【摘 要】
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随着水污染问题日益严峻,污水处理技术以及污水处理中核心的曝气设备得到深入研究和飞速的发展。其中高速电机驱动的鼓风式曝气机被认为拥有很大的发展前景,并逐渐发展成这一方面的研究热点。在高速驱动领域中,高速永磁电机由于其较高的功率密度、效率高以及尺寸较小等突出的特点,在曝气机驱动领域得到了广泛的应用。本文以应用于曝气机的高速永磁电机为研究对象,设计了一台150k W、25000r/min的高速永磁电机,
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随着水污染问题日益严峻,污水处理技术以及污水处理中核心的曝气设备得到深入研究和飞速的发展。其中高速电机驱动的鼓风式曝气机被认为拥有很大的发展前景,并逐渐发展成这一方面的研究热点。在高速驱动领域中,高速永磁电机由于其较高的功率密度、效率高以及尺寸较小等突出的特点,在曝气机驱动领域得到了广泛的应用。本文以应用于曝气机的高速永磁电机为研究对象,设计了一台150k W、25000r/min的高速永磁电机,并对其设计、损耗和温度场进行了深入的研究。首先,根据技术要求对电机进行了电磁设计,主要包括:定子和转子结构的设计、永磁体和铁心材料的选择。确定其设计方案后,通过有限元仿真验证所设计电机的合理性。其次,采用场路耦合仿真方法将电机控制系统和电机结合起来,采用时步有限元方法进行仿真求解,对变频器驱动高速永磁电机的情况进行了仿真分析。通过此方法,模拟了变频器驱动高速永磁电机负载下的工况。再次,利用有限元软件分析了额定工况下电机各个部分的损耗,分别为定子铁耗、绕组铜耗、永磁体的涡流损耗以及风摩损耗。在计算定子铁耗及永磁体涡流损耗时,采用的是场路耦合的仿真模型,其计算结果更贴近实际工况。计算的损耗结果为电机的温度场分析提供了热源数据。然后,在根据电机传热特性基础上,对所设计的电机的温度场进行了研究,对比分析了不同冷却水道的冷却能力,确定采用螺旋型水道作为散热方式,在此基础上应用ANSYS Workbanch软件,对电机进行了三维温度场仿真。最后,搭建了试验平台,对所设计的样机进行了试验,分别进行了空载、负载及温升试验。试验结果表明所设计的电机基本符合所提出的技术要求,且验证了仿真分析的正确性。
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