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橫向磁通永磁直線熱聲發(fā)電機(jī)空間磁場(chǎng)計(jì)算及特性分析

發(fā)布時(shí)間:2018-01-18 08:15

  本文關(guān)鍵詞:橫向磁通永磁直線熱聲發(fā)電機(jī)空間磁場(chǎng)計(jì)算及特性分析 出處:《沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)》2017年博士論文 論文類型:學(xué)位論文


  更多相關(guān)文章: 熱聲發(fā)電系統(tǒng) 橫向磁通永磁直線電機(jī) 端部漏磁 穿片磁場(chǎng) 阻抗匹配


【摘要】:熱聲發(fā)電技術(shù)是當(dāng)前可再生能源研究領(lǐng)域研究熱點(diǎn),具有熱源適應(yīng)性好、效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。熱聲發(fā)電系統(tǒng)主要由熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)和直線發(fā)電機(jī)兩部分組成。熱聲發(fā)電系統(tǒng)采用橫向磁通永磁直線熱聲發(fā)電機(jī)作為系統(tǒng)的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置。由于直線電機(jī)端部磁場(chǎng)產(chǎn)生回復(fù)性質(zhì)的磁阻力,當(dāng)電機(jī)磁阻力及機(jī)械彈簧合力與系統(tǒng)運(yùn)行頻率對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)力不匹配將影響熱聲發(fā)電系統(tǒng)機(jī)械諧振狀態(tài),降低系統(tǒng)電能輸出。另一方面,穿片磁場(chǎng)是橫向磁通永磁直線熱聲發(fā)電機(jī)的特殊問(wèn)題,穿片磁場(chǎng)會(huì)引起較大的渦流損耗。本文圍繞橫向磁通永磁直線電機(jī)空間磁場(chǎng)展開(kāi)研究,得到電磁-機(jī)械耦合參數(shù),并將參數(shù)代入解析模型中對(duì)熱聲發(fā)電系統(tǒng)工作狀態(tài)進(jìn)行分析,全文主要研究?jī)?nèi)容如下。結(jié)合熱聲發(fā)電系統(tǒng)聲波驅(qū)動(dòng)力運(yùn)行特性,為保證系統(tǒng)電能穩(wěn)定輸出以及保持直線發(fā)電機(jī)與熱聲發(fā)電系統(tǒng)處于同步諧振狀態(tài),選定橫向磁通永磁直線電機(jī)作為熱聲發(fā)電系統(tǒng)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置。相較于傳統(tǒng)直線電機(jī),橫向磁通永磁直線電機(jī)簡(jiǎn)單可靠,疊裝工藝易于實(shí)現(xiàn),同時(shí)軸向無(wú)齒槽結(jié)構(gòu)可提高其應(yīng)用于高頻短行程運(yùn)行狀態(tài)的平穩(wěn)性。采用疊加法建立橫向磁通永磁直線電機(jī)等效磁路模型求取電機(jī)電磁阻力表達(dá)式,通過(guò)數(shù)值解析分析橫向磁通永磁直線電機(jī)力學(xué)特性與熱聲發(fā)電系統(tǒng)聲波驅(qū)動(dòng)力的匹配關(guān)系。橫向磁通永磁直線電機(jī)軸向及橫向相鄰永磁體極性相異,其端部磁場(chǎng)呈現(xiàn)復(fù)雜的三維空間分布,目前缺乏相關(guān)內(nèi)容的研究。為求取影響電機(jī)磁阻力的軸向端部磁場(chǎng),提出端部磁場(chǎng)空間解耦分析方法,實(shí)現(xiàn)軸向端部漏磁解耦計(jì)算,進(jìn)而求取端部磁阻力。以此為基礎(chǔ),得出橫向磁通永磁直線電機(jī)等效勁度系數(shù)的計(jì)算方法,從而將電機(jī)的磁阻力與系統(tǒng)機(jī)械特性結(jié)合起來(lái),簡(jiǎn)化后續(xù)對(duì)熱聲發(fā)電系統(tǒng)工作特性的分析,并保證系統(tǒng)電能的穩(wěn)定輸出。為后續(xù)研究熱聲發(fā)電系統(tǒng)工作特性及頻率漂移補(bǔ)償控制策略提供理論基礎(chǔ)。為提高電機(jī)功率密度,確保系統(tǒng)緊湊性,橫向磁通永磁直線電機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中電磁負(fù)荷選擇相對(duì)較高。由于軸向相鄰的永磁體極性相異以及鐵心飽和的原因,在橫向磁通永磁直線電機(jī)初級(jí)鐵心內(nèi)部存在與主磁通回路正交的穿片磁場(chǎng),因此初級(jí)鐵心內(nèi)部磁場(chǎng)呈現(xiàn)三維混合磁路分布。與鐵心疊片正交流通的穿片磁場(chǎng)形成區(qū)間比較小,卻會(huì)形成較大的渦流損耗,在電機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中不易發(fā)現(xiàn),目前缺乏相關(guān)研究。針對(duì)這一情況,提出基于三維磁路的橫向磁通永磁直線電機(jī)空間穿片磁場(chǎng)分析方法,計(jì)算穿片磁場(chǎng)區(qū)間及穿片磁感強(qiáng)度。以此為基礎(chǔ),計(jì)算由穿片磁場(chǎng)所產(chǎn)生的附加渦流損耗,得到不同飽和狀態(tài)下穿片磁場(chǎng)所形成的渦流損耗及經(jīng)典鐵耗與電機(jī)主磁密的冪函數(shù)關(guān)系,并給出綜合考慮空載鐵耗及功率密度的橫向磁通永磁直線電機(jī)設(shè)計(jì)依據(jù)。將橫向磁通永磁直線電機(jī)空載鐵耗通過(guò)等效計(jì)算得到熱聲發(fā)電系統(tǒng)的等效電磁阻尼系數(shù),為熱聲發(fā)電系統(tǒng)起振-發(fā)電過(guò)程控制提供精確模型參數(shù)。設(shè)計(jì)并搭建拼裝式穿片磁場(chǎng)等效實(shí)驗(yàn)平臺(tái),并對(duì)主磁場(chǎng)及穿片磁場(chǎng)磁感強(qiáng)度進(jìn)行歸一化處理驗(yàn)證穿片磁場(chǎng)解析結(jié)果及不同主磁場(chǎng)飽和狀態(tài)對(duì)穿片磁場(chǎng)的影響。建立熱聲發(fā)電系統(tǒng)回路中的氣體工質(zhì)狀態(tài)方程,得出熱—聲—電能量成因及影響各能量轉(zhuǎn)換和衰減原因。基于相似理論,建立熱聲發(fā)電系統(tǒng)力—電類比模型對(duì)電機(jī)及熱聲發(fā)電系統(tǒng)工作狀態(tài)進(jìn)行耦合分析。以橫向磁通永磁直線電機(jī)等效勁度系數(shù)及等效電磁阻尼系數(shù)計(jì)算為基礎(chǔ),求取熱聲發(fā)電系統(tǒng)最大電能輸出狀態(tài)下匹配電抗,計(jì)算分析不同工作狀態(tài)下熱聲發(fā)電系統(tǒng)的電磁阻尼。得出阻抗匹配狀態(tài)下的系統(tǒng)等效勁度系數(shù)的計(jì)算方法。通過(guò)直線振蕩系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)理論分析進(jìn)行驗(yàn)證。研究結(jié)果可為熱聲發(fā)電系統(tǒng)及直線發(fā)電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)及新的研究思路。
