基于零序空间谐波磁场励磁的无刷同步电机特性研究
发布时间：2020-12-04 02:39
在中小功率工业应用领域,作为主要机种的永磁电机存在气隙磁场难以调节和去磁风险等固有不足。并且,作为不可再生的储备资源,稀土材料价格日益昂贵,长期供应面临挑战。因此,开发不用或少用永磁材料的电励磁或混合励磁电机具有重要的实际应用价值和学术理论意义。传统的同步电机采用电刷和滑环励磁,可靠性低。对于电励磁同步电机和混合励磁同步电机方案,无刷化电励磁技术都是关键问题。受限于体积和成本等因素,大型发电机采用的独立励磁机不适合于中小型电机。现有的混合励磁电机采用的无刷电励磁方案存在漏磁大,电机结构复杂等问题。在此背景下,本文提出了基于零序空间谐波磁场励磁的无刷同步电机（Zero-sequence Spatial Harmonic Field Brushless Excitation Synchronous Machine,ZSHF-BESM）方案。该电机利用建立型零序谐波磁场进行无刷励磁,解决了现有电励磁电机方案中电刷滑环可靠性差,调磁性能受限等问题。根据零序空间谐波磁场建立方式的不同,本论文对三次谐波电流无刷励磁同步电机（THC-BESM）和双谐波绕组无刷励磁同步电机（DHW-BESM）两种具体...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：183 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 同步电机励磁方式的研究现状
1.2.1 有刷励磁方式
1.2.2 无刷电励磁方式
1.2.3 混合励磁电机
1.3 谐波励磁电机相关技术研究现状
1.3.1 谐波磁场的产生与利用
1.3.2 谐波磁场的抑制方法
1.3.3 谐波电流的注入与控制策略
1.4 本文的主要研究内容
第2章 零序谐波磁场励磁原理与THC-BESM拓扑结构分析
2.1 引言
2.2 THC-BESM的基本结构与零序谐波磁场励磁方法
2.2.1 零序谐波磁场励磁思想的提出
2.2.2 THC-BESM的基本结构与M次零序谐波磁场建立原理
2.2.3 定子附加零序电流的选取
2.2.4 零序电流励磁原理的2D-FEA仿真验证
2.3 THC-BESM的数学模型与谐波电流相位关系分析
2.3.1 THC-BESM数学模型的建立
2.3.2 谐波电流和基波电流相位关系的确定
2.3.3 定子铁芯磁饱和状态仿真分析
2.4 THC-BESM拓扑结构的优化设计与分析
2.4.1 齿谐波分析
2.4.2 分数槽THC-BESM的拓扑结构
2.4.3 不同拓扑结构THC-BESM电磁性能的仿真结果
2.4.4 不同拓扑结构THC-BESM电磁性能的实验验证
2.5 本章小结
第3章 THC-BESM并联耦合等效磁路分析与结构参数研究
3.1 引言
3.2 THC-BESM的并联等效磁路建模与计算方法分析
3.2.1 THC-BESM的空载并联磁通路径
3.2.2 空载并联等效磁路建模与计算方法
3.2.3 数值计算结果及气隙磁通调节特性
3.3 转子结构参数对励磁性能的影响研究
3.3.1 极弧系数的选取
3.3.2 转子谐波绕组槽口宽度的影响
3.3.3 谐波绕组槽径向长度的影响
3.3.4 极靴厚度的选取
3.4 THC-BESM的功率因数与效率分析
3.4.1 功率因数的影响因素分析
3.4.2 励磁绕组匝数对功率因数的影响分析
3.4.3 气隙长度和定子槽口宽度对功率因数的影响
3.4.4 效率分析与实验测试
3.5 本章小结
第4章 DHW-BESM的整数槽谐波绕组分布与等效零序谐波磁场调制.
