同步磁阻电机的优化设计及控制驱动
发布时间：2021-07-12 07:45
近年来,同步磁阻电机以其制作成本低、加工制作简单、结构稳定等优点,在低成本交流调速领域受到广泛关注。在设计同步磁阻电机的过程中,由于其待优化参数众多,转子拓扑结构复杂,设计出符合需求的电机往往需要大量的有限元建模计算,导致同步磁阻电机设计的时间周期较长。此外,受电机励磁系统结构的限制,同步磁阻电机还存在着功率因数小,转矩脉动大的缺点,同步磁阻电机的推广受到了极大地制约。在同步磁阻电机的控制中,电机还存在控制精度低,实际运行状态与预设状态存在较大偏差的问题。为解决上述问题,本文将从同步磁阻电机的设计、结构优化和控制三个方面对其进行研究。首先,本文通过遗传算法确定电机的主要结构尺寸的大小。计算不同极槽配合下电机的主要尺寸大小和定子绕组参数,然后在遗传算法的计算结果的基础上,对不同极槽配合下的电机模型分别进行有限元建模,采用解析计算和有限元计算相结合的方法,分析了电机的磁路结构对电机性能的影响。通过遗传算法计算、解析计算和有限元计算相结合的方法,本文避免了有限元计算重复建模的问题,极大地减小了同步磁阻电机设计的设计成本。此外,本章利用有限元法计算了电机在不同磁障层数、不同的磁障裂比系数和不同...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１第一代同步磁阻电机模型??
山东大学硕士学位论文??１．２同步磁阻电机的发展??早在２０世纪２０年代，有关同步磁阻电机的相关理论已经被提出。早期的同??步磁阻电机采用一个与异步电机相类似的电机定子和一个无绕组凸极转子，通过??在转子轭上增加几道气隙，来增加电机的交轴磁阻，从而增大交直轴电感的差值，??进而增大磁阻转矩问。第一代同步磁阻电机的模型如图１－１所示。这一类同步磁??阻电机通常还会在转子上增加鼠笼条来产生异步起动转矩。但在电机正常运行时，??这一类电机的转矩存在巨大波动，电机很容易振荡，难以正常运行。??图１－１第一代同步磁阻电机模型??到６０年代初，有学者提出了第二代同步磁阻电机，其结构示意图如图１－２??所示［６］。该类同步磁阻电机采用了块状转子结构来增大电机的交直轴电感的差值，??达到增大磁阻转矩的目的。相较于第一代同步磁阻电机，这类电机没有转子鼠笼??条，有效的减少了转子震荡，降低了转矩脉动。但是，电机的转矩密度也随之减??小，且定子侧需要极大的电流来进行励磁，导致电机的有功功率小，故第二代同??步磁阻电机的功率因数和运行效率都偏低。??＿??图１－２第二代同步磁阻电机模型??２??
山东大学硕士学位论文??■??图１－４永磁辅助同步磁阻电机??第四代同步磁阻电机具有如下三个特点：??（１）电机的直轴磁力线通过整个转子表面，所以电机的直轴电感极大；??（２）电机的交轴磁力线通过所有转子磁障和永磁体，所以电机的交轴电感极小；??（３）永磁材料在叠片之间，其磁力线与直轴相互作用之后会产生一个正向的转??矩。??１．３同步磁阻电机的研究现状??１．３．１国内外同步磁阻电机设计的研究现状??早在２０世纪２０年代，就有学者提出了磁阻电机的概念［８］。许多国外的专家??和学者都对磁阻电机的性能、结构以及控制方法进行了比较深入的研究。早期的??同步磁阻电机受制造工艺和材料的限制，往往凸极率和功率因数都偏低。随着新??材料性能的提高和机械加工技术的进步，特别是电力电子技术发展引起的电机驱??动技术的发展，使得同步磁阻电机得到了快速的发展。１９９１年美国威斯康辛大??学的Ｔ．Ａ．Ｌｉｐｏ教授发表文章［９］，提出同步磁阻电机在交流调速驱动系统中取代异??步电机的可能性问题，引起了广大科研工作者的关注。