【資料下載】無軸承高速開關(guān)磁阻電機設(shè)計中的關(guān)鍵問題_范冬_第1頁
已閱讀1頁,還剩5頁未讀 繼續(xù)免費閱讀

下載本文檔

版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進行舉報或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡介

1、第10卷?第6期2006年11月?電?機?與?控?制?學(xué)?報ELECTRIC?MACHINES??CONTROL?Vol?10No?6Nov.2006??????無軸承高速開關(guān)磁阻電機設(shè)計中的關(guān)鍵問題范?冬?楊?艷?鄧智泉?王曉琳(南京航空航天大學(xué)自動化學(xué)院電氣工程系江蘇南京210016)摘?要:討論了無軸承開關(guān)磁阻電機在高速運行時的電磁設(shè)計、結(jié)構(gòu)強度、穩(wěn)定性設(shè)計、轉(zhuǎn)子應(yīng)力設(shè)計、散熱設(shè)計、磁性材料選擇等關(guān)鍵技術(shù)問題給出了在設(shè)計過程中應(yīng)注

2、意的問題和優(yōu)化設(shè)計的方法依據(jù)。考慮上述電機設(shè)計原則對一臺7?5kW無軸承開關(guān)磁阻電機進行了電磁和結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計建立了基于ANSYS的二維有限元模型對徑向懸浮力和轉(zhuǎn)矩特性進行了計算比較了仿真和理論計算結(jié)果在實驗樣機上測量了主繞組、懸浮繞組電感。結(jié)果表明該設(shè)計方法滿足了無軸承高速開關(guān)磁阻電機的設(shè)計要求對進一步進行參數(shù)優(yōu)化具有參考價值。關(guān)鍵詞:高速無軸承開關(guān)磁阻電機電機設(shè)計中圖分類號:TH133?2TM346文獻標(biāo)識碼:A文章編號:100

3、7449X(2006)06054706ThekeytechnologyondesigningahighspeedbearinglessswitchedreluctancemotFANDong?YANGYan?DENGZhiquan?WANGXiaolin(DepartmentofElectricalEngineeringCollegeofAutomationEngineeringNanjingUniversityofAeronautic

4、sbearinglessswitchedreluctancemotmotdesign收稿日期:20060411修訂日期:20060919基金項目:國家自然基金(50377012)航空基礎(chǔ)科學(xué)基金(05F52040)國防基礎(chǔ)研究基金(K1600060603)作者簡介:范?冬(1982)男碩士研究生研究領(lǐng)域為無軸承開關(guān)磁阻電機楊?艷(1976)女博士研究生研究領(lǐng)域為無軸承開關(guān)磁阻電機鄧智泉(1969)男教授、博士生導(dǎo)師研究領(lǐng)域為無軸承電機、

5、高速電機、交流電機控制王曉琳(1976)男博士、講師研究領(lǐng)域為無軸承電機研究及其控制系統(tǒng)設(shè)計、電機調(diào)速。1?引?言現(xiàn)代化工業(yè)中的眾多領(lǐng)域都需要運用高速、超高速電機。采用傳統(tǒng)機械軸承支撐轉(zhuǎn)軸的高速電機和超高速電機轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)帶來了摩擦阻力增加軸承磨損加劇電機發(fā)熱等問題這會導(dǎo)致電機工作效率低電機和機械軸承壽命短。開關(guān)磁阻電機結(jié)構(gòu)非常簡單:定、轉(zhuǎn)子是雙凸極結(jié)構(gòu)集中式繞組纏繞在定子鐵心上轉(zhuǎn)子上無繞組因此制造和維護都很方便。將無軸承技術(shù)應(yīng)用到開

6、關(guān)磁阻電機重影響使得機械方面的性能要求較電磁性能更為重要。轉(zhuǎn)子外徑、輸出功率由機械要求決定[10]②選擇合適的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)計算轉(zhuǎn)子應(yīng)力優(yōu)化轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)選擇合適的鐵磁材料。從電磁方面來考慮時由于電機的轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)子外徑的增大而增加而轉(zhuǎn)矩波動系數(shù)也正比于轉(zhuǎn)子外徑。在定子外徑不變的情況下轉(zhuǎn)子外徑的增加必然導(dǎo)致定子極身變短減小了繞組截面積對主、懸浮繞組都有較大的影響。另外電機高速旋轉(zhuǎn)時的局部應(yīng)力集中和離心力問題比較嚴(yán)重從材料方面來考慮電機的轉(zhuǎn)子外徑不宜取得

