振動(dòng)電機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)要求和設(shè)計(jì)原則
日期:2015-01-10 作者:耐爾特機(jī)械
自主開(kāi)發(fā)高速動(dòng)車組是中國(guó)鐵路事業(yè)的創(chuàng)舉,對(duì)緩解我國(guó)交通運(yùn)輸壓力、提高交通運(yùn)輸效率具有巨大的促進(jìn)作用。世界各國(guó)在開(kāi)發(fā)軌道交通的過(guò)程中重點(diǎn)開(kāi)發(fā)研制了永磁振動(dòng)電機(jī),永磁振動(dòng)電機(jī)及與之相關(guān)的牽引控制系統(tǒng)將是未來(lái)高速電動(dòng)車組技術(shù)攻關(guān)的主要方向本文根據(jù)永磁牽引振動(dòng)電機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)要求和設(shè)計(jì)原則,確定了電機(jī)基本性能參數(shù)和主要結(jié)構(gòu)參數(shù),利用有限元軟件計(jì)算了轉(zhuǎn)子“V”型磁極結(jié)構(gòu)電機(jī)的空載和負(fù)載工況,分析了電機(jī)的空載和負(fù)載特性,并與給定值進(jìn)行對(duì)比??紤]到永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),還分析了其他幾種常見(jiàn)的轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu),對(duì)不同磁極結(jié)構(gòu)時(shí)電機(jī)的基本參數(shù)和性能進(jìn)行了對(duì)比,為電機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。
電機(jī)內(nèi)電磁場(chǎng)時(shí)步有限元分析方法;在電機(jī)電磁場(chǎng)求解過(guò)程中,為了簡(jiǎn)化分析,做出如下假設(shè)
1)電機(jī)氣隙相對(duì)于磁極極距的尺度較小,且是均勻的,其磁感應(yīng)強(qiáng)度或磁場(chǎng)強(qiáng)度一般認(rèn)為沿電機(jī)的軸向是不變的,為建模和計(jì)算方便,電機(jī)鐵心軸向有效長(zhǎng)度內(nèi)的電磁場(chǎng)按二維場(chǎng)來(lái)處理,鐵心外緣的散磁忽略不計(jì);
2)定子載流導(dǎo)體和鐵心中的集膚效應(yīng)忽略不計(jì);
3)場(chǎng)域內(nèi)各處的場(chǎng)量均隨時(shí)間正弦變化 (包括磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度、向量磁位、電流密度等)。
在考慮磁飽和、忽略高次諧波、引入有效磁阻率的情況下,正弦電磁場(chǎng)可采用復(fù)數(shù)計(jì)算,在物理模型和數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上,建立有限元計(jì)算的電機(jī)實(shí)體模型。數(shù)學(xué)模型中的邊值問(wèn)題與實(shí)際物理模型相結(jié)合,確定計(jì)算的區(qū)域和邊界條件,并對(duì)二維平面中的相應(yīng)區(qū)域賦予實(shí)際電機(jī)部件的材料特性而形成實(shí)體模型。根據(jù)電磁場(chǎng)的計(jì)算特點(diǎn),只涉及不同材料的導(dǎo)電和導(dǎo)磁性能。
為了考慮外電路和電機(jī)端部效應(yīng),可用場(chǎng)路耦合的方法計(jì)算電磁瞬態(tài)過(guò)程,通過(guò)定子繞組的電動(dòng)勢(shì)將電磁場(chǎng)有限元方程與繞組電路方程聯(lián)立起來(lái),直接求解磁矢位和繞組電流。通過(guò)變分合成,永磁電機(jī)性能計(jì)算中涉及到電機(jī)的4個(gè)重要參數(shù):繞組電阻、空載反電勢(shì)、直軸振動(dòng)電抗和交軸振動(dòng)電抗,除繞組電阻可以直接計(jì)算外,其余3個(gè)都須通過(guò)有限元磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算求得。磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算分空載磁場(chǎng)、負(fù)載磁場(chǎng)計(jì)算。通過(guò)空載磁場(chǎng)計(jì)算求得空載反電勢(shì)、氣隙磁密基波值;通過(guò)負(fù)載磁場(chǎng)計(jì)算求得直軸振動(dòng)電感 (曲線)、交軸振動(dòng)電感 (曲線)、電流、功率因數(shù)和過(guò)載倍數(shù)。
轉(zhuǎn)子磁極內(nèi)置 “V”型結(jié)構(gòu)為轉(zhuǎn)子磁極內(nèi)置 “V”型結(jié)構(gòu),本文以該結(jié)構(gòu)的電機(jī)為基礎(chǔ)進(jìn)行了詳細(xì)分析。永磁體工作溫度取為150℃,永磁體牌號(hào)為N38EH。不同轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)對(duì)電機(jī)性能的影響分析 在內(nèi)置 “V”型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子磁極的基礎(chǔ)上,重新設(shè)計(jì)了其他5種常用的轉(zhuǎn)子磁路:表面隱極式、內(nèi)置 “一”型結(jié)構(gòu)、內(nèi)置 “U”型結(jié)構(gòu)、內(nèi)置 “W”型結(jié)構(gòu)和內(nèi)置切向磁路結(jié)構(gòu),