辅助发电单元双凸极混合励磁发电机关键技术研究
发布时间：2022-07-12 08:52
双凸极混合励磁发电机（DSHEG）具有转子结构简单、可靠性高、能量密度大、高效运行区域较宽等优点,越来越多地受到国内外学者和专家的关注。本文将针对定子混合励磁双凸极发电机的特点,结合辅助发电单元的具体应用背景,以高电压品质、低振动为研究目标,从双凸极电机通用数学模型、混合励磁发电机的快速优化方法、电压谐波抑制和振动抑制的角度进行全面、深入的分析。首先,介绍方波形双凸极发电机的基本结构及原理,推导其通用数学模型,描述开关磁阻发电机与双凸极混合励磁发电机之间的相似性,在此基础上分析了双凸极电机电感的理论模型以及磁链轨迹的统一性原理,提出超前角优化选择策略。总结了双凸极电机电感参数辨识方法,并采用基于冻结磁导率的磁链解耦分析方法,对含有隔磁桥的DSHEG不同运行状态下的单相磁链和电感特性进行研究。搭建了计及三相非对称和饱和的双凸极混合励磁发电机Simulink仿真模型,分析其稳态、动态运行特性和工作特性。其次,提出了一种基于改进田口法的快速优化方法。针对辅助发电单元应用技术要求,结合双凸极混合励磁发电机的稳态性能和工作特性,针对双凸极混合励磁电机叠长、电枢绕组匝数、定子内径、定子极弧角度、励...
【文章页数】：173 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
缩写、符号清单、术语表
第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 辅助发电单元发电机的研究现状
1.3 双凸极电机的研究现状
1.3.1 双凸极电机的分类和发展
1.3.2 双凸极定子励磁电机的数学建模
1.3.3 双凸极定子励磁电机设计
1.3.4 双凸极定子励磁电机的优化算法
1.3.5 关键技术问题
1.4 本文研究内容概述
第2章 双凸极混合励磁发电机原理及数学模型
2.1 双凸极发电机结构及原理
2.1.1 开关磁阻发电机
2.1.2 混合励磁双凸极发电机
2.2 双凸极发电机的通用数学模型
2.2.1 基础模型
2.2.2 双凸极电机电感理论模型
2.2.3 统一磁链轨迹及超前角优化
2.3 双凸极电机电感参数辨识
2.3.1 离线测量法和在线测量法
2.3.2 数值拟合法
2.3.3 基于冻结磁导率的仿真分析法
2.4 双凸极混合励磁发电系统的工作特性
2.4.1 基于Simulink的双凸极混合励磁发电机不控整流系统模型
2.4.2 双凸极混合励磁不控整流发电机系统的动态调整过程
2.4.3 双凸极混合励磁发电系统工作特性曲线
2.5 本章小结
第3章 基于改进田口法的双凸极混合励磁发电机基础设计
3.1 改进田口分析法理论基础
3.1.1 田口分析法的基本流程
3.1.2 田口分析中的基本概念
3.1.3 田口法改进策略
3.2 改进田口法在DSHEG中的应用
3.2.1 辅助发电单元的设计要求
3.2.2 双凸极混合励磁发电机磁路法设计
3.2.3 电压品质特性和影响因素选择
3.2.4 田口设计与实验分析
3.2.5 励磁源的交互作用分析
3.3 设计结果
3.3.1 设计结果对比
3.3.2 双凸极混合励磁发电机端部效应分析
3.4 仿真与实验验证
3.4.1 实验平台
3.4.2 稳态与动态特性
3.4.3 工作特性
3.5 结论
第4章 双凸极混合励磁发电机齿形优化
4.1 DSHEG不控整流母线电压谐波分析
4.1.1 三相磁路对称的电压谐波分析
4.1.2 三相磁路非对称的电压谐波分析
4.2 LTL型双凸极混合励磁发电机
4.2.1 三相磁路非对称模型
4.2.2 定子齿形优化方法
4.2.3 仿真电压特性比较
4.3 DSHEG实验结果对比分析
4.3.1 电压品质比较
4.3.2 损耗与效率比较
4.4 结论
第5章 双凸极混合励磁发电机的电磁振动分析
5.1 DSHEG的径向力分析模型
5.1.1 径向磁密和切向磁密
5.1.2 径向磁拉力和切向磁拉力特性
5.2 DSHEG的定子模态分析模型
5.2.1 基于定子齿形修正的振动模态解析分析
5.2.2 “LTL”定子参数对二阶固有频率特性的影响
5.3 DSHEG的振动简化分析模型
5.4 有限元仿真验证
5.4.1 径向力谐波分析
5.4.2 模态振型与振动位移分析
5.4.3 LTL型与III型 DSHEG比较
5.5 实验分析与验证
5.6 结论
第6章 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 后续研究工作展望
作者博士期间成果及参与项目
参考文献
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于试验的车用爪极发电机噪声源识别与分析[J]. 吴双龙,左曙光,邓文哲,钟鸿敏,孙罕. 振动.测试与诊断. 2018(02)