7、較大。對于高速無軸承開關(guān)磁阻電機其轉(zhuǎn)子的尺寸要比普通開關(guān)磁阻電機的轉(zhuǎn)子尺寸小。與此同時轉(zhuǎn)子內(nèi)徑的尺寸不應(yīng)該選擇的太小。過小的轉(zhuǎn)軸尺寸會導(dǎo)致電機在高速旋轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)軸的剛性不足轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性不好會導(dǎo)致電機的安全系數(shù)不高臨界轉(zhuǎn)速降低達不到設(shè)計要求。在確定轉(zhuǎn)子內(nèi)、外徑的尺寸之后需要確定轉(zhuǎn)子極身的高度和轉(zhuǎn)子軛的厚度。可參考普通開關(guān)磁阻電機轉(zhuǎn)子極高和轉(zhuǎn)子軛厚度的設(shè)計方法。2?4?定、轉(zhuǎn)子鐵磁材料高速無軸承開關(guān)磁阻電機的供直流脈沖電頻率較高一般在幾百赫茲到

8、幾千赫茲。頻率的升高會導(dǎo)致鐵心損耗快速增加鐵心損耗將占高速電機總損耗的比重將增大(與普通電機相比)。由于開關(guān)磁阻電機的定、轉(zhuǎn)子是雙凸極結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子在高速旋轉(zhuǎn)時所帶來的局部應(yīng)力集中問題所以不能采用普通電機的磁性材料而應(yīng)選用其他性能更好的磁性材料比如鐵鈷合金。在軟磁合金中鐵鈷合金是迄今所發(fā)現(xiàn)的飽和磁密和居里溫度最高的一類合金即波明德合金(Permendur)和超波明德合金(Supermendur)。波明德合金與超波明德合金具有較高的飽和磁密、高

9、的磁導(dǎo)率和低的矯頑力。我國FeCo系軟磁合金現(xiàn)有1J20、1J21、1J22三個牌號。1J20不常用1J21、1J22相當(dāng)于國外的波明德合金。鐵鈷合金的熱處理問題比較復(fù)雜熱處理過程中對溫度的控制要求較高。經(jīng)過熱處理之后1J22的屈服強度遠(yuǎn)較一般的金屬強度高非常適合用做高速電機的轉(zhuǎn)子鐵磁材料。若從經(jīng)濟性方面來考慮定子鐵心可以采用普通的硅鋼片而轉(zhuǎn)子鐵心采用高性能的軟磁合金。3?高速無軸承開關(guān)磁阻電機的機械應(yīng)力設(shè)計3?1?高速電機的功率與速度

10、限制從電機設(shè)計的觀點和現(xiàn)實的電機發(fā)展現(xiàn)狀速度并不是高速電機的唯一因素。在一般的電機傳動應(yīng)用場合電機的轉(zhuǎn)速范圍在很大程度上依賴于輸出功率的大小。因此很有必要了解電機的轉(zhuǎn)速與功率之間的關(guān)系以及和尺寸相關(guān)的高速、超高速電機的分類。電機根據(jù)其功率的大小分為大、中、小三類[45]。高速電機功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系根據(jù)電機的種類和劃分標(biāo)準(zhǔn)的不同其表述形式也不盡相同。以異步電機為例若只從轉(zhuǎn)速與功率的關(guān)系出發(fā)其簡單的表達形式可以寫成:N3?3P=6?2?106

11、(2)其中:N是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速[krmin]P是輸出功率[kW]。根據(jù)式(2)可以描繪出一條PN曲線。這條曲線代表了電機的功率和速度的限制即這條曲線被定義為高速電機和超高速電機的分界線。電機的PN點在PN曲線的左邊可被定義高速電機或普通電機在PN曲線的右邊就是超高速電機。3?2?轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)選擇轉(zhuǎn)子高速運行時其對應(yīng)力方面的要求使得電機轉(zhuǎn)子主要從機械方面來考慮。這包括計算離心力的分布情況盡量減小局部應(yīng)力集中現(xiàn)象和瞬態(tài)機械響應(yīng)及在高速運行時的轉(zhuǎn)子張力

12、問題。由于定、轉(zhuǎn)子間比較小的空氣隙長度因此需要計算轉(zhuǎn)子的徑向增長量避免高速旋轉(zhuǎn)時定、轉(zhuǎn)子接觸的可能性。BSRM轉(zhuǎn)子的凸極結(jié)構(gòu)在高速旋轉(zhuǎn)時局部應(yīng)力集中主要發(fā)生在轉(zhuǎn)子極軛過渡部分和轉(zhuǎn)子與軸的連接配合處。在給定的轉(zhuǎn)子尺寸下采用更多轉(zhuǎn)子極數(shù)的開關(guān)磁阻電機可以減小最大應(yīng)力[11]。轉(zhuǎn)子的優(yōu)化方法圖1所示各參數(shù)含義如下:?是轉(zhuǎn)子優(yōu)化極弧半徑Da為轉(zhuǎn)子外徑Di為轉(zhuǎn)子內(nèi)徑?r為轉(zhuǎn)子極弧。極弧半徑的優(yōu)化參數(shù)選擇可取:??DiDa(12)sin?r22(2

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 眾賞文庫僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評論

0/150

提交評論