内装式电励磁双凸极起动/发电机的电磁与温升特性研究

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电励磁双凸极电机凭借其磁场易调节、结构简单、可靠性高等特点受到国内外科研工作者的广泛关注,尤其在航空起动/发电领域具备较强的竞争力和潜力。应用于多电飞机的内装式电励磁起动/发电机的工作环境温度高,同时对电机功率密度和可靠性提出较高要求。本文针对电励磁双凸极电机的基本电磁特性、工作特性、温度分布及电感不对称问题进行了深入地研究。首先,介绍了航空电源和双凸极电机的发展历程和研究现状,阐述内装式电励磁双凸极电机的研究背景和研究意义。随后介绍了课题所研究电励磁双凸极电机的尺寸结构、基本原理和控制策略,并给出了电机的电磁、流体及传热模型。此外,为研究电机的温度分布,同时通过实验测定了电机各部件材料的热物性参数,绘制各部件材料导热系数随温度变化的曲线。其次,通过有限元仿真研究了电励磁双凸极电机的磁场特性、电感特性等基本电磁特性,分析了电机发电运行状态下的空载特性、负载特性,对比了不同控制策略下电机的输出转矩和各相电流情况。并针对电励磁双凸极电机采用平行齿结构时出现的各相电感不对称问题,进行了优化。基于客观物理规律解释了各相电感不对称的原因,提出了额定工作点电机各相电感不对称的优化方法,通过有限元仿真进行了验证,并研究了该方法对电机输出特性的影响。。最后,基于传热学原理和集总参数网络原理,建立了基于集总参数网络的电励磁双凸极电机三维温度场模型,给出了建模和模型求解的流程,介绍了几种基本的热阻模型,推导了电机温度模型中所有的热阻计算公式和热源计算公式,并通过MATLAB/Simulink迭代求解了电机的温度分布,后通过电机的温升实验验证了模型的正确性。
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