大功率实心转子空心杯电机的研究

发布时间：2017-04-28 06:03

  本文关键词：大功率实心转子空心杯电机的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：空心杯转子电机是一种特殊结构电机,结构简单,机械可靠性高,具有较高的能量密度和良好的起动性能,同时转子的转动惯量小,响应速度快,控制性能比较好,在高速大转矩、高能量密度、伺服系统等场合越来越被人们重视。但是以往空心杯转子电机多作为测速发电机,当成传感器使用,而本文研究的目的是将空心杯转子电机作为功率元件使用,具有与传统测速发电机使用场合具有不同的特点和特性要求。空心杯电机具有结构简单、效率高、功率密度高、控制简单和稳定性好等特点,它能实现高效率的能量转换,代表了电机的发展方向之一。正是基于空心杯转子电机广阔的发展前景,本文采用了电机设计公式和电磁场解析计算结合等效电路,以及电磁场有限元计算的方法对空心杯转子电机的参数进行了详细的推导计算,编写了Matlab优化程序并结合有限元仿真对空心杯电机的性能进行了优化与分析,相互印证,研究具有重要的现实意义和理论价值。项目具体研究内容包括:1.对空心杯转子电机的参数计算和性能分析的研究现状进行了调研、归纳和总结。借鉴异步电机设计的思想,利用公式法、解析法和有限元法分别了空心杯转子电机的T型等效电路的各个参数的计算,特别是对本文特殊的双边定子结构电机的参数计算和等效方法进行了详细推导,给出了该结构具有的优点。2.利用公式计算和解析计算得到的参数,建立异步电机T型等效电路,对电机的机械特性进行了计算,编写了相应的Matlab计算程序,可以绘制空心杯转子电机在不同频率、不同电压、不同电流、不同参数条件下的机械特性。重点考虑了两种供电方式:控制输入电压不变;控制输入电流不变。为电机性能的优化奠定了基础。采用解析法和有限元法对本文空心杯转子电机的机械特性进行了细致的分析,利用Ansys和Ansoft等有限元分析软件,建立了电机的二维有限元模型,应用了定子通转差频率激励的二维线性谐波场计算得到不同转子转速下的转矩,计算考虑了结构细节导致的气隙磁场的波动,结果相比而言更接近实际情况。另外,对空心杯转子电机的机械特性的影响因素进行了计算和分析,分析了6061铝和10号钢两种转子材料、磁导率、转子电阻率、转子端部效应等对机械特性的影响规律。3.利用遗传算法编写了优化电机性能参数的优化程序,文中以一台多相永磁电机作优化案例,阐述了优化程序的灵活性和有效性,最后完成了对空心杯转子这种独特结构电机的优化和分析。
【关键词】：空心杯转子 异步电机 参数计算 机械特性 优化分析
【学位授予单位】：上海电机学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM359.9
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-17
• 1.1 选题的背景及意义12-13
• 1.2 课题来源13-14
• 1.3 空心杯电机的国内外发展现状14-15
• 1.4 空心杯电机的应用15
• 1.5 本文主要研究内容15-17
• 第二章 空心杯电机的参数计算17-51
• 2.1 引言17
• 2.2 空心杯电机结构17-21
• 2.3 电机等效电路的推导21-24
• 2.4 公式计算24-29
• 2.4.1 气隙系数24
• 2.4.2 励磁电抗24-25
• 2.4.3 定子槽漏抗25
• 2.4.4 定子端部漏抗25-26
• 2.4.5 定子等效电阻26
• 2.4.6 转子等效电阻26-28
• 2.4.7 转子漏抗28-29
• 2.5 电磁场解析法计算29-34
• 2.5.1 建立模型29-30
• 2.5.2 微分方程30-32
• 2.5.3 边界条件和待定系数求出参数32-34
• 2.6 有限元计算34-40
• 2.6.1 预处理35-36
• 2.6.2 有限元计算36-39
• 2.6.3 结果分析39-40
• 2.7 双边参数与单边参数的关系40-42
• 2.8 计算过程示例42-49
• 2.9 本章小结49-51
• 第三章 空心杯电机机械特性及端部效应的影响分析51-62
• 3.1 引言51
• 3.2 机械特性曲线计算51-55
• 3.2.1 通过公式计算机械特性曲线51-53
• 3.2.2 通过Ansys有限元方法计算机械特性53-55
• 3.3 转子使用不同材料时机械特性的对比优化分析55-60
• 3.3.1 磁导率对电机机械特性的影响56-57
• 3.3.2 电阻率对电机机械特性的影响57-59
• 3.3.3 转子使用6061铝和10号钢时电机机械特性的对比优化59-60
• 3.4 端部效应影响的简要分析60-61
• 3.5 本章小结61-62
• 第四章 电机的性能优化设计与原理分析62-69
• 4.1 引言62
• 4.2 电机优化的特点62
• 4.3 遗传算法简介62-63
• 4.4 电机优化数学模型63-66
• 4.4.1 目标函数63-64
• 4.4.2 设计变量64
• 4.4.3 设计变量的取值范围64-65
• 4.4.4 约束条件65
• 4.4.5 惩罚函数65-66
• 4.5 案例的优化结果66-68
• 4.6 本章小结68-69
• 第五章 实心转子空心杯电机的性能优化与分析69-75
• 5.1 引言69
• 5.2 空心杯电机优化的特点69
• 5.3 空心杯电机优化数学模型69-71
• 5.4 空心杯电机的优化结果71-72
• 5.5 有限元分析方法72-73
• 5.5.1 Ansoft软件简介72
• 5.5.2 有限元仿真模型建立72-73
• 5.6 有限元仿真与三种方案结果对比分析73-74
• 5.7 本章小结74-75
• 第六章 总结与展望75-77
• 6.1 总结75-76
• 6.2 展望76-77
• 参考文献77-83
• 致谢83-84
• 攻读硕士学位期间获得的研究成果84

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本文编号：332233