在１９９２年ｆｆｉＥＥＩＡＳ年会??介绍讨论永磁同步电机的基本理论和应用之后，各个国家的从业人员对永磁同步??电机展开了?一系列的工作，在同步磁阻电机的设计和控制等相关理论上取得了巨??大的突破。１９９５年ＧＭ公司与美国俄亥俄州立大学合作编制了一套用于研宄同??步磁阻电机的ＣＡＤ软件包，极大地简化了同步磁阻电机的计算过程，提高了相??关设计人员的效率，对同步磁阻电机的设计起到了巨大的推进作用。??４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁障渐变同步磁阻电机低转矩脉动转子优化设计[J]. 董砚,颜冬,荆锴,郭瑾. 电工技术学报. 2017(19)
[2]同步磁阻电机最大转矩电流比矢量控制[J]. 袁赛赛,蔡顺,贺小克,徐凤宝,沈建新. 微电机. 2017(04)
[3]低转矩脉动同步磁阻电机设计与优化[J]. 王凯,李红梅,姚宏洋. 微特电机. 2017(01)
[4]同步磁阻电机分析与设计(连载之七) 转子不均匀分布磁障的对比分析[J]. 沈建新,蔡顺,郝鹤,金孟加. 微电机. 2017(01)
[5]同步磁阻电机分析与设计(连载之八) 转子磁桥分析[J]. 沈建新,蔡顺,郝鹤,金孟加. 微电机. 2017(01)
[6]同步磁阻电机分析与设计(连载之五) 定子铁心的优化设计[J]. 沈建新,蔡顺,郝鹤,金孟加. 微电机. 2016(12)
[7]同步磁阻电机分析与设计(连载之六) 转子均匀分布磁障的参数优化[J]. 沈建新,蔡顺,郝鹤,金孟加. 微电机. 2016(12)
[8]同步磁阻电机分析与设计(连载之三) 极对数与裂比的优化设计[J]. 沈建新,蔡顺,郝鹤,金孟加. 微电机. 2016(11)
[9]同步磁阻电机分析与设计(连载之四) 绕组形式的分析与选择[J]. 沈建新,蔡顺,郝鹤,金孟加. 微电机. 2016(11)
[10]同步磁阻电机分析与设计(连载之一)概述[J]. 沈建新,蔡顺,袁赛赛. 微电机. 2016(10)
硕士论文
[1]同步磁阻电机性能分析与结构优化[D]. 蔡顺.浙江大学 2017
[2]新型同步磁阻电机的设计及运行特性分析[D]. 张志耿.福州大学 2016
[3]电动车用永磁同步磁阻电机及其转矩脉动抑制研究[D]. 史妍雯.哈尔滨工业大学 2015
本文编号：3279497
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１第一代同步磁阻电机模型??
山东大学硕士学位论文??１．２同步磁阻电机的发展??早在２０世纪２０年代，有关同步磁阻电机的相关理论已经被提出。早期的同??步磁阻电机采用一个与异步电机相类似的电机定子和一个无绕组凸极转子，通过??在转子轭上增加几道气隙，来增加电机的交轴磁阻，从而增大交直轴电感的差值，??进而增大磁阻转矩问。第一代同步磁阻电机的模型如图１－１所示。这一类同步磁??阻电机通常还会在转子上增加鼠笼条来产生异步起动转矩。但在电机正常运行时，??这一类电机的转矩存在巨大波动，电机很容易振荡，难以正常运行。??图１－１第一代同步磁阻电机模型??到６０年代初，有学者提出了第二代同步磁阻电机，其结构示意图如图１－２??所示［６］。该类同步磁阻电机采用了块状转子结构来增大电机的交直轴电感的差值，??达到增大磁阻转矩的目的。相较于第一代同步磁阻电机，这类电机没有转子鼠笼??条，有效的减少了转子震荡，降低了转矩脉动。但是，电机的转矩密度也随之减??小，且定子侧需要极大的电流来进行励磁，导致电机的有功功率小，故第二代同??步磁阻电机的功率因数和运行效率都偏低。??＿??图１－２第二代同步磁阻电机模型??２??
