高速电机由于具有转速高、电机尺寸小、功率密度大、效率高等显著优点,在高速压缩机、储能飞轮、纺织、高速磨床等方面具有广阔的应用前景。由燃气轮机驱动的高速发电机体积小,具有较高的机动性,也可作为独立电源或小型电站,弥补集中式供电的不足,具有重要的实用价值。 本文首先分析了高速永磁电机的结构特点,由于转速高,转子受到很大的离心力,轴承问题也更为突出,而高频又影响电机定转子的损耗和电机的性能。在我国对高速电机的研究还处于起步阶段,其定子、转子和轴承等方面还存在很多问题需要研究。针对高速电机存在的问题,本文主要从定子部分进行以下几方面的研究: 采用相同的转子结构和尺寸,通过对不同槽数定子结构高速永磁发电机进行磁场分析和对比研究,从定、转子两方面分析了不同定子结构对高速永磁发电机性能的影响。还分别研究了不同绕组形式和不同极对数对高速永磁发电机性能的影响,进行了对比分析并比较了它们的优缺点。 研究了永磁发电机的ANSYS磁场分析方法。对发电机的磁场分析需要使用场路耦合的方法,但是基于ANSYS场路耦合的磁场分析目前还需要进一步的验证,本文提出一种基于ANSYS软件命令流的场路结合分析方法,采用电流迭代的方式求解发电机额定运行时的合成磁场,以实现高速永磁发电机的瞬态仿真,并采用MATLAB来进行数据分析。 由于高频的影响,工频定子铁心损耗的计算方法已不再适合于高速电机,其材料参数也将发生变化。本文对三个采用不同铁心叠压方式的单相变压器进行空载试验,来测量定子硅钢片材料在400Hz高频下的BH曲线和损耗系数,并对比研究了各向异性材料对电机的影响。 当温度达到某一临界值,永磁体会发生退磁现象,从而影响电机的性能。高速电机体积小、功率密度大,其温升是一个需要解决的关键问题,本文针对高速电机样机(6槽,环形绕组形式)的定子结构采用热路法进行了初步的温升计算。