[Abstract]:Thermoacoustic power generation technology is the current research hotspot in the field of renewable energy source, has good adaptability, high efficiency, simple and compact structure, long service life. The thermoacoustic power generation system is mainly composed of thermoacoustic engine and linear generator is composed of two parts. The thermoacoustic power generation system with transverse flux permanent magnet linear thermoacoustic generator as electromechanical system the end of the switching device. Because the magnetic field of linear motor generates the recovery magnetic resistance properties, when the magnetic resistance and mechanical spring force and operation of the system does not match the frequency corresponding driving force will affect the mechanical resonant thermoacoustic power generation system, reduce system power output. On the other hand, threading the magnetic field is transverse flux permanent magnet special problems linear thermal acoustic generator, threading a magnetic field can induce large eddy current loss. This paper focuses on the research of transverse flux permanent magnet linear motor magnetic field, electric - magnetic The mechanical coupling parameters, and analyze the working state of the thermoacoustic power generation system parameters in the analytic model, the main research contents are as follows. Combined with the thermoacoustic power generation system of acoustic driver operating characteristics, in order to ensure the system stable power output and maintain the linear generator and the thermoacoustic power generation system in synchronous resonance state, selected transverse flux permanent magnet the linear motor as the thermoacoustic power generation system of electromechanical energy conversion device. Compared with the traditional linear motor, transverse flux permanent magnet linear motor has the advantages of simple and reliable stacking technique is easy to implement, while the axial alveolar structure can improve the stability of its application in high frequency short stroke operation state. The establishment of transverse flux permanent magnet equivalent magnetic circuit model for linear motor take the motor electromagnetic resistance expression using the superposition method of transverse flux permanent magnet linear motor and mechanical properties of thermal acoustic power generation system sound by numerical analysis The matching relation between the wave force. The transverse flux permanent magnet linear motor of axial and transverse adjacent permanent magnet polarity is different, the end of the magnetic field presents complex three-dimensional space distribution, study the current lack of relevant content. For calculating the effect of axial magnetic field magnetic resistance at the end part of the forward end field space decoupling analysis method and implementation the axial end leakage decoupling calculation, then obtain the end magnetic resistance. On this basis, the calculation method of transverse flux permanent magnet linear motor equivalent stiffness coefficient, thus the motor magnetic resistance and mechanical properties of the system combined with the simplified analysis of working characteristics of subsequent generation on the thermoacoustic system, and ensure the stability of output the system of electric power. To provide the theoretical basis for the working characteristics of the system and the frequency shift of follow-up study of thermoacoustic power generation compensation control strategy. In order to improve the power density of the motor, to ensure