轴径向磁场轴带发电机结构设计与仿真研究

发布时间：2017-09-16 11:24

  本文关键词：轴径向磁场轴带发电机结构设计与仿真研究

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【摘要】：为了解决船舶燃油费用过高以及船舶供电设备繁琐的问题,为船舶负载提供较为可靠的电能,船舶轴带发电系统在船舶供电系统中发挥了巨大的作用。随着电机性能的不断完善及人们对于电机性能的要求不断提高,结构、功能各异的复合结构电机进入人们的视线。其中,轴径向磁场结构电机由于其特殊的结构、较高的发电效率和功率密度引起了国内外学者的关注。本文在分析研究轴带发电系统和复合结构电机的基础上,提出了一种基于轴径向磁场结构电机的轴带发电系统,将轴径向磁场发电机以及Z源逆变器应用于轴带发电系统当中,可以提高系统的发电效率,有利于节省船舱有限的空间。首先,论文介绍了轴带发电系统、复合结构电机的国内外研究现状。其次,研究了轴径向磁场的结构特点,确定了定、转子材料,选取了合适的电机相数和极对数。再次,介绍了轴径向磁场发电机解析计算方法,分析了电机各个参数之间的关系,为电机优化设计打下了基础。然后,根据设计要求确定了电机的基本尺寸,通过解析法和有限元法对电机二维模型的极弧系数、离心高度进行了优化,利用有限元分析软件Ansof Maxwell,对发电机空载相电压、转矩脉动等方面对设计的电机进行了仿真验证。接着,绘制发电机三维模型对电机进行了有限元仿真,得到电机的最终尺寸,并且建立了等效磁路图进行解析法分析,验证电机设计的合理性。最后,将Z源逆变器应用到轴径向磁场轴带发电机当中,并利用Matlab搭建了仿真模型,通过SVPWM控制以及PQ并网电流控制,验证了其升压以及并网的功能。
【关键词】：轴带发电机 轴径向磁场 有限元分析 优化研究 Z源逆变器
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM31
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 课题研究背景及其意义9-14
• 1.1.1 船用轴带发电系统的重要性9-10
• 1.1.2 常用的轴带发电系统介绍10-14
• 1.2 复合结构电机国内外研究状况14-17
• 1.3 论文主要研究内容17-19
• 第2章 轴径向磁场轴带发电机设计基本理论与结构分析19-28
• 2.1 发电机设计的基本理论19-20
• 2.2 轴径向磁场轴带发电机的结构20-26
• 2.2.1 定子结构20-22
• 2.2.2 转子结构22-24
• 2.2.3 轴径向磁场轴带发电机的整体结构24-26
• 2.3 轴径向磁场轴带发电系统基本结构及原理26-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第3章 基于解析法的轴径向磁场轴带发电机设计与分析28-39
• 3.1 轴径向磁场轴带发电机性能指标28-29
• 3.2 轴径向磁场轴带发电机槽数、极数的选取29-31
• 3.3 轴径向磁场轴带发电机磁场分析31-35
• 3.3.1 等效磁路31
• 3.3.2 气隙磁通密度31-35
• 3.4 轴径向磁场轴带发电机相电压35-36
• 3.5 轴径向磁场轴带发电机主要尺寸比36
• 3.6 轴径向磁场轴带发电机转子参数分析36-38
• 3.7 本章小结38-39
• 第4章 基于有限元法的二维轴径向磁场轴带发电机设计与分析39-50
• 4.1 二维有限元法基本原理39-42
• 4.1.1 麦克斯韦方程39-40
• 4.1.2 位函数以及其满足的偏微分方程40-41
• 4.1.3 边界条件的确定41-42
• 4.2 轴径向磁场轴带发电机二维模型仿真分析42-44
• 4.3 轴径向磁场轴带发电机二维模型优化设计44-48
• 4.4 本章小结48-50
• 第5章 轴径向磁场轴带发电机三维设计与分析50-65
• 5.1 三维有限元法与二维有限元法的区别50
• 5.2 轴径磁场轴带发电机三维有限元法优化设计50-57
• 5.3 轴径向磁场轴带发电机三维解析法分析57-64
• 5.3.1 磁路计算57-58
• 5.3.2 轴径向磁场轴带发电机的空载磁路计算58-60
• 5.3.3 轴径向磁场轴带发电机的绕组电阻和电抗60-61
• 5.3.4 额定负载运行下轴径向磁场轴带发电机的额定电流61-62
• 5.3.5 额定负载运行下轴径向磁场轴带发电机的损耗与效率62-64
• 5.4 本章小结64-65
• 第6章 轴带发电机用Z源逆变器的研究65-77
• 6.1 新型轴带发电机用逆变器的研究65-67
• 6.2 Z源逆变器的等效电路与工作原理67-69
• 6.3 Z源逆变器SVPWM控制69-72
• 6.4 Z源逆变器并网PQ控制策略72-73
• 6.5 轴带发电机用Z源逆变器仿真结果73-76
• 6.6 本章小结76-77
• 结论77-79
• 参考文献79-84
• 致谢84-85
• 作者简介85

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本文编号：862749