永磁同步高速大功率电机电磁特性及效率优化研究

发布时间：2017-08-26 11:18

  本文关键词：永磁同步高速大功率电机电磁特性及效率优化研究

  更多相关文章： 永磁同步 高速大功率电机 电磁特性 最小损耗控制 效率优化

【摘要】：永磁同步高速大功率电机由于省去了传统的齿轮箱等中间增速环节,实现直驱,具有结构紧凑、功率密度高、效率高、尺寸和形式灵活多样等优势,广泛应用于鼓风机、压缩机、膨胀机、燃气余热发电和飞轮储能等领域。由于世界能源的短缺和可持续发展的需求,工业交流电机的高效节能化已成为当今国际研究的焦点。目前,永磁同步高速大功率电机电磁特性及效率优化方面的研究尚不充分,亟需深化研究。针对传统等效磁路法将磁场简化为磁路,假设磁路任意截面上的磁通密度处处均匀,难以计及漏磁影响,计算精度受限等的不足,本文采用有限元计算了对永磁同步高速大功率电机特性具有重要影响的电磁参数,包括极弧系数和空载漏磁系数,并结合等效磁路,研究揭示了负载和转速对电机效率、电流、电磁转矩等综合性能的影响规律。研究表明:场路结合法相比于等效磁路法可兼顾计算效率和计算精度。为实现永磁同步高速大功率电机的效率优化设计,采用时步有限元法分析了定子槽口宽度、气隙长度、转子保护套材料与厚度等对永磁同步高速大功率电机电磁损耗和效率的影响规律。以降低损耗、提高效率为优化目标,并兼顾电机起动、调速和负载特性,提出了实现永磁同步高速大功率电机效率优化的具体设计策略。结果表明:优化后的电机效率得到显著提高。为实现永磁同步高速大功率电机的效率优化控制,建立了考虑铁耗的永磁同步高速大功率电机dq坐标系数学模型,提出了基于电压空间矢量脉宽调制的最小损耗控制策略,并在MATLAB/SIMULINK控制模块基础上通过自主编程实现了永磁同步电机起动和调速电磁过渡过程仿真。结果表明:提出方法相比于现有恒磁控制不仅可提高电机运行效率,而且还可有效降低电流和转矩波动。参与搭建了永磁同步电机实验台,实验研究了永磁同步电机铁耗特性。研究表明:实测与理论计算的铁耗曲线两者基本吻合,相对实测值,理论计算值误差不超过20%,从而验证了本文有限元方法的有效性。本文研究工作对永磁同步高速大功率电机电磁分析、效率优化设计与控制等具有重要的参考价值。
【关键词】：永磁同步 高速大功率电机 电磁特性 最小损耗控制 效率优化
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM341
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 第1章 绪论14-24
• 1.1 研究背景及意义14-16
• 1.1.1 研究背景14-15
• 1.1.2 研究意义15-16
• 1.2 国内外研究现状及分析16-22
• 1.2.1 高速大功率电机发展现状16-18
• 1.2.2 永磁同步电机设计分析方法研究现状18-19
• 1.2.3 电磁损耗分析研究现状19-21
• 1.2.4 效率优化控制方法研究现状21-22
• 1.3 存在的问题22
• 1.4 本文的研究内容22-24
• 第2章 永磁同步高速大功率电机电磁设计和电磁特性分析24-45
• 2.1 引言24
• 2.2 电机电磁设计24-31
• 2.2.1 主要尺寸设计25-27
• 2.2.2 定子设计27-29
• 2.2.3 绕组设计29-30
• 2.2.4 永磁体设计30-31
• 2.2.5 电机基本结构尺寸31
• 2.3 电机电磁特性分析31-44
• 2.3.1 磁路计算31-35
• 2.3.2 参数计算35-37
• 2.3.3 功角特性37-40
• 2.3.4 工作特性40-42
• 2.3.5 计算流程42-44
• 2.4 本章小结44-45
• 第3章 结构参数对永磁同步高速大功率电机效率的影响规律研究45-59
• 3.1 引言45
• 3.2 电磁场和损耗的计算45-50
• 3.2.1 电磁场的分析45-47
• 3.2.2 转子涡流损耗的计算47-48
• 3.2.3 铁耗的计算48-50
• 3.3 结构参数对转子涡流损耗的影响规律50-54
• 3.3.1 保护套的影响50-52
• 3.3.2 定子槽口宽度的影响52-53
• 3.3.3 气隙长度的影响53-54
• 3.4 结构参数对铁耗的影响规律54-57
• 3.4.1 定子槽口宽度的影响55-56
• 3.4.2 气隙长度的影响56
• 3.4.3 负载的影响56-57
• 3.5 优化结构方案57-58
• 3.6 本章小结58-59
• 第4章 永磁同步高速大功率电机效率优化控制研究59-75
• 4.1 引言59
• 4.2 考虑铁耗的永磁同步高速大功率电机数学建模59-63
• 4.2.1 坐标变换59-61
• 4.2.2 永磁同步高速大功率电机dq坐标系数学模型61-63
• 4.3 电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)63-67
• 4.3.1 SVPWM基本原理63-65
• 4.3.2 SVPWM控制算法65-67
• 4.4 基于电机损耗模型的效率最优控制方法67-70
• 4.4.1 PMSM电机损耗数学模型67-68
• 4.4.2 最小损耗控制方法68-70
• 4.5 控制方法仿真对比70-74
• 4.5.1 起动过程仿真71-72
• 4.5.2 调速过程仿真72-74
• 4.6 本章小结74-75
• 第5章 永磁同步电机损耗实验研究75-82
• 5.1 实验设备与仪器75-77
• 5.2 实验过程及结果分析77-81
• 5.2.1 实验目的77
• 5.2.2 实验方案77
• 5.2.3 实验步骤77-78
• 5.2.4 实验结果分析78-81
• 5.3 本章小结81-82
• 结论82-84
• 参考文献84-88
• 致谢88-89
• 附录A （攻读硕士学位期间所发表的学术论文）89-90
• 附录B （攻读硕士学位期间所参加的科研项目）90-91
• 附录C （220k W/18000rpm电磁设计方案）91-92

