新颖反凸极永磁同步电机的设计
发布时间:2021-03-24 05:59
与传统的电励磁同步电机不同,永磁电机采用稀土永磁体作为励磁源,具有质量轻,功率密度高,结构简单以及转子侧损耗小等优点,因而在工业领域的应用非常广泛,特别是具有凸极效应的永磁同步电机易于进行弱磁扩速,具有更宽的调速范围,在实际生产中的应用更为普遍。常规凸极永磁同步电机由于永磁体内置于电机的转子内部,使得其直轴的磁阻大于交轴磁阻,而直轴电感小于交轴电感,当功角小于90°时磁阻转矩分量为负值,电磁转矩的最大值出现在功角90°180°之间的位置,因此当电机处于负载或过载工作状态下永磁体就存在着一定的退磁风险。此外,在这种状态下电机的交轴磁路比较容易饱和,从而将会增加定转子部分的铁芯损耗,造成电机整体效率的下降。本文首先分析了永磁同步电机的基本理论,在常规凸极永磁同步电机的基础上,提出了一种新颖的反凸极永磁同步电机;其次应用磁路分析法对一台容量为550W的新型结构电机进行电磁设计,并利用有限元软件Ansoft对常规凸极永磁同步电机和新颖反凸极永磁同步电机进行仿真分析,得到两种电机的气隙磁密,反电动势,交直轴电感特性以及功角特性等。通过对仿真结果分析表明,与常规凸极永磁同步电...
【文章来源】:中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】:101 页
【学位级别】:硕士
【部分图文】:
绕组连接方式
4新颖反凸极永磁同步电机的有限元仿真39它的仿真模型;2、可以先运用AutoCAD或SolidWorks等软件画出电机的模型,然后直接导入有限元仿真软件;3、在Ansoft软件中的特定模块RMxprt输入电机的参数和尺寸,该模块经过求解分析后可以根据设计者的需要生成二维或三维的电机模型。本文的设计过程是先利用磁路计算方法得出电机定转子铁芯、永磁体等主要尺寸,然后选择在RMxprt模块中输入计算得到的电机尺寸,经过分析求解后自动生成所需要的常规永磁同步电机的二维模型。再按照第三章分析的新型结构电机的特性,进一步优化改造常规凸极电机的转子铁芯结构,最终形成本文所设计的新颖反凸极永磁同步电机。其中这两种电机的仿真模型图如下图4-1所示:(a)常规凸极永磁同步电机模型图(b)新颖反凸极永磁同步电机模型图图4-1两种电机的Ansoft仿真模型图Figure4-1Ansoftsimulationmodeloftwokindsofmotors两种电机仿真模型的主要参数尺寸如下表4-1所示:表4-1两种电机的参数Table4-1Parametersoftwokindsofmotors参数数值参数数值额定功率550W定子外径120mm额定相电压220V定子内径80mm相数3转子外径79mm极对数3转子内径22mm同步转速1000r/min电机轴向长度85mm额定转矩5.25N·m永磁体厚度3mm气隙长度0.5mm永磁体宽度30mm4.2.2网格剖分对电机模型的网格剖分是有限元仿真建立过程中非常关键的一步,网格剖分质量不仅直接关系到有限元仿真软件的计算精度和运算效率,而且也会对最后仿真结果的准确度产生影响。若想要对电机模型进行高效且合理的网格剖分,则需
硕士学位论文40要拥有丰富的电机设计的实践经验作为基矗有限元仿真软件Ansoft的网格剖分使用金字塔型结构。本文根据有限元仿真的求解精度同时还需要兼顾软件的运算效率,选择对电机的各个部件进行手动网格剖分,其中将按照每个部分的模型尺寸以及它们的材料性质来确定网格长度。下面是两种电机的各个部件的网格剖分尺寸:定子绕组:Length=1mm;永磁体:Length=1mm;半圆形空气槽:Length=1.2mm;定子铁芯:Length=2mm;转子铁芯:Length=2mm;转轴:Length=3mm;band:Length=1mm;外边界:Length=5mm;经过手动设置每个模块的网格长度后,得到两种电机的剖分结果如下图4-2所示:(a)常规凸极永磁同步电机(b)新颖反凸极永磁同步电机图4-2两种电机的网格剖分Figure4-2Meshapplicationoftwokindsofmotors4.3新颖反凸极永磁同步电机的仿真结果分析(AnalysisofSimulationResultsofNovelReverseSalientPolePermanentMagnetSynchronousMotor)4.3.1空载磁场分析PMSM转子铁芯内部安放的稀土永磁体不仅作为磁源,而且也是构成电机磁路重要的一环,由于稀土永磁体作为电机磁极其磁性能的分散性比较大,所以使得永磁同步电机内部磁场的分布相对于电励磁电机要复杂的多[54]。永磁同步
【参考文献】:
期刊论文
[1]通风盘式汽车制动机构刹车过程多场耦合分析研究[J]. 毕厚煌,柯国琴,安宗权,郭文举. 现代信息科技. 2019(09)
