高温永磁同步电机设计参数研究与验证

来源 :中国航天第二研究院 航天科工集团第二研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:pn526
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永磁同步电机由于具有结构简单、效率高和调速性能好等一系列优点得到各行业的广泛关注,应用范围不断拓展。在军工领域,近年来随着航天武器系统及宇航工程的快速发展,对永磁同步电机的需求不断增长,同时对电机性能和使用环境的要求越来越苛刻,要求电机具有小体积、大功率、长寿命和高可靠性等特点,并且电机要适应较高的环境温度。由于高功率密度电机带来较高的自身温升,在苛刻的环境温度下,使电机的研制具有一定的难度。  本文在对永磁同步电机基本原理进行了简要介绍后,从基于等效磁路法的电机设计方法入手,对电机的关键设计参数与电机性能、损耗等特性的关系进行了研究,在此基础上结合本课题电机的具体要求对高温永磁同步电机的方案参数进行了设计。为了更好的研究铁芯材料和绕组匝数对电机性能,尤其对电机效率的影响,确定出三种不同的电机方案,并对电机各参数进行了计算。  为验证电机设计参数的可行性,结合电磁场仿真软件,对三种不同电机方案的电磁场进行了详细的仿真和分析,其中包括二维静态磁场和瞬态磁场以及三维静态磁场,得出了电机静态磁密分布,以及电机的齿槽转矩、电感、反电势、电磁转矩和铁耗,并对结果进行了对比和分析,仿真结果与设计计算参数基本相符。  为验证电机温升的合理性,结合传热学基本原理和有限元理论,对三种不同的电机方案进行了温度场仿真,其中包括室温下空载温升和负载温升,以及在高温环境下的负载温升,从而得到了三种方案电机在不同状态下的温度分布,仿真结果与理论分析相符合。  在电机设计和仿真结果表明电机方案可行的基础上制造样机,并针对三种电机方案样机进行了测试,测试内容包括绕组电阻、电感、反电势波形和反电势系数、空载运行状态、负载运行状态,以及电机的空载温升和负载温升,电机测试结果满足设计要求。综合三种样机的性能测试结果确定了电机设计方案,进行了系统匹配试验,匹配结果表明电机满足任务书指标要求。该课题的研究解决了某航天武器型号发动机滑油泵用高温永磁同步电机的需求,研究成果具有一定的工程应用价值,对今后高温电机的研制具有一定的指导意义。
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