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高速电励磁双凸极电机的转子强度与电机温升研究

2016/12/21    来源:互联网    作者:杨岑      
关键字:电励磁双凸极电机  高速电机  电磁  
本文针对高速电励磁双凸极电机,首先确定其结构参数,利用Ansys Maxwell 2D分析其电磁特性;然后对高速情况下的转子强度进行校核,确保选用合适的转子叠片材料;最后设计电机的循环水冷系统,仿真得到稳态情况下的电机温升。

1 前言

    随着飞机的飞行高度和速度的不断提升,起动/发电系统的无刷化、高速化和高功率密度将成为未来飞机起动/发电系统的发展方向。电励磁双凸极电机作为一种新型无刷电机,具有结构简单、可靠性高和控制灵活等优点,尤其是作为发电机运行时,只需把三相绕组外接整流电路,通过调节励磁电流就能输出需要的直流电压值,这些特点使电励磁双凸极电机成为未来起动/发电机的重要选择。

    随着电励磁双凸极电机转速的不断提高,转子强度成为其设计的关键,同时因为频率较高,电机铁损较大,冷却问题不容忽视。圆柱形转子形状规则,计算较为简单,电励磁双凸极电机转子呈凸极结构,计算较圆柱形转子复杂,Ansys Workbench中Static Structural为计算高速电机转子强度提供了便利;电机常用的冷却方式有空冷和液冷,本文设计机壳水冷循环系统,用以降低电机温度。

2  高速电励磁双凸极发电机的电磁特性

    图1给出了三相12/8极结构的电励磁双凸极电机截面图,其定、转子外形跟开关磁阻电机类似,均呈凸极齿槽结构,转子上无任何绕组,铁芯采用硅钢片叠压而成。与开关磁阻电机不同的是电励磁双凸极电机在定子槽中除装有集中的电枢绕组外,还装有励磁绕组。电励磁双凸极电机由于其定、转子极均为凸极结构,存在着显著的边缘效应和高度的局部饱和现象,所以电机气隙磁场空间分布非常复杂,电机中的磁场随着负载和转速的不同,磁通、电流、转矩等各量均呈现出不同的变化规律,因此在进行电机内部磁场分析时,用通常的解析法或者等效磁路法就很难解决问题。一般来说,在磁场分布和变化比较复杂并且非线性严重时,可以采用有限元法,它能准确地计算电机的磁场分布和静态特性。

    Ansoft公司的Maxwell2D是一个功能强大、结果精确、易于使用的二维电磁场有限元分析软件。本节就采用Ansoft公司的Maxwell2D软件,对样机空载和负载时的磁场进行仿真分析。

    2.1 技术指标

    (1)额定功率:110kW

    (2)额定输出电压:270V

    (3)转速:60000r/min

    (4)发电方式:DSG2

    2.2 结构参数 

图1  发电机截面图

图1  发电机截面图

图2  转子三维模型

图2  转子三维模型  

    2.3 电磁特性

    注:定转子材料为***,转速为60000rpm。

    (1)空载特性

图3  15A励磁时磁密云图

图3  15A励磁时磁密云图

    由图3可知,电机在15A励磁时已经达到饱和。

责任编辑:马倩
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