基于电磁场有限元计算的电动机定子磁场谐波分析与研究

发布时间：2017-04-08 03:03

  本文关键词：基于电磁场有限元计算的电动机定子磁场谐波分析与研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：谐波磁场是电机产生杂散损耗和电磁噪声的主要原因,谐波磁场的计算精度直接影响电机杂散损耗和电磁噪声的分析。研究电机谐波磁场的分析方法是非常有意义的。谐波磁场解析计算的过程简捷,能获得物理概念较清晰的解析解,但是对电机的齿槽效应、铁芯饱和等方面做了过多的简化,造成一定的误差。电磁场有限元法可以处理复杂的电机结构、铁磁材料非线性等问题,是磁场谐波的精确计算方法。本文结合使用ANSYS有限元分析软件的实践,总结和提出基于电磁场有限元计算的电动机定子磁场谐波分析方法,该方法可达到准确、方便地对磁场谐波进行分析与计算的目的,是一次重要创新,具有理论意义和应用价值。首先,本文推导了正弦波供电时永磁电机径向力波的解析表达式,并对磁场谐波和径向力波进行分析。提出利用ANSYS有限元软件对电动机的磁场进行谐波分析,重点介绍了定子磁场谐波分析的思路及其在软件中的实现方式。通过编写VBA代码,制作电机气隙磁场谐波分析的Excel表,解决了ANSYS有限元软件中磁场谐波次数无法判断的问题,并可以根据条件筛选出需要的谐波磁场。然后,利用ANSYS有限元软件分别对60°相带绕组、120°相带绕组和不等匝正弦绕组电动机的定子磁场进行谐波分析,对比磁动势与磁场的谐波次数和谐波与基波的幅值比,同时探讨漏磁、铁芯饱和铁芯齿槽对定子磁场谐波的影响,结果表明磁动势与磁场谐波分析的结果基本吻合,并且在铁芯饱和时,定子磁场出现了3的倍数次谐波,验证了基于电磁场有限元计算的电动机定子磁场谐波分析方法的准确性。最后,将基于电磁场有限元计算的电动机磁场谐波分析方法应用于分数槽集中绕组永磁同步电动机的径向力波分析,对比和分析了30/32、33/32和36/32槽极配合的磁场谐波和径向力波,确定了36/32为最优槽极配合。本文所提出的磁场谐波分析方法可以简捷、准确地分析分数槽集中绕组永磁同步电动机的磁场谐波和径向力波。
【关键词】：定子磁场 谐波分析 电磁场有限元 ANSYS/Maxwell2D 径向力波
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM351
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 课题研究的背景及意义11-12
• 1.2 基于解析法的电机磁场谐波分析的国内外研究现状12-14
• 1.3 基于有限元法的电机磁场谐波分析的国内外研究现状14
• 1.4 本文的主要研究内容及论文结构14-16
• 第二章 径向力波与磁场谐波理论基础及分析方法16-34
• 2.1 电机电磁振动和噪声产生的原理16-17
• 2.2 永磁电机径向力波的解析分析17-21
• 2.2.1 永磁电机径向力波公式的解析推导17-19
• 2.2.2 永磁电机磁场谐波与径向力波分析19-21
• 2.3 基于电磁场有限元计算的电动机定子磁场谐波分析方法21-26
• 2.3.1 有限元分析软件ANSYS/Maxwell2D的介绍21-22
• 2.3.2 基于ANSYS/Maxwell2D的电动机定子磁场谐波分析思路22-23
• 2.3.3 磁场分布计算的软件操作步骤23-25
• 2.3.4 基于磁场分布谐波分析的软件操作步骤25-26
• 2.4 电机气隙磁场谐波分析程序设计26-32
• 2.4.1 程序流程图和Excel界面27-28
• 2.4.2 程序代码的编写28-32
• 2.5 本章小结32-34
• 第三章 定子磁场谐波分析方法的正确性验证34-47
• 3.1 不同形式绕组的定子磁场34-38
• 3.1.1 60°相带绕组的定子磁场34-35
• 3.1.2 120°相带绕组的定子磁场35-36
• 3.1.3 不等匝正弦绕组的定子磁场36-38
• 3.2 定子磁场谐波分析方法的正确性验证38-46
• 3.2.1 定子磁动势与磁场的谐波对比38-41
• 3.2.2 漏磁与铁芯饱和对定子磁场的影响41-45
• 3.2.3 铁芯齿槽对定子磁场的影响45-46
• 3.3 本章小结46-47
• 第四章 分数槽集中绕组永磁同步电动机径向力波分析47-56
• 4.1 分数槽集中绕组的特点47-48
• 4.2 分数槽绕组槽极配合的约束条件48
• 4.3 分数槽集中绕组电动机的磁场谐波与径向力波分析48-55
• 4.3.1 不同槽极配合分数槽集中绕组电动机的磁场谐波分析48-51
• 4.3.2 不同槽极配合分数槽集中绕组电动机的径向力波分析51-55
• 4.4 本章小结55-56
• 总结与展望56-58
• 参考文献58-62
• 攻读硕士期间发表的论文62-64
• 致谢64

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