[2]基于田口法的永磁同步推进电机优化设计[J]. 刘彦呈,刘伟民,郭昊昊. 微特电机. 2018(03)
[3]基于Ansoft汽车爪极发电机电磁分析与设计[J]. 苑新博,林珍. 电气开关. 2017(06)
[4]增程式电动汽车增程器的小型化研究[J]. 牛继高,郭小锋,徐春华,周苏. 机械设计与制造. 2017(11)
[5]定子分布励磁双凸极无刷直流发电机电磁特性研究[J]. 孙林楠,张卓然,于立,耿伟伟. 中国电机工程学报. 2017(21)
[6]车用爪极发电机转子极爪倒角对电磁振动的影响研究[J]. 吴双龙,左曙光,钟鸿敏,张耀丹,孙罕. 电工技术学报. 2018(01)
[7]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)
[8]基于同步旋转滤波器的磁通记忆式双凸极永磁电机无位置传感器控制[J]. 鲁庆,全力,左月飞,朱孝勇,张超. 中国电机工程学报. 2017(22)
[9]开关磁阻发电机控制参数多目标优化研究[J]. 颜爽,陈昊,王青,杨明扬. 电工技术学报. 2017(15)
[10]考虑定子铁芯和绕组各向异性的爪极发电机模态分析[J]. 邓文哲,左曙光,孙罕,吴双龙,张国辉. 振动与冲击. 2017(12)
博士论文
[1]飞轮储能系统高速永磁同步电动/发电机控制关键技术研究[D]. 张翔.浙江大学 2019
[2]永磁开关磁链电机结构与控制的研究[D]. 汪昱.浙江大学 2012
[3]开关磁阻电机非线性建模方法及智能控制策略研究[D]. 薛梅.天津大学 2008
[4]永磁式双凸极电机新型驱动系统研究[D]. 马长山.南京航空航天大学 2007
[5]混合励磁双凸极电机基本性能研究[D]. 秦海鸿.南京航空航天大学 2006
[6]定子双馈双凸极永磁电机及其控制系统研究[D]. 李永斌.上海大学 2004
硕士论文
[1]基于有限元分析的混合励磁开关磁阻电机参数多目标优化设计[D]. 杨鑫.沈阳工业大学 2018
[2]开关磁阻电机的发电控制方法研究[D]. 周超.西安科技大学 2018
[3]开关磁阻发电机系统效率优化控制研究[D]. 窦宇宇.中国矿业大学 2018
[4]增程式电动汽车控制策略的仿真研究[D]. 沈海.合肥工业大学 2017
[5]飞轮储能增程式电动车动力性仿真分析及模拟试验[D]. 王旭.东北林业大学 2017
[6]电励磁双凸极电机非线性建模研究与实践[D]. 王逸洲.南京航空航天大学 2017
[7]混合励磁双凸极电机的电磁设计及优化控制[D]. 宋志达.东北石油大学 2016
[8]微型燃气涡轮机增程式电动汽车动力匹配研究[D]. 麻笑艺.大连理工大学 2016
[9]应用于APU起动/发电系统的永磁同步电机发电技术研究[D]. 王永杰.南京航空航天大学 2016
[10]飞轮储能系统电机与轴系设计[D]. 徐登辉.浙江大学 2016
本文编号：3658819
【文章页数】：173 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
缩写、符号清单、术语表
第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 辅助发电单元发电机的研究现状
1.3 双凸极电机的研究现状
1.3.1 双凸极电机的分类和发展
1.3.2 双凸极定子励磁电机的数学建模
1.3.3 双凸极定子励磁电机设计
1.3.4 双凸极定子励磁电机的优化算法
1.3.5 关键技术问题
1.4 本文研究内容概述
第2章 双凸极混合励磁发电机原理及数学模型
2.1 双凸极发电机结构及原理
2.1.1 开关磁阻发电机
2.1.2 混合励磁双凸极发电机
2.2 双凸极发电机的通用数学模型
2.2.1 基础模型
2.2.2 双凸极电机电感理论模型
2.2.3 统一磁链轨迹及超前角优化
2.3 双凸极电机电感参数辨识
2.3.1 离线测量法和在线测量法
2.3.2 数值拟合法
2.3.3 基于冻结磁导率的仿真分析法
2.4 双凸极混合励磁发电系统的工作特性
2.4.1 基于Simulink的双凸极混合励磁发电机不控整流系统模型
2.4.2 双凸极混合励磁不控整流发电机系统的动态调整过程
2.4.3 双凸极混合励磁发电系统工作特性曲线
2.5 本章小结
第3章 基于改进田口法的双凸极混合励磁发电机基础设计
3.1 改进田口分析法理论基础
3.1.1 田口分析法的基本流程
3.1.2 田口分析中的基本概念
3.1.3 田口法改进策略
3.2 改进田口法在DSHEG中的应用
3.2.1 辅助发电单元的设计要求
3.2.2 双凸极混合励磁发电机磁路法设计
3.2.3 电压品质特性和影响因素选择
3.2.4 田口设计与实验分析
3.2.5 励磁源的交互作用分析