[2]反凸极永磁同步电机及其控制技术综述[J]. 寇宝泉,赵晓坤,王梦瑶,陈雯. 中国电机工程学报. 2019(08)
[3]表面-内置式永磁转子同步电机多目标优化设计[J]. 司纪凯,张露锋,封海潮,许孝卓,张新良. 煤炭学报. 2016(12)
[4]高速永磁电机设计与分析技术综述[J]. 董剑宁,黄允凯,金龙,林鹤云. 中国电机工程学报. 2014(27)
[5]IPMSM交、直轴电感特性有限元分析[J]. 董砚,姚少灿,高国旺,崔向宇,赵思锋. 河北工业大学学报. 2014(04)
[6]电动汽车PMSM退磁故障机理、诊断及发展[J]. 李红梅,陈涛,姚宏洋. 电工技术学报. 2013(08)
[7]基于时步有限元分析的超高效电机定子槽形优化设计[J]. 赵海森,刘晓芳,杨亚秋,罗应立,陈伟华. 中国电机工程学报. 2011(33)
[8]转子磁钢表贴式永磁同步电机转子初始位置检测[J]. 刘颖,周波,李帅,冯瑛. 中国电机工程学报. 2011(18)
[9]带负载异步起动高速永磁同步电动机设计[J]. 王燕萍,黄允凯,林鹤云. 东南大学学报(自然科学版). 2011(03)
[10]考虑饱和及转子磁场谐波的永磁同步电机模型[J]. 李景灿,廖勇. 中国电机工程学报. 2011(03)
博士论文
[1]车用永磁同步电机高效与宽域控制研究[D]. 吴翔.中国矿业大学 2019
[2]高速永磁同步电机的损耗分析与温度场计算[D]. 江善林.哈尔滨工业大学 2010
[3]内置式永磁同步电动机的优化设计及弱磁控制研究[D]. 王艾萌.华北电力大学(河北) 2010
[4]基于Halbach阵列盘式无铁心永磁同步电机的研究[D]. 王晓远.沈阳工业大学 2006
[5]基于电磁场数值计算的永磁电机性能分析方法研究[D]. 刘瑞芳.东南大学 2002
硕士论文
[1]高速永磁同步电动机的设计分析[D]. 张萌.沈阳工业大学 2019
[2]永磁无刷直流直线电机设计及性能分析[D]. 张迅诚.沈阳工业大学 2019
[3]新能源汽车用永磁电机设计[D]. 潘敬涛.沈阳工业大学 2019
[4]内埋式永磁同步电机矢量控制系统弱磁控制研究[D]. 马凯.中国矿业大学 2019
[5]采用磁障转子的内置式永磁同步电动机的设计与优化研究[D]. 赵晨.华南理工大学 2018
[6]印制永磁同步电机的设计及其控制[D]. 程恩.中国矿业大学 2018
[7]磁场增强型永磁同步电机的设计与优化研究[D]. 黄娟.江苏大学 2018
[8]永磁同步电机温度场分析及冷却系统研究[D]. 魏雪环.湘潭大学 2017
[9]纯电动汽车新型内置式永磁同步电机设计与控制研究[D]. 秦福峰.江苏大学 2016
[10]电动汽车用永磁同步电机损耗计算和温升研究[D]. 王朋.上海电机学院 2016
本文编号:3097196
【文章来源】:中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】:101 页
【学位级别】:硕士
【部分图文】:
绕组连接方式
4新颖反凸极永磁同步电机的有限元仿真39它的仿真模型;2、可以先运用AutoCAD或SolidWorks等软件画出电机的模型,然后直接导入有限元仿真软件;3、在Ansoft软件中的特定模块RMxprt输入电机的参数和尺寸,该模块经过求解分析后可以根据设计者的需要生成二维或三维的电机模型。本文的设计过程是先利用磁路计算方法得出电机定转子铁芯、永磁体等主要尺寸,然后选择在RMxprt模块中输入计算得到的电机尺寸,经过分析求解后自动生成所需要的常规永磁同步电机的二维模型。再按照第三章分析的新型结构电机的特性,进一步优化改造常规凸极电机的转子铁芯结构,最终形成本文所设计的新颖反凸极永磁同步电机。其中这两种电机的仿真模型图如下图4-1所示:(a)常规凸极永磁同步电机模型图(b)新颖反凸极永磁同步电机模型图图4-1两种电机的Ansoft仿真模型图Figure4-1Ansoftsimulationmodeloftwokindsofmotors两种电机仿真模型的主要参数尺寸如下表4-1所示:表4-1两种电机的参数Table4-1Parametersoftwokindsofmotors参数数值参数数值额定功率550W定子外径120mm额定相电压220V定子内径80mm相数3转子外径79mm极对数3转子内径22mm同步转速1000r/min电机轴向长度85mm额定转矩5.25N·m永磁体厚度3mm气隙长度0.5mm永磁体宽度30mm4.2.2网格剖分对电机模型的网格剖分是有限元仿真建立过程中非常关键的一步,网格剖分质量不仅直接关系到有限元仿真软件的计算精度和运算效率,而且也会对最后仿真结果的准确度产生影响。若想要对电机模型进行高效且合理的网格剖分,则需
