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变速运行双凸极发电机电磁特性分析与损耗研究*

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第一章 绪论

1.1独立电源系统中变速发电系统发展及特点

1.2变速发电系统用电机研究现状

1.3双凸极电机研究现状

1.4课题研究目的和研究内容

第二章 变转速运行电励磁双凸极发电机基本原理与设计方法

2.1电励磁双凸极电机基本结构与变转速运行原理

2.2 DSEG参数功率敏感性分析及对比

2.3 12/8极与18/12极VS-DSEG特性对比分析

2.4 本章小结

第三章 基于损耗最小的双凸极电机温升特性分析

3.1电磁损耗与电流密度计算

3.2定子轭高对电磁损耗与电流密度的影响

3.3 VS-DSEG变速恒功率运行稳态温升特性分析

3.4本章小结

第四章 变速运行双凸极无刷直流发电机实验验证与分析

4.1实验样机结构参数

4.2整流二极管耐压分析与选型

4.3变速运行双凸极电机电磁特性验证与分析

4.4变速运行双凸极电机温升特性验证与分析

第五章 总结与展望

5.1工作总结

5.2后续研究展望

参考文献

致谢

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摘要

电励磁双凸极电机继承了开关磁阻电机结构简单、坚固可靠的优点,在其基础上引入了定子励磁绕组,使得电机能够通过励磁调节实现变速变负载下输出电压与功率的恒定,因此在飞机、汽车、风电等独立电源系统中具有重要的研究价值与应用前景。
  本文系统总结了独立电源系统中变速运行发电系统的发展及特点,阐述了变速运行发电系统对于发电机的要求。总结了应用于变速发电系统中的发电机的研究现状和问题。重点讨论了作为新型磁阻电机的双凸极电机的发展与研究现状,表明将电励磁双凸极电机应用于变速自发电系统中具有良好的应用前景与技术优势。
  给出了电励磁双凸极电机无刷直流自发电系统的基本架构,阐述了电励磁双凸极电机变速运行原理。对比分析了不同的参数对于电机输出特性的影响,对叠片结构参数进行了功率敏感度分析。对比分析了18/12极变速双凸极电机与12/8极变速双凸极电机的静态磁场、电感特性与负载特性、变速运行调节特性等。
  推导了变速双凸极电机的电磁损耗的计算公式,重点分析了绕组铜耗与电机定子结构参数的关系;定义了定子轭高系数,并研究该系数与双凸极电机电磁损耗的平衡关系、电流密度大小、输出功率与效率、电机有效材料总重及定子用铜量与用铁量比例之间的关系,进一步总结了双凸极电机定子结构参数的设计规律。以基于损耗最小的尺寸结构参数建立了变速双凸极电机温度场分析三维模型,得到了低速额定功率运行时电机稳态温升情况。并分析了电流密度大小与不同性质的电磁损耗对电机温升的影响。
  研制了应用于行车自发电变速系统双凸极电机原理样机,进行了实验研究,实验结果验证了电机结构、理论分析、有限元分析和温度场模型的正确性,表明电励磁双凸极电机能够较好地满足行车自发电系统的要求,具有重要的研究价值与应用前景。

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