永磁往复式直线发电机温度场计算

论文摘要

本文以1.1kW永磁往复式直线发电机的温度场为研究对象,分析计算了电机稳态运行时电机内部的发热原理和温度场分布情况。由于永磁往复式直线发电机具有特殊的结构和工作原理,为了准确计算电机内温度场分布,首先要计算电机内各部件的热性能参数。首先介绍了永磁往复式直线发电机不同于普通旋转电机的结构和工作原理及传热学基本理论。计算了电机内产生热能的各个损耗的大小和热性能参数,采用有限元法分析了电机稳态工作时的电磁损耗,推导了温度场矩阵方程。由于动子在工作过程中周期性往复运动,动子左右端面交替作为迎风面和背风面,在做了一些简化处理和假设之后,建立了电机的三维有限元模型,计算出了电机各部件表面附近在动子运动一个周期内的平均风速,再根据相关经验公式得到了电机各部件表面的散热系数。本论文中采用的对绕组绝缘的处理方法可以提高计算结果精度,论文中利用有限单元法计算了永磁往复式发电机稳态工作时的温度场,得到了二维和三维的温升分布图,并将计算结果与实验值进行了比较,验证了计算的准确性,二维模型计算结果比三维模型计算结果误差较大,但在对计算精度要求不高的条件下也可以使用二维温度场模型。由于电机结构的对称性,电机上下定子温度场分布对称,最热的部位出现在线圈中部,永磁体的温升在允许范围之内,满足工作要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的意义
• 1.2 直线电机发展概述
• 1.3 永磁直线电机的主要特点
• 1.4 课题的来源及研究内容
• 第2章 永磁往复式直线发电机的结构和工作原理及传热学基本理论
• 2.1 永磁往复式直线发电机的结构和工作原理
• 2.1.1 永磁往复式直线发电机的结构
• 2.1.2 永磁往复直线发电机的工作原理
• 2.1.3 永磁往复式发电机的特点
• 2.2 传热学基本理论
• 2.2.1 热传导定律和方程
• 2.2.2 导热微分方程的边界条件
• 2.2.3 电机内温度场计算方法
• 2.3 本章小结
• 第3章 电机内温升参数的计算
• 3.1 电机内的发热源
• 3.1.1 绕组损耗
• 3.1.2 铁心损耗
• 3.1.3 铁心损耗的计算
• 3.1.4 机械损耗
• 3.2 电机内材料的导热系数和表面散热系数
• 3.2.1 定子绕组的等效导热系数
• 3.2.2 电机铁心的导热系数
• 3.3 电机内各部件表面的散热系数
• 3.3.1 计算流体力学概述
• 3.3.2 电机流场的计算
• 3.4 本章小结
• 第4章 温度场计算结果和分析
• 4.1 二维温度场计算
• 4.2 三维温度场计算
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