硕士学位论文40要拥有丰富的电机设计的实践经验作为基矗有限元仿真软件Ansoft的网格剖分使用金字塔型结构。本文根据有限元仿真的求解精度同时还需要兼顾软件的运算效率,选择对电机的各个部件进行手动网格剖分,其中将按照每个部分的模型尺寸以及它们的材料性质来确定网格长度。下面是两种电机的各个部件的网格剖分尺寸:定子绕组:Length=1mm;永磁体:Length=1mm;半圆形空气槽:Length=1.2mm;定子铁芯:Length=2mm;转子铁芯:Length=2mm;转轴:Length=3mm;band:Length=1mm;外边界:Length=5mm;经过手动设置每个模块的网格长度后,得到两种电机的剖分结果如下图4-2所示:(a)常规凸极永磁同步电机(b)新颖反凸极永磁同步电机图4-2两种电机的网格剖分Figure4-2Meshapplicationoftwokindsofmotors4.3新颖反凸极永磁同步电机的仿真结果分析(AnalysisofSimulationResultsofNovelReverseSalientPolePermanentMagnetSynchronousMotor)4.3.1空载磁场分析PMSM转子铁芯内部安放的稀土永磁体不仅作为磁源,而且也是构成电机磁路重要的一环,由于稀土永磁体作为电机磁极其磁性能的分散性比较大,所以使得永磁同步电机内部磁场的分布相对于电励磁电机要复杂的多[54]。永磁同步
【参考文献】:
期刊论文
[1]通风盘式汽车制动机构刹车过程多场耦合分析研究[J]. 毕厚煌,柯国琴,安宗权,郭文举. 现代信息科技. 2019(09)
[2]反凸极永磁同步电机及其控制技术综述[J]. 寇宝泉,赵晓坤,王梦瑶,陈雯. 中国电机工程学报. 2019(08)
[3]表面-内置式永磁转子同步电机多目标优化设计[J]. 司纪凯,张露锋,封海潮,许孝卓,张新良. 煤炭学报. 2016(12)
[4]高速永磁电机设计与分析技术综述[J]. 董剑宁,黄允凯,金龙,林鹤云. 中国电机工程学报. 2014(27)
[5]IPMSM交、直轴电感特性有限元分析[J]. 董砚,姚少灿,高国旺,崔向宇,赵思锋. 河北工业大学学报. 2014(04)
[6]电动汽车PMSM退磁故障机理、诊断及发展[J]. 李红梅,陈涛,姚宏洋. 电工技术学报. 2013(08)
[7]基于时步有限元分析的超高效电机定子槽形优化设计[J]. 赵海森,刘晓芳,杨亚秋,罗应立,陈伟华. 中国电机工程学报. 2011(33)
[8]转子磁钢表贴式永磁同步电机转子初始位置检测[J]. 刘颖,周波,李帅,冯瑛. 中国电机工程学报. 2011(18)
[9]带负载异步起动高速永磁同步电动机设计[J]. 王燕萍,黄允凯,林鹤云. 东南大学学报(自然科学版). 2011(03)
[10]考虑饱和及转子磁场谐波的永磁同步电机模型[J]. 李景灿,廖勇. 中国电机工程学报. 2011(03)
博士论文
[1]车用永磁同步电机高效与宽域控制研究[D]. 吴翔.中国矿业大学 2019
[2]高速永磁同步电机的损耗分析与温度场计算[D]. 江善林.哈尔滨工业大学 2010
[3]内置式永磁同步电动机的优化设计及弱磁控制研究[D]. 王艾萌.华北电力大学(河北) 2010
[4]基于Halbach阵列盘式无铁心永磁同步电机的研究[D]. 王晓远.沈阳工业大学 2006
[5]基于电磁场数值计算的永磁电机性能分析方法研究[D]. 刘瑞芳.东南大学 2002
硕士论文
[1]高速永磁同步电动机的设计分析[D]. 张萌.沈阳工业大学 2019
[2]永磁无刷直流直线电机设计及性能分析[D]. 张迅诚.沈阳工业大学 2019
[3]新能源汽车用永磁电机设计[D]. 潘敬涛.沈阳工业大学 2019
[4]内埋式永磁同步电机矢量控制系统弱磁控制研究[D]. 马凯.中国矿业大学 2019
[5]采用磁障转子的内置式永磁同步电动机的设计与优化研究[D]. 赵晨.华南理工大学 2018
[6]印制永磁同步电机的设计及其控制[D]. 程恩.中国矿业大学 2018
[7]磁场增强型永磁同步电机的设计与优化研究[D]. 黄娟.江苏大学 2018
[8]永磁同步电机温度场分析及冷却系统研究[D]. 魏雪环.湘潭大学 2017
[9]纯电动汽车新型内置式永磁同步电机设计与控制研究[D]. 秦福峰.江苏大学 2016
[10]电动汽车用永磁同步电机损耗计算和温升研究[D]. 王朋.上海电机学院 2016
本文编号:3097196
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