4.1 引言
4.2 整数槽DHW-BESM的拓扑结构与双谐波绕组设计规律
4.2.1 整数槽DHW-BESM的拓扑结构
4.2.2 双谐波绕组励磁原理分析
4.2.3 双谐波绕组设计规律
4.3 整数槽DHW-BESM谐波绕组电动势的影响因素分析
4.3.1 定子谐波绕组的六种分布结构分析
4.3.2 不同定子谐波绕组分布方案的仿真结果
4.3.3 谐波绕组电动势与转子谐波绕组匝数的关系
4.3.4 励磁电流与转子谐波绕组匝数关系的仿真结果
4.4 整数槽DHW-BESM谐波绕组和功率绕组的干扰因素分析
4.4.1 各绕组所受磁场干扰量的计算和分析
4.4.2 定子铁芯磁饱和情况分析
4.4.3 空载气隙磁通密度的调节性能分析
4.5 本章小结
第5章 DHW-BESM的分数槽定子绕组设计分析与电磁性能研究
5.1 引言
5.2 分数槽DHW-BESM拓扑结构及谐波绕组设计原则
5.2.1 分数槽DHW-BESM拓扑结构
5.2.2 分数槽双谐波绕组设计原则
5.2.3 齿谐波分析与比较
5.2.4 定子谐波绕组分布对谐波电势的影响
5.2.5 不同谐波绕组方案的励磁电流仿真结果
5.3 分数槽DHW-BESM的电枢绕组分布方案与特性分析
5.3.1 定子异距电枢绕组分布方案
5.3.2 电枢绕组相电势仿真验证
5.3.3 绕组电磁量的分析与计算
5.3.4 谐波磁通对电枢电动势畸变的影响
5.4 分数槽DHW-BESM不同负载状态特性计算与分析
5.4.1 空载特性计算与分析
5.4.2 气隙磁通密度调节特性仿真结果
5.4.3 负载状态分析与计算
5.5 本章小结
第6章 DHW-BESM的实验研究与工作特性验证
6.1 引言
6.2 样机研制与实验平台的搭建
6.2.1 实验样机的研制
6.2.2 实验平台的搭建
6.2.3 电气参数的测试
6.3 DHW-BESM的励磁性能测试与分析
6.3.1 不同定子谐波绕组分布方案产生的谐波电势
6.3.2 空载励磁电流测试及其调节特性分析
6.3.3 负载状态下励磁电流调节特性分析
6.4 DHW-BESM的空载特性测试与分析
6.4.1 电枢绕组电压测试与波形分析
6.4.2 整数槽DHW-BESM输出电压分析及空载特性分析
6.4.3 分数槽DHW-BESM的空载特性测试与分析
6.5 DHW-BESM负载状态输出性能的实验测试与分析
6.5.1 DHW-BESM的外特性测试与分析
6.5.2 负载功率损耗测试与分析
6.6 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
本文编号：2896890
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：183 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 同步电机励磁方式的研究现状
1.2.1 有刷励磁方式
1.2.2 无刷电励磁方式
1.2.3 混合励磁电机
1.3 谐波励磁电机相关技术研究现状
1.3.1 谐波磁场的产生与利用
1.3.2 谐波磁场的抑制方法
1.3.3 谐波电流的注入与控制策略
1.4 本文的主要研究内容
第2章 零序谐波磁场励磁原理与THC-BESM拓扑结构分析
2.1 引言
2.2 THC-BESM的基本结构与零序谐波磁场励磁方法
2.2.1 零序谐波磁场励磁思想的提出
2.2.2 THC-BESM的基本结构与M次零序谐波磁场建立原理
2.2.3 定子附加零序电流的选取
2.2.4 零序电流励磁原理的2D-FEA仿真验证
2.3 THC-BESM的数学模型与谐波电流相位关系分析
2.3.1 THC-BESM数学模型的建立
2.3.2 谐波电流和基波电流相位关系的确定
2.3.3 定子铁芯磁饱和状态仿真分析
2.4 THC-BESM拓扑结构的优化设计与分析
2.4.1 齿谐波分析
2.4.2 分数槽THC-BESM的拓扑结构
2.4.3 不同拓扑结构THC-BESM电磁性能的仿真结果
2.4.4 不同拓扑结构THC-BESM电磁性能的实验验证
2.5 本章小结
第3章 THC-BESM并联耦合等效磁路分析与结构参数研究
3.1 引言
3.2 THC-BESM的并联等效磁路建模与计算方法分析
3.2.1 THC-BESM的空载并联磁通路径
3.2.2 空载并联等效磁路建模与计算方法
3.2.3 数值计算结果及气隙磁通调节特性
3.3 转子结构参数对励磁性能的影响研究
3.3.1 极弧系数的选取
3.3.2 转子谐波绕组槽口宽度的影响
3.3.3 谐波绕组槽径向长度的影响
3.3.4 极靴厚度的选取
3.4 THC-BESM的功率因数与效率分析
3.4.1 功率因数的影响因素分析
3.4.2 励磁绕组匝数对功率因数的影响分析
3.4.3 气隙长度和定子槽口宽度对功率因数的影响
3.4.4 效率分析与实验测试
3.5 本章小结
第4章 DHW-BESM的整数槽谐波绕组分布与等效零序谐波磁场调制.
