高速永磁發(fā)電系統(tǒng)及其調壓器的研究.pdf

1、微型渦輪發(fā)動機(MTE)是未來微小型無人機、導彈、單兵飛行器的高效動力裝置，還可以獨立或與燃料電池結合，發(fā)展成為高能量密度的分布式電源系統(tǒng)，在軍事和民用領域具有十分廣闊的應用前景。微型渦輪發(fā)動機在實際應用中，需要為其附件系統(tǒng)及飛行器的電子設備提供電能，因此有必要開發(fā)一種靈活、輕便、高效率的發(fā)電機與渦輪發(fā)動機相匹配。但微型渦輪發(fā)動機轉速高，工作環(huán)境惡劣，普通電機難以勝任與其匹配，而超高速電機由于自身的特點，應用于微型渦輪發(fā)動機中具有顯著的

2、技術優(yōu)勢。
　　超高速電機在航空航天驅動、高速加工、飛輪儲能等軍事和民用領域具有十分廣闊的應用前景，發(fā)展?jié)摿薮?。永磁電機憑借其功率密度高、結構簡單堅固、高速性能優(yōu)異，可靠性高、容錯能力強、在惡劣環(huán)境下適應性好等特點在工作環(huán)境惡劣的超高速領域中的應用具有顯著的技術優(yōu)勢。但超高速運行時，該電機在本體結構、高效驅動、損耗溫升和轉子保護等方面還存在許多技術難題，制約了該電機在相關領域的發(fā)展和應用。
　　本文著重從高速永磁電機本體結

3、構及設計理論、功率變換器及控制器的優(yōu)化設計入手，通過技術創(chuàng)新解決了該電機超高速運行所面臨的諸多技術難題。根據(jù)微型永磁發(fā)電機傳統(tǒng)的經驗公式并結合磁路法，初步確定滿足技術指標要求的發(fā)電機的外形尺寸、結構、裝配方式、定轉子材料等。利用有限元分析軟件AnsoftMaxwell12分析了發(fā)電機的空載磁場，在空載磁場后處理中得到發(fā)電機的磁場分布、氣隙磁密、空載輸出電壓以及空載損耗參數(shù)，對不同結構尺寸，不同定子材料發(fā)電機的上述電氣參數(shù)進行了比較。從電

4、機定子繞組型式、定子槽型結構、定轉子齒數(shù)的匹配等角度優(yōu)化電機的結構設計，減少了電機定子繞組漏抗，研究了定子斜槽削弱高次諧波技術。對于發(fā)電機定子、轉子損耗計算及散熱設計進行了初步分析，利用有限元分析軟件ANSYS在靜態(tài)磁場計算的基礎上，基于定子鐵心材料的B-特性，得到定子中的損耗分P布，基于渦流場模型得到了轉子中渦流損耗的分布。同時，本文為高速永磁發(fā)電機開發(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，