空心補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)溫升計算及冷卻系統(tǒng)研究.pdf

1、補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)是利用補(bǔ)償電樞反應(yīng)原理和磁通壓縮原理的一種新型脈沖功率電源，集儲能、機(jī)電能量轉(zhuǎn)換和功率調(diào)節(jié)于一體，被認(rèn)為是未來實戰(zhàn)化電磁炮武器系統(tǒng)的首選電源。隨著材料科學(xué)的發(fā)展，新一代的脈沖發(fā)電機(jī)廣泛采用空心結(jié)構(gòu)，即用新型復(fù)合材料替代傳統(tǒng)的鐵心，提高了電機(jī)的儲能密度和功率密度。然而，由于復(fù)合材料導(dǎo)熱性能較差，導(dǎo)致電機(jī)整體的散熱性能不佳，繞組發(fā)熱問題成了制約脈沖發(fā)電機(jī)連續(xù)負(fù)載運(yùn)行的最大障礙之一。本文以一臺模型樣機(jī)為研究對象，對空心補(bǔ)償脈沖發(fā)

2、電機(jī)的溫升計算及冷卻系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行了較為全面和深入的研究。
　　針對脈沖發(fā)電機(jī)負(fù)載放電電流難以通過解析計算求解的問題，建立了模型樣機(jī)的三維電磁場有限元模型，并通過實驗加以驗證；以電磁軌道炮為負(fù)載，仿真分析了放電脈沖電流波形，對電樞繞組和鋁筒的損耗進(jìn)行了準(zhǔn)確計算，解決了電磁損耗確定不準(zhǔn)確影響電機(jī)溫度場計算精度的問題，為溫度場計算奠定了基礎(chǔ)。
　　為了研究負(fù)載放電時電機(jī)內(nèi)的溫度分布規(guī)律，確定電機(jī)內(nèi)的最熱點，本文基于氣隙等效模型法，

3、建立了模型樣機(jī)的全域溫度場有限元模型，并對模型中關(guān)鍵問題和溫升計算參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述和分析，通過溫升實驗研究，分析對比了不同轉(zhuǎn)速下各繞組的實測和仿真溫升值，驗證了仿真模型的正確性，指出對于空心結(jié)構(gòu)的脈沖發(fā)電機(jī)，有效降低熱源繞組溫升的唯一途徑是設(shè)計強(qiáng)制對流冷卻系統(tǒng)。
　　利用溫度場模型，仿真了空心脈沖發(fā)電機(jī)驅(qū)動軌道炮負(fù)載時的溫度場，確定了電機(jī)最熱點的位置，討論了不同放電周期下模型樣機(jī)的溫度分布特點及變化規(guī)律，分析了最熱點溫度與脈沖

4、放電次數(shù)之間的關(guān)系，計算出模型樣機(jī)可以實現(xiàn)連續(xù)運(yùn)行的安全放電頻率，為下一步模型樣機(jī)的放電實驗提供了理論依據(jù)。
　　針對樣機(jī)的溫度分布規(guī)律，以提高放電頻率為目的，為過熱繞組設(shè)計了兩種主動冷卻結(jié)構(gòu)，并基于計算流體力學(xué)法，對其進(jìn)行了溫度場與流體場的耦合仿真分析，從仿真上驗證了兩種冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計的可行性，分析了水流速對繞組冷卻效果的影響，為兩種冷卻系統(tǒng)確定了合理的入口水流速。
　　通過本課題的研究，為空心脈沖發(fā)電機(jī)溫度場計算與冷卻系統(tǒng)