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘美俊;矿山大功率电机液体变阻启动器的开发与应用[J];工矿自动化;2002年01期

2 黄良沛,刘义伦,阳小燕;大功率电机平稳切换的理论探讨与方法研究[J];大电机技术;2004年03期

3 李毅;;高压变频器在大功率电机节能改造中的应用[J];机电信息;2013年33期

4 陶军;于春元;;大功率电机轴承润滑冷却系统[J];石油化工设备;2012年05期

5 黄良沛;刘义伦;康煜华;;锁相环技术在大功率电机平稳切换中的应用研究[J];电气传动;2005年12期

6 裴华刚;周晓明;杨春龙;;多台大功率电机同步控制策略研究[J];中国水运(下半月);2008年07期

7 杨姗姗;谭冰;;低压大功率电机定子绕组接线工艺研究[J];防爆电机;2010年06期

8 梁周平;李智勇;;大功率电机启动瞬间变频器停运的原因[J];中国新技术新产品;2009年20期

9 ;数控励磁技术助力高压大功率电机节能[J];新世纪水泥导报;2008年01期

10 胡钦龙,陈钢;中频、大功率电机调速系统[J];电气时代;2003年11期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 马社芳;秦建章;李进舟;;软启动在大功率电机中的应用[A];2001中国钢铁年会论文集（下卷）[C];2001年

中国重要报纸全文数据库 前9条

1 郭雅琴邋记者 王国平;高压大功率电机节能技术获突破[N];光明日报;2008年

2 记者 贺林;我国自主研发的数控励磁调速技术在高压大功率电机上成功运用[N];中国建材报;2007年

3 赵文晶;数控励磁调速技术在高压大功率电机上的投用[N];中国有色金属报;2008年

4 小林;数控励磁技术助力高压大功率电机节能[N];中国建材报;2007年

5 本报记者 路艳艳;数控励磁技术助力 高压大功率电机节能显成效[N];机电商报;2007年

6 夏才源邋梁庆安 矫升印;北方沥青公司增税近6000万元[N];中国税务报;2007年

7 通讯员贺峰;一年节约电费10万元[N];石河子日报(汉);2011年

8 付浩;庆华煤化工业园节能减排显效[N];中国化工报;2008年

9 本报记者 王枚 单亮 实习生 单琳;产学研结合挑战国际巨头[N];徐州日报;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 张德金;永磁同步高速大功率电机电磁特性及效率优化研究[D];湖南大学;2016年

2 徐光帅;高速大功率电机转子系统散热效率优化研究[D];湖南大学;2013年

3 刘彦军;基于行星差动技术的大功率电机无级调速系统软启动及效率研究[D];燕山大学;2014年

4 吴震海;大功率电机驱动器测试工装[D];吉林大学;2014年

，

本文编号：741247