永磁同步电机多物理场及电磁参数优化研究
发布时间：2021-07-11 06:51
永磁同步电机由于其结构简单、效率高、功率因数高等优点广泛应用于电子通信、轨道交通、航空航天、交通运输等领域。由于永磁同步电机的变频起动、应用环境的多样性会带来电机散热困难、效率降低、稳定性减弱等一系列问题,于是改善电机输出性能的研究迫在眉睫。为了提高电机的输出性能,保证电机高效稳定运行,本文以永磁同步电机为研究对象,分别从电机的电磁场和温度场两方面入手,采用电磁场和温度场有限元法,解析计算法以及实验法,深入研究了绕组匝数和分布方式、变频器输出电压谐波及其耦合、护套材料电磁特性等因素对永磁同步电机性能的影响。首先,为了全面分析变频器输出的电压谐波对永磁同步电机电磁特性的影响,分别研究了不同次数、幅值和相位角的电压谐波对永磁同步电机运行时电磁参数的影响规律,确定了时间谐波存在时对电机电磁场的影响程度,得到了不同的电压谐波对电机性能参数的变化规律,并揭示了电机性能的变化机理。此外,为了深入研究谐波电压耦合后对电机转矩波动的影响,对谐波电压进行耦合分析,得到了谐波电压耦合对转矩波动的影响规律。最后,基于负协同效应理论,揭示了不同谐波电压耦合对电机转矩波动的影响机理,提出了一种减小永磁同步电机转...
【文章来源】：郑州轻工业大学河南省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
样机实验平台表2-2永磁同步电机在不同负载仿真结果与实验结果对比
郑州轻工业大学硕士学位论文24图2-14有限元模型图2-15水冷电机的绕组及样机表2-8样机的基本参数参数数值额定功率/kW20额定转速/r/min2000极数4铁心长度/mm90转子磁路结构内置式定子外径/mm210定子内径/mm136槽数36并联支路数1绕组连接Y匝数20为了验证模型的准确性，对该样机进行了实验测试。测试平台如图2-16所示。通过样机测试平台获得了电机工作在10kW、15kW和20kW时的电机转矩、电流及空载定子绕组永磁体转轴转子转子剖分网格:28000气隙
第二章电压谐波对永磁同步电机电磁与温度特性影响研究25反电动势实验数据，并将实验数据与有限元模型计算数据进行对比，如表2-9所示。图2-16样机测试平台表2-9在不同功率下实验数据与计算数据对比功率/kW对比参数试验数据仿真数据误差10电流/A19.819.13.5%平均转矩/N·m47.446.81.3%15电流/A28.327.43.2%平均转矩/N·m69.570.61.6%20电流/A36.435.91.1%平均转矩/N·m97.596.41.1%空载反电动势/V3153242.8%通过对以上数据对比可以看出，样机在不同功率下，各种性能的误差均在3.5%以内。因此，本文认为所建立的二维有限元模型是正确的，基于模型所计算出的结果是可靠的验证了模型的准确性。2.4.2谐波电压耦合分析当永磁同步电机由变频器供电时，输入电机的电源就为非正弦电源，它的输入电压中含有大量的谐波成分。对输入电压进行傅里叶分解，分解得到一系列的正弦波。三相耦合电压谐波的数学表达式为[78]：
【参考文献】：
期刊论文
[1]电流时间谐波对转子带护套伺服永磁同步电动机温度场的影响[J]. 李伟力,杜林奎,李栋,李金阳,汪家俊. 北京交通大学学报. 2017(02)
[2]考虑谐波及集肤效应的电工钢片旋转异常损耗计算与测量[J]. 李劲松,杨庆新,李永建,张长庚. 电机与控制学报. 2016(06)
[3]考虑极限热负荷下高过载永磁同步电机的研究[J]. 李立毅,张江鹏,赵国平,于吉坤,闫海媛. 中国电机工程学报. 2016(03)
[4]1.12MW高速永磁电机多物理场综合设计[J]. 张凤阁,杜光辉,王天煜,王凤翔,Wenping CAO,王大朋. 电工技术学报. 2015(12)
[5]基于多物理场的高速永磁电机转子护套研究[J]. 张凤阁,杜光辉,王天煜,CAO Wen-ping. 电机与控制学报. 2014(06)
[6]谐波电流对同步发电机轴转矩平衡的影响分析[J]. 王金全,宋鹏超,崔陈华,李建科,侯朋飞. 电力系统及其自动化学报. 2014(01)
[7]高速永磁电机转子不同保护措施的强度分析[J]. 张凤阁,杜光辉,王天煜,黄娜. 中国电机工程学报. 2013(S1)
[8]不同驱动方式下永磁无刷电动机损耗及热场研究[J]. 赵南南,刘卫国,ZHUZQ. 电机与控制学报. 2013(09)
[9]表面-内嵌式电机永磁体设计及特性分析[J]. 司纪凯,海林鹏,刘志凤,封海潮,王海星. 微电机. 2013(06)
[10]绕组参数对车用永磁发电机性能影响分析[J]. 史立伟,张学义. 微电机. 2012(05)
博士论文
[1]变频器供电下永磁同步电机电磁场与温度场的研究[D]. 李琳.北京交通大学 2019
[2]高速永磁发电机转子涡流损耗优化及对温度分布影响的研究[D]. 邱洪波.哈尔滨理工大学 2014
硕士论文
[1]大功率超高速永磁同步电机多物理场耦合仿真计算[D]. 戴念亲.华北电力大学(北京) 2019