4.1 引言
4.2 整数槽DHW-BESM的拓扑结构与双谐波绕组设计规律
4.2.1 整数槽DHW-BESM的拓扑结构
4.2.2 双谐波绕组励磁原理分析
4.2.3 双谐波绕组设计规律
4.3 整数槽DHW-BESM谐波绕组电动势的影响因素分析
4.3.1 定子谐波绕组的六种分布结构分析
4.3.2 不同定子谐波绕组分布方案的仿真结果
4.3.3 谐波绕组电动势与转子谐波绕组匝数的关系
4.3.4 励磁电流与转子谐波绕组匝数关系的仿真结果
4.4 整数槽DHW-BESM谐波绕组和功率绕组的干扰因素分析
4.4.1 各绕组所受磁场干扰量的计算和分析
4.4.2 定子铁芯磁饱和情况分析
4.4.3 空载气隙磁通密度的调节性能分析
4.5 本章小结
第5章 DHW-BESM的分数槽定子绕组设计分析与电磁性能研究
5.1 引言
5.2 分数槽DHW-BESM拓扑结构及谐波绕组设计原则
5.2.1 分数槽DHW-BESM拓扑结构
5.2.2 分数槽双谐波绕组设计原则
5.2.3 齿谐波分析与比较
5.2.4 定子谐波绕组分布对谐波电势的影响
5.2.5 不同谐波绕组方案的励磁电流仿真结果
5.3 分数槽DHW-BESM的电枢绕组分布方案与特性分析
5.3.1 定子异距电枢绕组分布方案
5.3.2 电枢绕组相电势仿真验证
5.3.3 绕组电磁量的分析与计算
5.3.4 谐波磁通对电枢电动势畸变的影响
5.4 分数槽DHW-BESM不同负载状态特性计算与分析
5.4.1 空载特性计算与分析
5.4.2 气隙磁通密度调节特性仿真结果
5.4.3 负载状态分析与计算
5.5 本章小结
第6章 DHW-BESM的实验研究与工作特性验证
6.1 引言
6.2 样机研制与实验平台的搭建
6.2.1 实验样机的研制
6.2.2 实验平台的搭建
6.2.3 电气参数的测试
6.3 DHW-BESM的励磁性能测试与分析
6.3.1 不同定子谐波绕组分布方案产生的谐波电势
6.3.2 空载励磁电流测试及其调节特性分析
6.3.3 负载状态下励磁电流调节特性分析
6.4 DHW-BESM的空载特性测试与分析
6.4.1 电枢绕组电压测试与波形分析
6.4.2 整数槽DHW-BESM输出电压分析及空载特性分析
6.4.3 分数槽DHW-BESM的空载特性测试与分析
6.5 DHW-BESM负载状态输出性能的实验测试与分析
6.5.1 DHW-BESM的外特性测试与分析
6.5.2 负载功率损耗测试与分析
6.6 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
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本文编号：2896890
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