小功率开关磁阻电机设计及其优化方法研究

发布时间：2023-08-26 02:24

　　开关磁阻电机属于一种旋转式机电能量转换装置,逐渐应用于家电行业、航天航空、交通运输业等领域。开关磁阻电机具有结构简单、调速性能好、易于维护、成本低等优点,使得其在小功率电机的应用中具有高度的优越性。本文首先介绍了开关磁阻电机的研究背景与意义,并对开关磁阻电机的基本结构与工作原理、机电能量转换原理、基本方程及其数学模型进行了简要分析。本文结合电机的功率输出公式,计算了开关磁阻电机的主要尺寸,并根据经验和电机结构计算其他结构尺寸。电机每相绕组匝数计算结合了相绕组关断时刻的磁路分析,通过建立该位置的磁路模型,详细计算了电机的气隙磁导和铁芯磁导,结合计算机软件得到该位置的磁化曲线,通过与有限元仿真的结果进行对比,表明该磁路具有较高的准确性。同时,本文对电机的初始结构尺寸和绕组参数建立有限元仿真模型,并且仿真结果验证了初始电磁设计的有效性。本文以转矩电流比作为优化目标,此优化目标越大,表示单位电流对应的转矩大,也可以间接表示电机效率越高,以部分结构参数和绕组参数作为优化变量。首先用田口法对电机进行优化设计,并对田口法的优化结果进行分析,由于田口法只是局部寻优的优化方法,且开关磁阻电机的高度非线性...

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景和意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 本文主要内容和章节安排
第二章 开关磁阻电机基本特性及模型建立
    2.1 开关磁阻电机基本结构和运行原理
        2.1.1 基本结构
        2.1.2 基本原理
    2.2 开关磁阻电机的能量转换原理
    2.3 开关磁阻电机基本方程式
        2.3.1 电压平衡方程
        2.3.2 转矩平衡方程
    2.4 开关磁阻电机的数学模型
        2.4.1 线性模型绕组电感曲线分析
        2.4.2 线性模型绕组磁链曲线分析
        2.4.3 线性模型绕组电流曲线分析
        2.4.4 线性模型绕组电磁转矩分析
    2.5 本章小结
第三章 开关磁阻电机初始电磁设计
    3.1 开关磁阻电机的设计流程
    3.2 开关磁阻电机的设计要求
    3.3 开关磁阻电机结构尺寸的计算
        3.3.1 电机相数与定、转子极数的选择
        3.3.2 开关磁阻电机主要结构尺寸的计算
        3.3.3 开关磁阻电机其他结构尺寸的计算
    3.4 开关磁阻电机绕组设计
        3.4.1 开关磁阻电机磁路模型
        3.4.2 磁路边界划分
        3.4.3 θ_hr位置气隙磁导的计算
        3.4.4 θ_hr位置主磁通的计算
    3.5 开关磁阻电机有限元模型建立
    3.6 本章小结
第四章 开关磁阻电机的优化设计分析
    4.1 电机优化设计问题
        4.1.1 确定SRM优化设计中的目标函数
        4.1.2 确定电机结构设计中的待优化变量
        4.1.3 约束条件的设置
    4.2 田口法优化
        4.2.1 田口法优化步骤
        4.2.2 实验因子的水平
        4.2.3 正交实验和结果分析
    4.3 遗传算法优化
        4.3.1 二进制编码
        4.3.2 种群初始化
        4.3.3 适应度函数
        4.3.4 遗传操作——选择
        4.3.5 遗传操作——交叉
        4.3.6 遗传操作——变异
        4.3.7 遗传算法优化结果
    4.4 本章小结
第五章 样机实验
    5.1 样机基本特性测试
        5.1.1 电感特性的测量
        5.1.2 磁化曲线的测量
        5.1.3 静态转矩的测量
    5.2 开关磁阻电机运行特性测试
        5.2.1 实验平台
        5.2.2 实验结果及分析
    5.3 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
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本文编号：3843769