高速永磁發(fā)電系統(tǒng)及其調(diào)壓器的研究.pdf

1、微型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(MTE)是未來微小型無人機(jī)、導(dǎo)彈、單兵飛行器的高效動(dòng)力裝置，還可以獨(dú)立或與燃料電池結(jié)合，發(fā)展成為高能量密度的分布式電源系統(tǒng)，在軍事和民用領(lǐng)域具有十分廣闊的應(yīng)用前景。微型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中，需要為其附件系統(tǒng)及飛行器的電子設(shè)備提供電能，因此有必要開發(fā)一種靈活、輕便、高效率的發(fā)電機(jī)與渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)相匹配。但微型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高，工作環(huán)境惡劣，普通電機(jī)難以勝任與其匹配，而超高速電機(jī)由于自身的特點(diǎn)，應(yīng)用于微型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中具有顯著的

2、技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
　　超高速電機(jī)在航空航天驅(qū)動(dòng)、高速加工、飛輪儲(chǔ)能等軍事和民用領(lǐng)域具有十分廣闊的應(yīng)用前景，發(fā)展?jié)摿薮?。永磁電機(jī)憑借其功率密度高、結(jié)構(gòu)簡單堅(jiān)固、高速性能優(yōu)異，可靠性高、容錯(cuò)能力強(qiáng)、在惡劣環(huán)境下適應(yīng)性好等特點(diǎn)在工作環(huán)境惡劣的超高速領(lǐng)域中的應(yīng)用具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。但超高速運(yùn)行時(shí)，該電機(jī)在本體結(jié)構(gòu)、高效驅(qū)動(dòng)、損耗溫升和轉(zhuǎn)子保護(hù)等方面還存在許多技術(shù)難題，制約了該電機(jī)在相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用。
　　本文著重從高速永磁電機(jī)本體結(jié)

3、構(gòu)及設(shè)計(jì)理論、功率變換器及控制器的優(yōu)化設(shè)計(jì)入手，通過技術(shù)創(chuàng)新解決了該電機(jī)超高速運(yùn)行所面臨的諸多技術(shù)難題。根據(jù)微型永磁發(fā)電機(jī)傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)公式并結(jié)合磁路法，初步確定滿足技術(shù)指標(biāo)要求的發(fā)電機(jī)的外形尺寸、結(jié)構(gòu)、裝配方式、定轉(zhuǎn)子材料等。利用有限元分析軟件AnsoftMaxwell12分析了發(fā)電機(jī)的空載磁場(chǎng)，在空載磁場(chǎng)后處理中得到發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)分布、氣隙磁密、空載輸出電壓以及空載損耗參數(shù)，對(duì)不同結(jié)構(gòu)尺寸，不同定子材料發(fā)電機(jī)的上述電氣參數(shù)進(jìn)行了比較。從電

4、機(jī)定子繞組型式、定子槽型結(jié)構(gòu)、定轉(zhuǎn)子齒數(shù)的匹配等角度優(yōu)化電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減少了電機(jī)定子繞組漏抗，研究了定子斜槽削弱高次諧波技術(shù)。對(duì)于發(fā)電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子損耗計(jì)算及散熱設(shè)計(jì)進(jìn)行了初步分析，利用有限元分析軟件ANSYS在靜態(tài)磁場(chǎng)計(jì)算的基礎(chǔ)上，基于定子鐵心材料的B-特性，得到定子中的損耗分P布，基于渦流場(chǎng)模型得到了轉(zhuǎn)子中渦流損耗的分布。同時(shí)，本文為高速永磁發(fā)電機(jī)開發(fā)了相匹配的寬輸入電壓范圍恒壓輸出的DC/DC功率變換器，其主電路為BUCK變換器，