船用高速永磁同步电动机的设计研究

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1、分类号：TM341密级：公开UDC：621.3编号：S201570401中国舰船研究院硕士学位论文船用高速永磁同步电动机的设计研究作者：杨智指导老师：金焘研究员学科专业：控制理论与控制工程上海船舶设备研究所二〇一五年三月分类号TM341密级公开UDC621.3编号201570401硕士学位论文船用高速永磁同步电动机的设计研究DesignandResearchofHigh-SpeedPermanentMagnetSynchronousMotorUsedinShipboardApplications指导教师姓名：

2、金焘职称：研究员学位申请人姓名：杨智申请学位级别：工学硕士专业名称：控制理论与控制工程研究方向：船用电机设计论文提交时间：2015年3月培养单位：上海船舶设备研究所学位授予单位：中国舰船研究院学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文所有研究工作，均在导师指导下由作者本人独立完成。引用的有关观点、方法、数据和文献已在论文中注明，并与参考文献对应。除论文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其它个人或集体已经公开发表的研究成果。对本文研究作出任何贡献的个人和集体，均已在论文中以明确方式注明并表示感谢。学位论文作者签

3、名：日期：年月日学位论文版权使用授权声明中国舰船研究院和上海船舶设备研究所（培养单位）有权保存本人呈交的学位论文复印件及电子版，有权向国家有关部门或机构送交论文复印件及电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权中国舰船研究院和******研究所（培养单位）可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描手段保存或汇编本论文。本学位论文属于：公开内部秘密，在年解密后适用本授权书。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：导师签名：日期：年月日日期：年月日中国舰船研究院硕士学位论文摘

4、要高速永磁同步电动机具有体积小、噪音低、功率密度大和效率高等优点，成为船用离心压缩机系统驱动电机的最佳选择，满足离心压缩机系统朝小型化和高效化方向发展的要求。高速永磁同步电动机已广泛应用于航天行业，但在船舶应用方面经验较少，因此研发满足船用条件的高速永磁同步电动机具有重要意义。本文针对高速永磁同步电动机电磁特性与机械性能进行了深入研究，主要包括以下内容：第一部分主要研究高速永磁同步电动机电磁参数对电机性能的影响。围绕空载漏磁系数、极弧系数、电机空载气隙磁密波形以及交、直轴电枢反应电抗等影响电机性能的关键设计参

5、数展开，计算并总结了不同结构设计数据对上述电机关键设计参数的影响规律。提出一种利用负载磁场法求解永磁电机交、直轴电枢反应电抗的方法，这种方法可以兼顾交、直轴磁场的交叉影响，计算结果较为准确。第二部分对高速永磁同步电动机的转矩波动和转子涡流损耗进行了深入研究。首先介绍了电磁转矩波动产生的原因，分析表明从电机电磁设计角度出发主要靠削弱齿槽转矩来削弱电机的转矩波动，利用有限元法研究了多种削弱齿槽转矩的方法。其次分析研究了高速永磁同步电动机转子涡流损耗的计算方法。提出了利用有限元法计算分析高速永磁同步电动机转子涡流损

6、耗的方法，研究分析了气隙长度、极弧系数、槽口尺寸和电流波形畸变率对转子涡流损耗的影响规律。第三部分结合高速永磁同步电动机的设计特点研制成两台8200r/min、630kW的高性能的高速永磁同步电动机样机，两台样机分别采用表贴式转子结构和内置式转子结构。利用有限元法对设计方案进行电磁参数分析、磁场分析、损耗计算以及稳态性能计算。第四部分对两台样机的机械性能进行了分析研究。首先，利用有限元法和解析法计算分析了表贴式转子结构高速永磁同步电动机永磁体和护套在各种运行工况下的应力分布情况。其次，利用有限元法分析计算了内

7、置式转子结构高速永磁同步电动机超速运行时转子铁心隔磁桥处的应力分布。计算结构表明，两种设计方案能够保证电机转子安全运行。最后，将两台高速永磁同步电动机采用两个滑动轴承支撑，组成高速永磁同步电动发电机组，分析计算了整个转子系统的临界转速，并研究了在不平衡磁拉力作用下转子系统的动I船用高速永磁同步电动机的设计研究态响应。关键词：高速永磁同步电动机；有限元法；电磁参数；转矩波动；转子涡流损耗；机械性能II中国舰船研究院硕士学位论文ABSTRACTDuetotheadvantagesofsmallsize,lowno

8、ise,andhighpowerdensity,thehighspeedpermanentmagnetsynchronousmotor(HSPMSM)hasbecomeabestchoiceindrivemotorthatisusedincentrifugalcompressorsystemandcouldmeettherequirementsofthecentrifugalcompressorsy