[2]太阳能无人机用高效率高转矩密度永磁同步电机的研究[D]. 张新彤.哈尔滨工业大学 2018
[3]谐波电流对永磁电机振动噪声影响研究[D]. 周吉威.沈阳工业大学 2015
[4]电动汽车用永磁电机温度场分析[D]. 杨超南.北京交通大学 2012
[5]内置式永磁同步电机电感参数对转矩的影响[D]. 覃家财.重庆大学 2012
[6]变频器供电下主氦风机驱动电机电磁损耗分析[D]. 李宏涛.哈尔滨理工大学 2012
本文编号：3277571
【文章来源】：郑州轻工业大学河南省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
样机实验平台表2-2永磁同步电机在不同负载仿真结果与实验结果对比
郑州轻工业大学硕士学位论文24图2-14有限元模型图2-15水冷电机的绕组及样机表2-8样机的基本参数参数数值额定功率/kW20额定转速/r/min2000极数4铁心长度/mm90转子磁路结构内置式定子外径/mm210定子内径/mm136槽数36并联支路数1绕组连接Y匝数20为了验证模型的准确性，对该样机进行了实验测试。测试平台如图2-16所示。通过样机测试平台获得了电机工作在10kW、15kW和20kW时的电机转矩、电流及空载定子绕组永磁体转轴转子转子剖分网格:28000气隙
第二章电压谐波对永磁同步电机电磁与温度特性影响研究25反电动势实验数据，并将实验数据与有限元模型计算数据进行对比，如表2-9所示。图2-16样机测试平台表2-9在不同功率下实验数据与计算数据对比功率/kW对比参数试验数据仿真数据误差10电流/A19.819.13.5%平均转矩/N·m47.446.81.3%15电流/A28.327.43.2%平均转矩/N·m69.570.61.6%20电流/A36.435.91.1%平均转矩/N·m97.596.41.1%空载反电动势/V3153242.8%通过对以上数据对比可以看出，样机在不同功率下，各种性能的误差均在3.5%以内。因此，本文认为所建立的二维有限元模型是正确的，基于模型所计算出的结果是可靠的验证了模型的准确性。2.4.2谐波电压耦合分析当永磁同步电机由变频器供电时，输入电机的电源就为非正弦电源，它的输入电压中含有大量的谐波成分。对输入电压进行傅里叶分解，分解得到一系列的正弦波。三相耦合电压谐波的数学表达式为[78]：
【参考文献】：
期刊论文
[1]电流时间谐波对转子带护套伺服永磁同步电动机温度场的影响[J]. 李伟力,杜林奎,李栋,李金阳,汪家俊. 北京交通大学学报. 2017(02)
[2]考虑谐波及集肤效应的电工钢片旋转异常损耗计算与测量[J]. 李劲松,杨庆新,李永建,张长庚. 电机与控制学报. 2016(06)
[3]考虑极限热负荷下高过载永磁同步电机的研究[J]. 李立毅,张江鹏,赵国平,于吉坤,闫海媛. 中国电机工程学报. 2016(03)
[4]1.12MW高速永磁电机多物理场综合设计[J]. 张凤阁,杜光辉,王天煜,王凤翔,Wenping CAO,王大朋. 电工技术学报. 2015(12)
[5]基于多物理场的高速永磁电机转子护套研究[J]. 张凤阁,杜光辉,王天煜,CAO Wen-ping. 电机与控制学报. 2014(06)
[6]谐波电流对同步发电机轴转矩平衡的影响分析[J]. 王金全,宋鹏超,崔陈华,李建科,侯朋飞. 电力系统及其自动化学报. 2014(01)
[7]高速永磁电机转子不同保护措施的强度分析[J]. 张凤阁,杜光辉,王天煜,黄娜. 中国电机工程学报. 2013(S1)
[8]不同驱动方式下永磁无刷电动机损耗及热场研究[J]. 赵南南,刘卫国,ZHUZQ. 电机与控制学报. 2013(09)
[9]表面-内嵌式电机永磁体设计及特性分析[J]. 司纪凯,海林鹏,刘志凤,封海潮,王海星. 微电机. 2013(06)
[10]绕组参数对车用永磁发电机性能影响分析[J]. 史立伟,张学义. 微电机. 2012(05)
博士论文
[1]变频器供电下永磁同步电机电磁场与温度场的研究[D]. 李琳.北京交通大学 2019
[2]高速永磁发电机转子涡流损耗优化及对温度分布影响的研究[D]. 邱洪波.哈尔滨理工大学 2014
硕士论文
[1]大功率超高速永磁同步电机多物理场耦合仿真计算[D]. 戴念亲.华北电力大学(北京) 2019
[2]太阳能无人机用高效率高转矩密度永磁同步电机的研究[D]. 张新彤.哈尔滨工业大学 2018
[3]谐波电流对永磁电机振动噪声影响研究[D]. 周吉威.沈阳工业大学 2015
[4]电动汽车用永磁电机温度场分析[D]. 杨超南.北京交通大学 2012
[5]内置式永磁同步电机电感参数对转矩的影响[D]. 覃家财.重庆大学 2012
[6]变频器供电下主氦风机驱动电机电磁损耗分析[D]. 李宏涛.哈尔滨理工大学 2012
本文编号：3277571
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