山东大学硕士学位论文??■??图１－４永磁辅助同步磁阻电机??第四代同步磁阻电机具有如下三个特点：??（１）电机的直轴磁力线通过整个转子表面，所以电机的直轴电感极大；??（２）电机的交轴磁力线通过所有转子磁障和永磁体，所以电机的交轴电感极小；??（３）永磁材料在叠片之间，其磁力线与直轴相互作用之后会产生一个正向的转??矩。??１．３同步磁阻电机的研究现状??１．３．１国内外同步磁阻电机设计的研究现状??早在２０世纪２０年代，就有学者提出了磁阻电机的概念［８］。许多国外的专家??和学者都对磁阻电机的性能、结构以及控制方法进行了比较深入的研究。早期的??同步磁阻电机受制造工艺和材料的限制，往往凸极率和功率因数都偏低。随着新??材料性能的提高和机械加工技术的进步，特别是电力电子技术发展引起的电机驱??动技术的发展，使得同步磁阻电机得到了快速的发展。１９９１年美国威斯康辛大??学的Ｔ．Ａ．Ｌｉｐｏ教授发表文章［９］，提出同步磁阻电机在交流调速驱动系统中取代异??步电机的可能性问题，引起了广大科研工作者的关注。在１９９２年ｆｆｉＥＥＩＡＳ年会??介绍讨论永磁同步电机的基本理论和应用之后，各个国家的从业人员对永磁同步??电机展开了?一系列的工作，在同步磁阻电机的设计和控制等相关理论上取得了巨??大的突破。１９９５年ＧＭ公司与美国俄亥俄州立大学合作编制了一套用于研宄同??步磁阻电机的ＣＡＤ软件包，极大地简化了同步磁阻电机的计算过程，提高了相??关设计人员的效率，对同步磁阻电机的设计起到了巨大的推进作用。??４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁障渐变同步磁阻电机低转矩脉动转子优化设计[J]. 董砚,颜冬,荆锴,郭瑾. 电工技术学报. 2017(19)
[2]同步磁阻电机最大转矩电流比矢量控制[J]. 袁赛赛,蔡顺,贺小克,徐凤宝,沈建新. 微电机. 2017(04)
[3]低转矩脉动同步磁阻电机设计与优化[J]. 王凯,李红梅,姚宏洋. 微特电机. 2017(01)
[4]同步磁阻电机分析与设计(连载之七) 转子不均匀分布磁障的对比分析[J]. 沈建新,蔡顺,郝鹤,金孟加. 微电机. 2017(01)
[5]同步磁阻电机分析与设计(连载之八) 转子磁桥分析[J]. 沈建新,蔡顺,郝鹤,金孟加. 微电机. 2017(01)
[6]同步磁阻电机分析与设计(连载之五) 定子铁心的优化设计[J]. 沈建新,蔡顺,郝鹤,金孟加. 微电机. 2016(12)
[7]同步磁阻电机分析与设计(连载之六) 转子均匀分布磁障的参数优化[J]. 沈建新,蔡顺,郝鹤,金孟加. 微电机. 2016(12)
[8]同步磁阻电机分析与设计(连载之三) 极对数与裂比的优化设计[J]. 沈建新,蔡顺,郝鹤,金孟加. 微电机. 2016(11)
[9]同步磁阻电机分析与设计(连载之四) 绕组形式的分析与选择[J]. 沈建新,蔡顺,郝鹤,金孟加. 微电机. 2016(11)
[10]同步磁阻电机分析与设计(连载之一)概述[J]. 沈建新,蔡顺,袁赛赛. 微电机. 2016(10)
硕士论文
[1]同步磁阻电机性能分析与结构优化[D]. 蔡顺.浙江大学 2017
[2]新型同步磁阻电机的设计及运行特性分析[D]. 张志耿.福州大学 2016
[3]电动车用永磁同步磁阻电机及其转矩脉动抑制研究[D]. 史妍雯.哈尔滨工业大学 2015
本文编号：3279497
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