机定子电流频率高,铁耗大,准确计算困难的问题,本文以高速永磁电机的定子损耗为研究对象,进行了一定的理论研究和实验验证。主要进行以下几方面的研究:在高频下,工频定子铁心损耗的计算方法已不再适合于高速电机。要准确计算定子损耗,进行硅钢片损耗系数的测试是很必要的。普通仪表在高频下测量误差大,而专用的功率分析仪又很昂贵。为解决这一难题,研究了一种基于数字示波器,在高频(400Hz)下测试硅钢片单位质量损耗的方法,并进行了测试方法可行性的验证。实验证明,这种方法测量结果较精确,能满足实际工程的应用,有很大的实用价值。计算了传统理论下硅钢片损耗计算模型和基于Bertotti分立铁耗原理定子损耗计算模型的参数。基于有限元软件Magnet,分析了两种模型计算铁耗的方法,这种方法比传统解析法更准确。高速电机的定子开槽可以有多种情况,不同的开槽数对电机定子的损耗及其它性能都有一定影响,采用有限元场路结合的方法分析了定子开槽的影响。并提出一种在少槽定子齿冠开小齿的结构,这种结构可以同时减少转子涡流损耗和转矩脉动。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的目的和意义
• 1.2 高速永磁电机的国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 课题研究的主要内容
• 1.3.1 高速永磁电机定子硅钢片损耗系数的测量
• 1.3.2 建立高速永磁电机的铁耗计算模型
• 1.3.3 定子开槽对定子铁耗及其他电机性能的影响
• 第二章 定子硅钢片损耗系数的测量
• 2.1 铁心中的损耗
• 2.1.1 涡流损耗
• 2.1.2 磁滞损耗
• 2.2 定子硅钢片的损耗测量的原理与实验
• 2.2.1 损耗测量原理
• 2.2.2 测量方法
• 2.2.3 损耗测试的实验
• 2.3 定子硅钢片损耗测定
• 2.3.1 测试方法可行性验证
• 2.3.2 高频下硅钢片损耗测定
• 2.4 本章小结
• 第三章 高速电机定子铁耗的计算方法研究
• 3.1 引言
• 3.2 高速电机的有限元分析
• 3.2.1 有限元模型建立
• 3.2.2 生成旋转气隙和旋转部件
• 3.2.3 编辑设定材料特性
• 3.2.4 外接电路的设计
• 3.2.5 设定边界条件和网格参数
• 3.2.6 后处理
• 3.3 传统理论定子铁耗模型
• 3.3.1 损耗系数K的确定
• 3.3.2 频率指数a的确定
• 3.3.3 有限元场路结合法求电机定子损耗
• 3.4 基于Bertotti分立铁耗原理的铁耗模型
• 3.4.1 基于Bertotti分立铁耗计算模型系数确定
• 3.4.2 基于分立铁耗模型铁耗的有限元计算方法
• 3.5 两种模型的对比
• 3.6 本章小结
• 第四章 定子开槽对高速永磁电机铁耗及其他性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 不同槽数定子尺寸的确定
• 4.3 永磁转子的结构设计
• 4.4 定子开槽对电机铁耗影响的理论分析
• 4.5 不同定子槽数对电机性能的影响
• 4.5.1 高速永磁电机的有限元建模
• 4.5.2 定子开槽对定子铁心损耗的影响
• 4.5.3 定子开槽对转子永磁体损耗的影响
• 4.5.4 定子开槽对空载反电势的影响
• 4.5.5 定子开槽对转矩脉动的影响
• 4.6 定子齿冠开槽对电机性能的影响
• 4.6.1 齿冠开槽数对高速电机性能的影响
• 4.6.2 齿冠开槽深度对高速电机性能的影响
• 4.6.3 齿冠开槽宽度对高速电机性能的影响
• 4.6.4 齿冠开槽对高速电机反电势的影响
• 4.6.5 齿冠开槽和多槽电机性能的比较
• 4.8 本章小结
• 第五章 高速永磁电机样机研制与实验研究
• 5.1 高速永磁电机样机图
• 5.2 高速电机的变频启动
• 5.3 高速电机的反电势测量
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