3.3 设计结果
3.3.1 设计结果对比
3.3.2 双凸极混合励磁发电机端部效应分析
3.4 仿真与实验验证
3.4.1 实验平台
3.4.2 稳态与动态特性
3.4.3 工作特性
3.5 结论
第4章 双凸极混合励磁发电机齿形优化
4.1 DSHEG不控整流母线电压谐波分析
4.1.1 三相磁路对称的电压谐波分析
4.1.2 三相磁路非对称的电压谐波分析
4.2 LTL型双凸极混合励磁发电机
4.2.1 三相磁路非对称模型
4.2.2 定子齿形优化方法
4.2.3 仿真电压特性比较
4.3 DSHEG实验结果对比分析
4.3.1 电压品质比较
4.3.2 损耗与效率比较
4.4 结论
第5章 双凸极混合励磁发电机的电磁振动分析
5.1 DSHEG的径向力分析模型
5.1.1 径向磁密和切向磁密
5.1.2 径向磁拉力和切向磁拉力特性
5.2 DSHEG的定子模态分析模型
5.2.1 基于定子齿形修正的振动模态解析分析
5.2.2 “LTL”定子参数对二阶固有频率特性的影响
5.3 DSHEG的振动简化分析模型
5.4 有限元仿真验证
5.4.1 径向力谐波分析
5.4.2 模态振型与振动位移分析
5.4.3 LTL型与III型 DSHEG比较
5.5 实验分析与验证
5.6 结论
第6章 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 后续研究工作展望
作者博士期间成果及参与项目
参考文献
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于试验的车用爪极发电机噪声源识别与分析[J]. 吴双龙,左曙光,邓文哲,钟鸿敏,孙罕. 振动.测试与诊断. 2018(02)
[2]基于田口法的永磁同步推进电机优化设计[J]. 刘彦呈,刘伟民,郭昊昊. 微特电机. 2018(03)
[3]基于Ansoft汽车爪极发电机电磁分析与设计[J]. 苑新博,林珍. 电气开关. 2017(06)
[4]增程式电动汽车增程器的小型化研究[J]. 牛继高,郭小锋,徐春华,周苏. 机械设计与制造. 2017(11)
[5]定子分布励磁双凸极无刷直流发电机电磁特性研究[J]. 孙林楠,张卓然,于立,耿伟伟. 中国电机工程学报. 2017(21)
[6]车用爪极发电机转子极爪倒角对电磁振动的影响研究[J]. 吴双龙,左曙光,钟鸿敏,张耀丹,孙罕. 电工技术学报. 2018(01)
[7]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)
[8]基于同步旋转滤波器的磁通记忆式双凸极永磁电机无位置传感器控制[J]. 鲁庆,全力,左月飞,朱孝勇,张超. 中国电机工程学报. 2017(22)
[9]开关磁阻发电机控制参数多目标优化研究[J]. 颜爽,陈昊,王青,杨明扬. 电工技术学报. 2017(15)
[10]考虑定子铁芯和绕组各向异性的爪极发电机模态分析[J]. 邓文哲,左曙光,孙罕,吴双龙,张国辉. 振动与冲击. 2017(12)
博士论文
[1]飞轮储能系统高速永磁同步电动/发电机控制关键技术研究[D]. 张翔.浙江大学 2019
[2]永磁开关磁链电机结构与控制的研究[D]. 汪昱.浙江大学 2012
[3]开关磁阻电机非线性建模方法及智能控制策略研究[D]. 薛梅.天津大学 2008
[4]永磁式双凸极电机新型驱动系统研究[D]. 马长山.南京航空航天大学 2007
[5]混合励磁双凸极电机基本性能研究[D]. 秦海鸿.南京航空航天大学 2006
[6]定子双馈双凸极永磁电机及其控制系统研究[D]. 李永斌.上海大学 2004
硕士论文
[1]基于有限元分析的混合励磁开关磁阻电机参数多目标优化设计[D]. 杨鑫.沈阳工业大学 2018
[2]开关磁阻电机的发电控制方法研究[D]. 周超.西安科技大学 2018
[3]开关磁阻发电机系统效率优化控制研究[D]. 窦宇宇.中国矿业大学 2018
[4]增程式电动汽车控制策略的仿真研究[D]. 沈海.合肥工业大学 2017
[5]飞轮储能增程式电动车动力性仿真分析及模拟试验[D]. 王旭.东北林业大学 2017
[6]电励磁双凸极电机非线性建模研究与实践[D]. 王逸洲.南京航空航天大学 2017
[7]混合励磁双凸极电机的电磁设计及优化控制[D]. 宋志达.东北石油大学 2016
[8]微型燃气涡轮机增程式电动汽车动力匹配研究[D]. 麻笑艺.大连理工大学 2016
[9]应用于APU起动/发电系统的永磁同步电机发电技术研究[D]. 王永杰.南京航空航天大学 2016
[10]飞轮储能系统电机与轴系设计[D]. 徐登辉.浙江大学 2016
本文编号：3658819
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