《全電飛機推進用不對稱單元多相電機系統》是依託哈爾濱工業大學，由崔淑梅擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：全電飛機推進用不對稱單元多相電機系統
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：崔淑梅
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
全電飛機是下一代先進飛機的發展方向。推進電機是全電飛機的關鍵技術。難點在於工作環境和工況複雜多變，對電機的可靠性、轉矩密度和效率要求高。申請者擬研究一種基於多相電機的全電飛機推進系統---“不對稱單元多相電機系統”。將n×m相電機分為n個m相單元，每個單元的轉矩/轉速特性不同，各單元配合獲得更大的力矩和效率以及動態特性，可以更好的配合飛機推進工況，提高轉矩密度、效率和可靠性。課題擬研究獲得與飛行工況相匹配的繞組裂相與單元功率配置方法；研究不對稱繞組對電機的影響，提出高功率密度、高效率的電機設計方案。分析不對稱單元繞組之間的耦合對電機磁路、轉矩波動、效率等的影響；解決各單元控制參數的非線性、快速效率尋優控制與模式轉換的混雜系統問題以及容錯控制的策略重構等問題，提出以全飛行剖面內效率最優的電機控制方法和容錯控制方法。為該類電機的深入研究以及在全電飛機推進系統中的套用打下基礎。
結題摘要
針對全電飛機推進電機高功率密度、高效率、高可靠性、快速回響等需求，及峰值功率大、持續功率低的工況特點，本課題提出了一種不對稱多相永磁電機結構。本項目主要研究電機的電磁設計、結構設計、冷卻設計、控制策略、容錯策略等內容，並通過樣機測試進行實驗研究和驗證。所取得的研究進展和成果有：建立了不對稱電機的模型，研究了電機的相數和裂相方式對電機的性能的影響，提出了不對稱電機設計的一般性原則。研究結果表明，在不對稱電機中，獨立繞組的套數小於每套繞組相數，每套繞組相數小於六相，每極每相槽數槽數為不大於2的電磁結構適合在不對稱電機中使用，可以兼顧電機的設計靈活性、運行性能、容錯性能和控制難度。結合實際工況，本課題選擇了3×5相電機。為了快速設計匹配電機中各套繞組的參數，提出了等轉矩匹配、等功率匹配和等基速匹配三種基本匹配模式，並分析了三種模式對電機性能的影響。結果表明，全電飛機中，等轉矩匹配包容性最強，1-2h飛行中能耗最低，而等基速匹配在更長時間的飛行中損耗最低。分析了不對稱繞組對電機磁場的影響，結果表明，不對稱繞組會導致電機合成磁場中的諧波增加，採用齒寬不等的不對稱鐵芯可以抑制諧波的增加，使電機磁場和對稱繞組基本一致。分析了電機效率和損耗，理想條件下，電機各套繞組產生的損耗相同時電機效率最高，實際運行效率最高的轉矩分配在這個平衡點附近，為電機控制提供了理論依據。建立了有限元模型，分析了在電機不同位置開孔或增加散熱鰭片等對電機應力和溫升的影響，結果表明，在飛機高速對流的條件下，合理的凹槽和空洞可以使電機結構件重量降低10%，散熱效果提高10%，穩定溫升降低5K左右。提出了基於自抗擾的電機控制策略，可以很好的解決多套繞組的同步控制，並且提高了電機的動態性能，有利於提高飛行平穩性和抗擾動的能力。研發了電機和控制器樣機，並通過硬體在環模擬實際工況進行了測試，結果表明不對稱繞組可以減少5%-10%的能耗。
