本文選題：內置式永磁同步電機 + 結構強度��； 參考：《重慶大學》2016年碩士論文

【摘要】：內置式永磁同步電機因高效率、高能量密度以及運行可靠等諸多優(yōu)點,在高速大功率場合,諸如空調、電動汽車、船舶和航天航空,其應用越來越普及。內置式永磁同步電機的轉子機械結構較為復雜,磁鋼置于轉子內側受到轉子保護,但是轉子隔磁橋處于轉子邊緣承受較大應力,從而需要分析其強度。轉子發(fā)生故障,定子的電磁振動特性會隨之變化,進而為故障診斷提供檢測依據。這使得內置式永磁同步電機轉子故障下的電磁振動特性逐漸成為業(yè)界倍受關注的科研方向和研究課題。本文是國家自然科學基金面上項目“基于定子電磁振動與電流分析的永磁同步電機電氣及失磁故障診斷方法研究”(51477015)中失磁故障診斷方法的基礎研究內容。本文主要分析內置式永磁電機轉子故障下定子的電磁振動,考慮到轉子機械結構復雜,先對轉子結構強度進行分析,然后分析轉子故障(主要包括失磁故障以及偏心故障)對定子電磁振動的影響。首先,本文在介紹彈性力學、結構動力學和電磁場基本理論的基礎上,建立永磁電機轉子灌注環(huán)氧樹脂以及不添加環(huán)氧樹脂的模型,同時搭建永磁電機特有的轉子故障模型,即失磁故障以及偏心故障。其次,計算轉子臨界轉速,并分析在磁鋼不同安裝工藝下,轉子最大應力的變化,特別分析環(huán)氧樹脂被破壞后,轉子所受最大應力的變化,從而校核永磁電機的轉子強度。分析表明,若在磁鋼與轉子間隙中灌注環(huán)氧樹脂,不僅能夠加固轉子結構,還會減小轉子承受的最大應力;即使環(huán)氧樹脂受到破壞,依舊能夠減小轉子所受的最大應力。然后,本文重點研究了電機在不同程度失磁故障下的振動特性,并與電機未失磁時的振動對比。結果表明,單個磁鋼失磁故障下,定子振動的低頻分量會增大,致使振動加劇。定子在單個磁鋼均勻失磁時的振動比在單個磁鋼局部失磁時的振動要劇烈。當單個磁鋼均勻失磁達到一定程度時,定子的振動不再繼續(xù)顯著加劇。而所有磁鋼局部失磁時,定子振動變化較小。最后,計算分析電機在不同程度偏心故障下的電磁振動,同時與電機未偏心時的振動做對比。分析表明,電機在靜態(tài)偏心故障下,定子的形變呈軸對稱分布,其對稱軸是由定子中心與旋轉中心確定的直線。隨著靜態(tài)偏心的加劇,定子的形變量增大。電機在動態(tài)偏心故障下,定子振動的低頻分量顯著增大。隨著動態(tài)偏心程度的加劇,定子振動的高次諧波以及分數(shù)次諧波會顯著增大。
[Abstract]:Due to its advantages of high efficiency, high energy density and reliable operation, built-in permanent magnet synchronous motor (PMSM) is widely used in high speed and high power applications, such as air conditioning, electric vehicles, ships and aerospace. The mechanical structure of the rotor of the built-in permanent magnet synchronous motor is complex, and the magnetic steel is protected by the rotor on the inner side of the rotor, but the rotor magnetic isolation bridge is subjected to great stress at the rotor edge, so the strength of the rotor needs to be analyzed. The electromagnetic vibration characteristics of the stator will change with the fault of the rotor, which can provide the basis for fault diagnosis. This makes the electromagnetic vibration characteristics of built-in permanent magnet synchronous motor (PMSM) rotor fault gradually become the research direction and research topic of the industry. This paper is the basic research content of the fault diagnosis method of permanent magnet synchronous motor (PMSM) based on stator electromagnetic vibration and current analysis, which is a project of National Natural Science Foundation of China (NSFC), namely, the method of fault diagnosis of permanent magnet synchronous motor (PMSM) based on stator electromagnetic vibration and current analysis (51477015). This paper mainly analyzes the electromagnetic vibration of the stator under the rotor fault of the built-in permanent magnet motor. Considering the complex mechanical structure of the rotor, the strength of the rotor structure is analyzed first. Then the influence of rotor fault (including loss of magnetic field and eccentricity) on stator electromagnetic vibration is analyzed. Firstly, on the basis of introducing the basic theories of elasticity, structural dynamics and electromagnetic field, the models of permanent magnet motor rotor perfusion epoxy resin and non-epoxy resin are established, and the special rotor fault model of permanent magnet motor is built. Loss of magnetic fault and eccentric fault. Secondly, the critical speed of the rotor is calculated, and the change of the maximum stress of the rotor under the different installation process of magnetic steel is analyzed, especially the change of the maximum stress of the rotor after the epoxy resin is destroyed, so as to check the rotor strength of the permanent magnet motor. The analysis shows that if epoxy resin is poured into the gap between magnetic steel and rotor, it can not only strengthen the rotor structure, but also reduce the maximum stress of the rotor, even if the epoxy resin is damaged, the maximum stress of the rotor can still be reduced. Then, this paper focuses on the vibration characteristics of the motor under different degree of loss of excitation, and compares the vibration of the motor with that of the motor without losing magnetic field. The results show that the low frequency component of stator vibration increases and the vibration intensifies when a single magnetic steel loses its magnetic field. The vibration of stator is more intense when a single magnetic steel loses its magnetic field uniformly than when a single magnetic steel loses its magnetic field locally. When the uniform loss of magnetic field of a single magnetic steel reaches a certain degree, the vibration of the stator no longer increases significantly. However, the stator vibration change is small when all the magnets lose their magnetic field locally. Finally, the electromagnetic vibration of the motor under different eccentricity faults is calculated and analyzed, and compared with that of the motor without eccentricity. The analysis shows that the stator deformation is axisymmetric distribution under the static eccentricity fault, and the symmetry axis is a straight line determined by the center of stator and the center of rotation. With the increase of static eccentricity, the shape variable of stator increases. The low frequency component of stator vibration increases significantly under dynamic eccentric fault. With the increase of dynamic eccentricity, the higher harmonic and fractional harmonic of stator vibration will increase significantly.
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM341

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本文編號：1997340