that the system is compact, the transverse magnetic Tong Yongci The relatively high electromagnetic load selection of linear motor design process. Due to the axial adjacent permanent magnet polarity and different saturation causes in transverse flux permanent magnet linear motor primary core internal and main flux circuit orthogonal magnetic field threading, therefore the internal magnetic field of the primary iron core presents three-dimensional hybrid magnetic circuit distribution. And lamination orthogonal flow the threading of the magnetic field formation interval is relatively small, it will form a larger eddy current loss, not easy to find in the motor design process, the current lack of relevant research. In view of this situation, put forward the three-dimensional magnetic flux permanent magnet based on transverse to the space of linear motor wear sheet magnetic field analysis method, calculation of threading interval and threading a magnetic field a sense of strength. On the basis of calculating additional eddy current losses generated by threading a magnetic field, different saturated threading a magnetic field formed by the eddy current loss and iron loss and classic A power function relationship between motor main magnetic flux, and give comprehensive consideration according to the design of transverse flux no-load iron loss and the power density of the permanent magnet linear motor. The transverse flux permanent magnet equivalent electromagnetic damping coefficient of the thermoacoustic power generation system by using the equivalent loss calculation of linear motor no-load iron for thermoacoustic power generation system to provide accurate control of model parameters the vibration generating process. Design and build assembled threading magnetic field equivalent experimental platform, and the influence of magnetic field and the magnetic field threading of magnetic induction intensity was normalized to verify the analytical results and different magnetic field threading the main magnetic field saturation of magnetic field threading. A refrigerant gas state equation of the thermoacoustic power generation system in the loop. It is concluded that the heat - sound electric causes and effects of the energy conversion and energy attenuation. Based on the similarity theory, the establishment of thermoacoustic power generation system - electric analogy model of motor and thermoacoustic power generation system. The state coupling analysis. The transverse flux permanent magnet linear motor equivalent stiffness coefficient and damping coefficient of equivalent electromagnetic calculation, calculate the thermoacoustic power generation system maximum power output under the condition of matching reactance, the calculation and analysis of electromagnetic resistance of thermoacoustic power generation system under different working conditions, the calculation method is obtained. The impedance matching condition the equivalent stiffness coefficient. The system is verified by the analysis of linear oscillation system experimental platform of theory. The results can be used for the thermoacoustic power generation system and linear generator optimization design provides a theoretical basis and new research ideas.

【學(xué)位授予單位】:沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:博士
【學(xué)位授予年份】:2017
【分類號(hào)】:TM31

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本文編號(hào):1440162

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