新型混合励磁爪极电机及其弱磁调速研究

发布时间：2017-06-06 20:02

  本文关键词：新型混合励磁爪极电机及其弱磁调速研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：混合励磁爪极电机(Hybrid Excitation Claw Pole Machine, HECPM)是由励磁绕组和永磁体共同提供励磁磁势的爪极电机。爪极电机具有结构简单、易于制造、成本低等优点。电励磁有刷爪极电机能够通过改变励磁电流灵活地调节电机内磁场,但是其极间漏磁、励磁损耗高等问题较严重；传统的永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Machine, PMSM)的励磁磁势无法调节,通常利用增加直轴电流的方式进行弱磁控制,虽然有助于拓宽转速范围但存在铜耗增加、永磁体退磁等问题；HECPM采用电励磁和永磁励磁相结合的方式,既能够方便地调节励磁又有较好的性能,具有很高的研究价值。本文主要研究一种新型结构的混合励磁爪极电机,其爪极形状由常用的等腰梯形改进为直角梯形,以便于在制造时放置极间永磁体；并且转子电励磁绕组经过励磁支架直接焊接于电机的端盖上,舍弃了电刷-滑环结构,实现电机的无刷化。本文围绕该电机的结构特点、三维场分析、磁路计算、电感测量以及电动运行时励磁控制方法的选择等方面进行了如下的研究工作：1.介绍了电机励磁方式的历史变化和发展趋势,从爪极电机和混合励磁电机弱磁控制两个方面对电机的研究现状进行了综述。2.介绍HECPM的结构特点及工作原理,通过建立HECPM的三维有限元静态场和瞬态场分析模型,在分析其磁场分布特点的基础上,对电机内气隙磁场的调节原理以及电机的空载特性进行了分析与研究。3.建立HECPM的等效磁网络模型,分别对电机各部分切分单元的磁阻进行了计算,将电机简化为一个磁网络,建立对应的结点磁位方程。利用Matlab对等效磁网络算法进行编程,得出HECPM的空载磁场结果。4.推导了HECPM中各电感参数间的关系,并采用道尔顿法对样机进行了电感测试。对比参数测试结果与有限元仿真分析结果,验证了该测试方法适用于HECPM的参数测试。5.在dq0坐标系下建立HECPM的数学模型,利用Matlab/simulink软件搭建HECPM的开环调速系统。对HECPM的调速特性进行分析,并与无励磁调节模块的HECPM调速系统进行对比。结果表明有励磁调节模块的HECPM调速系统在高速时能有较宽的恒功率运行范围。
【关键词】：混合励磁 爪极电机 三维有限元分析 电感测试 弱磁调速
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM359.9
【目录】：

• 摘要9-11
• ABSTRACT11-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 混合励磁的概念13-14
• 1.1.1 混合励磁电机的提出13-14
• 1.1.2 混合励磁电机的特点14
• 1.2 混合励磁爪极电机的研究现状14-18
• 1.2.1 爪极电机的研究现状15-16
• 1.2.2 混合励磁电机的弱磁控制研究现状16-18
• 1.3 混合励磁爪极电机的应用前景18-19
• 1.4 本文研究对象及主要研究工作19-21
• 第二章 新型混合励磁爪极电机的结构及工作特性21-30
• 2.1 新型HECPM的结构和工作原理21-23
• 2.1.1 新型HECPM的结构21-22
• 2.1.2 新型HECPM的工作原理22-23
• 2.2 新型HECPM的静磁场分析23-27
• 2.3 新型HECPM瞬态场分析27-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 基于等效磁网络法的HECPM空载磁场分析30-42
• 3.1 HECPM等效磁网络模型的建立30-32
• 3.2 HECPM各部分磁阻计算32-37
• 3.2.1 定子磁阻32-33
• 3.2.2 爪极磁阻33-34
• 3.2.3 主气隙磁阻34-36
• 3.2.4 其他部分磁阻36
• 3.2.5 磁动势源的等效36-37
• 3.3 结点磁位方程的建立37-40
• 3.4 HECPM空载磁场的等效磁网络分析40-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第四章 电感的测试与计算42-50
• 4.1 同步电机电感参数推导42-44
• 4.1.1 定子相绕组的自感43
• 4.1.2 定子相绕组间的互感43-44
• 4.1.3 交、直轴电感的推导44
• 4.2 道尔顿法测试电感44-46
• 4.3 有限元法计算电感46-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第五章 HECPM的Matlab仿真模型搭建及调速50-64
• 5.1 HECPM的数学模型50-52
• 5.1.1 HECPM在abc坐标系下的数学模型50-51
• 5.1.2 HECPM在dq0坐标系下的数学模型51-52
• 5.2 电机本体模型建立52-56
• 5.3 调速系统仿真模型56-59
• 5.3.1 转速开环恒压频比控制的HECPM调速系统56-58
• 5.3.2 励磁电流控制子系统58-59
• 5.4 仿真分析59-62
• 5.5 本章小结62-64
• 第六章 样机试验64-69
• 6.1 空载发电试验64-65
• 6.2 弱磁调速试验65-68
• 6.3 本章小结68-69
• 第七章 全文总结与展望69-71
• 7.1 论文主要工作成果69
• 7.2 存在的不足和需要进一步研究的工作69-71
• 参考文献71-75
• 致谢75-76
• 攻读硕士学位期间发表的论文76-77
• 学位论文评阅及答辩情况表77

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