内嵌式永磁同步电动机优化设计及特性分析

发布时间：2017-05-11 23:14

  本文关键词：内嵌式永磁同步电动机优化设计及特性分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：永磁同步电动机效率高、功率因数高、控制系统简单、动态响应快、易于实现高速运行、绕组散热容易,是国家十二五期间主推的一类节能电机,得到了广泛应用。对内嵌式永磁同步电机而言由于气隙不均匀,存在凸极效应,磁路非线性,电机的优化设计尚存在一定的不足。本论文获得山西省自然科学基金项目(2013011035-1)支持,以22kW内嵌式自启动永磁同步电动机(IPMSM)为分析对象,采用解析分析、数值计算以及实验等方法完成了电机的优化设计及性能分析,具体研究步骤和内容如下:1、有限元软件Ansoft/Maxwell环境下建立内嵌式永磁同步电机电磁场有限元分析模型,分析IPMSM的静态场特性和瞬态场特性,计算得到空载气隙磁密、电感曲线、齿槽转矩、矩角曲线等,为电机优化设计奠定了基础。2、基于传统等效磁路法,考虑定转子开槽及电机内部漏磁通,提出一种改进的等效磁路模型,同时计及磁场分布及磁路饱和的影响,结合“场—路”法对相关计算参数进行修正;根据等效磁路法编写VB电磁设计程序,计算结果与有限元结果比拟分析,验证该模型的正确性。3、基于田口正交实验,以永磁体磁钢的长、宽、中心高,定子齿宽,气隙长度为优化因子,以电机的效率、空载损耗、转矩脉动为输出因子,根据Hardarmard矩阵法建立L16正交实验表,确定优化方案,并通过有限元法验证方案的可行性。4、Maxwell环境下建立电机仿真模型,Simplorer环境下建立电机驱动控制模型,通过设置联合仿真接口实现了Maxwell+Simplorer的二维瞬态场永磁同步电动机建模与联合仿真的方法,并基于仿真结果进行三次谐波注入法减小电机转矩脉动。5、搭建内嵌式永磁同步电动机实验平台,测试电机的静态特性,与有限元计算值进行比拟分析,验证有限元计算的正确性,分析了出现误差的原因,并对实验平台提出了改善措施。
【关键词】：内嵌式永磁同步电动机 电磁场分析 等效磁路法 优化设计 联合仿真 谐波补偿
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM341
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 永磁电机概述13-14
• 1.1.1 永磁电机的发展历程13-14
• 1.1.2 永磁同步电机的分类、结构及性能比较14
• 1.2 研究背景及意义14-16
• 1.2.1 国内外研究动态14-16
• 1.2.2 永磁同步电机的发展趋势及研究热点16
• 1.3 内嵌式永磁电机结构16-17
• 1.4 本文主要研究内容17-18
• 1.5 本章小结18-21
• 第二章 内嵌式永磁同步电动机有限元分析21-39
• 2.1 有限元法21-23
• 2.1.1 Ansoft介绍22
• 2.1.2 二维电磁场基本理论22-23
• 2.2 电机有限元模型23-25
• 2.3 电机静态场分析25-33
• 2.3.1 气隙磁密磁场分析26
• 2.3.2 空载漏磁系数26-27
• 2.3.3 空载反电动势27-28
• 2.3.4 负载法求d、q轴电感参数28-30
• 2.3.5 矩角特性曲线30
• 2.3.6 磁阻转矩30-32
• 2.3.7 损耗分析32-33
• 2.4 瞬态场分析33-37
• 2.4.1 瞬态场模型33-35
• 2.4.2 瞬态场分析35-37
• 2.5 本章小结37-39
• 第三章 内嵌式永磁同步电动机等效磁路分析39-51
• 3.1 内嵌式永磁同步电动机等效磁路模型39-42
• 3.1.1 永磁体模型39-40
• 3.1.2 电机等效磁路模型40-42
• 3.2 图表法42-47
• 3.2.1 空载电机图形分析42-43
• 3.2.2 主磁路计算43-46
• 3.2.3 漏磁路计算46-47
• 3.3 校验计算47-48
• 3.4 计算结果和有限元结果对比48
• 3.5 本章总结48-51
• 第四章 内嵌式永磁同步电动机优化设计51-65
• 4.1 田口实验法简介51-52
• 4.2 田口实验法优化设计52-54
• 4.3 优化设计实例54-63
• 4.3.1 因子选择54-56
• 4.3.2 构建正交表56-57
• 4.3.3 正交实验57-58
• 4.3.4 允差分析58-62
• 4.3.5 优化前后对比62-63
• 4.4 本章小结63-65
• 第五章 内嵌式永磁同步电动机联合仿真65-77
• 5.1 Ansoft/Simplorer简介65
• 5.2 联合仿真PWM控制的基本原理65-66
• 5.3 联合仿真PWM外电路66-69
• 5.4 仿真结果分析69-70
• 5.5 三次谐波注入70-75
• 5.5.1 解析计算71-72
• 5.5.2 谐波补偿72-74
• 5.5.3 谐波抑制比74-75
• 5.6 本章小结75-77
• 第六章 实验结果77-89
• 6.1 静态实验77-78
• 6.2 磁阻转矩78-79
• 6.3 矩角特性79-80
• 6.3.1 实验方法79-80
• 6.3.2 实验结果80
• 6.4 交直轴电感80-84
• 6.4.1. 电感模型推导80-82
• 6.4.2 自感测量82-83
• 6.4.3 互感测量83-84
• 6.4.4. 交直轴电感计算84
• 6.5 实验结果与有限元计算值比较84-88
• 6.5.1 齿槽转矩84-85
• 6.5.2 矩角特性曲线85-86
• 6.5.3 电感曲线86-88
• 6.6 本章总结88-89
• 第七章 总结与展望89-91
• 7.1 全文总结89-90
• 7.2 展望与改进90-91
• 参考文献91-97
• 致谢97-98
• 攻读硕士学位期间发表论文98

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