调速型实心盘式异步磁力耦合器磁场分析及工作性能研究

论文摘要

调速型实心盘式异步磁力耦合器是根据电磁感应原理,实现无介质传递转矩的新型传动装置,具有安全、节能、隔振、安装精度要求低、过载保护、减少设备故障周期等优点,目前在电力、水利、化工、农业等行业的应用非常广泛。因此,调速型实心盘式异步磁力耦合器的研究不仅在学术上有着较高的科学价值,而且在工程上有较高的实用价值。本文主要从以下几个方面对调速型实心盘式异步磁力耦合器进行研究:(1)运用考虑高次谐波的矢量磁位法对调速型实心盘式异步磁力耦合器的气隙磁场和电磁转矩进行理论分析与数值计算。根据磁力耦合器结构参数、材料性能建立理论层模型,并将理论层模型各层矢量磁位的分析结果与边界条件结合联立方程组,得到层模型各区域的矢量磁位,通过矢量磁位表达出磁力耦合器的周向和轴向气隙磁密以及铜层中的感应电流密度,再结合三维校正因子得到电磁转矩,将气隙磁密公式导入数值分析软件进行编程,得到其1、3、5次谐波三维波形,并对其波形以及衰减趋势进行分析,最后利用谐波叠加的方法将1、3、5次谐波波形叠加得到气隙磁密的波形。(2)利用非线性有限元分析法引入高次谐波对调速型实心盘式异步磁力耦合器的静态磁场、瞬态磁场和感应磁场的分布进行模拟分析。通过模拟得到平均半径圆周上不同气隙位置和中间气隙处不同半径圆周上的轴向和周向静态磁场三维波形,并对其1、3、5次谐波幅值在气隙磁场中的衰减速度进行验证;通过对恒转矩负载工况下的瞬态磁场分析,得到负载越大轴向气隙磁密越小周向气隙磁密越大的规律;通过对变转矩负载工况下的瞬态磁场分析,得到变负载系数越大轴向气隙磁密越小周向气隙磁密越大,且气隙磁密幅值与变转矩负载系数在一定范围内呈线性关系的规律;根据感应磁场与原磁场的空间波形分布,得到转速差越大感应磁场气隙磁密波形逐渐向原磁场方向偏移以及气隙磁密幅值先增大再小幅降低最后趋向于一个稳定值的结论。(3)对调速型实心盘式异步磁力耦合器的动态特性进行模拟分析,提出机械特性曲线的常用特性阶段。通过对运动体转速进行参数化设置,得到不同转速差情况下的电磁转矩,根据输出转速以及电磁转矩得到机械特性曲线,通过机械特性曲线分析耦合器的调速性能、启动特性和常用特性阶段,得到随气隙厚度增大常用特性阶段范围不断缩小的规律,根据不同输入转速对机械特性曲线的影响,提出了变转矩负载工况下同时调节输入转速和气隙厚度来获得理想输出转速的调速方法;通过分析气隙厚度、转速差与轴向力间的变化关系,得到轴向力变化范围随气隙厚度增大而减小,且轴向力零点时的转速差几乎不变的规律;通过对不同气隙厚度下转速差与涡流损耗的关系分析,得到转速差越小气隙厚度对涡流损耗影响越小的规律。(4)搭建三维静态气隙磁场测试平台和传动性能测试平台,对调速型实心盘式异步磁力耦合器的静态磁场和传动性能进行测试。通过三维静态气隙磁场测试平台分别测量磁力耦合器平均半径圆周上不同气隙位置和中间气隙处不同半径圆周上的静态磁场分布;通过传动性能测试平台测试了磁力耦合器的机械特性曲线,并验证常用特性阶段范围随气隙厚度变化的规律;通过测试转速差不变时不同输入转速对应的电磁转矩,验证了输入转速对机械特性曲线的影响;测试了变转矩负载工况下的调速性能,并验证了输入转速对调速范围的影响,对比发现,测试值、计算值和模拟值总体趋势一致。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王美冈

导师: 杨超君

关键词: 磁场分布,感应磁场,调速性能,启动性能,轴向力,涡流损耗

来源: 江苏大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 江苏大学

基金: 江苏省六大人才高峰项目(编号:2015-ZBZZ-020),“平盘式异步永磁调速装置及其关键技术研究”,国家自然科学基金项目(编号:51875254),“可调速异步磁力耦合器变气隙磁场特性及调速性能研究”

分类号: O441;TN622

总页数: 82

文件大小: 6306K

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