模块化定子结构分数槽永磁电机的研究

发布时间：2020-11-16 05:53

　　 高性能永磁同步电机由于其具有体积小、转矩密度高、运行效率高等优点,在工业工程领域得到了越来越多的重视。对于风力发电机组而言,特别是大型离岸风力发电机,模块化的定子结构与单层集中绕组的绕组配置具有便于运输与安装、容错能力强、维修方便、制造周期短等优点,对发展清洁能源、提高能源利用率有重要意义。在此背景下,论文通过在两种槽极配置电机的非绕线齿中插入定子间隙的方式,完成了对传统一体式分数槽集中绕组电机的定子模块化改造,并通过有限元软件对传统一体式电机与模块化电机进行建模仿真。首先,分析了分数槽永磁电机的理论基础与数学模型,介绍了常规分数槽电机拓扑结构的几何关系,探究了分数槽电机定子铁芯中铁耗与绕组中铜耗的计算方法,分析了分数槽单层绕组、双层绕组、集中绕组与分布绕组电机槽极配合的原则,并从电机能量转换的角度,分析了分数槽电机齿槽转矩的产生机理。其次,从绕组因数最大化的角度,确定了本文的研究对象为采用单层绕组的12槽10极与12槽14极分数槽集中绕组永磁电机,详细推导了两种槽极配置下电机的绕组因数,以及模块化的定子结构对分数槽电机绕组因数的影响,确定模块化电机的定、转子结构,并使用有限元软件完成了对电机拓扑结构的合理性检验,最终确定电机的详细参数与设计方案。最后,使用有限元软件对所建立的电机模型进行电磁特性、转矩特性与损耗特性的分析,并分别计算出四种电机的运行效率,明确了模块化电机定子间隙的存在会改变定子磁路,从而影响电机的性能。结果表明,定子间隙的存在提升了12槽14极电机的绕组因数、输出转矩,运行效率等,说明相对于12槽10极,12槽14极分数槽集中绕组电机更适合进行模块化改造。
【学位单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM351
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 分数槽模块化定子电机的研究现状
        1.2.1 槽电机的特点及应用
        1.2.2 分数槽电机的研究现状
        1.2.3 模块化电机的研究现状
    1.3 本文主要研究内容
第2章 分数槽电机的理论基础
    2.1 分数槽电机的数学模型
    2.2 分数槽电机结构的几何关系
    2.3 铁耗与铜耗
    2.4 分数槽电机的槽极配合原理
    2.5 齿槽转矩
    2.6 本章小结
第3章 模块化分数槽电机的设计与有限元建模
    3.1 有限元电磁分析软件简介
        3.1.1 RMxprt电机初步设计
        3.1.2 Maxwell2D电磁分析
    3.2 确定模块化分数槽电机的槽极配置与绕组分配
        3.2.1 槽极数的确定
        3.2.2 绕组分配
    3.3 确定模块化分数槽电机的拓扑结构与尺寸
        3.3.1 确定定子结构
        3.3.2 确定转子结构
        3.3.3 确定绕组因数与定子间隙宽度
    3.4 电机结构合理性的验证
    3.5 本章小结
第4章 模块化分数槽电机的性能对比
    4.1 电磁特性分析
        4.1.1 空载气隙磁密
        4.1.2 空载每相磁链
        4.1.3 空载反电动势
    4.2 转矩特性分析
        4.2.1 输出转矩
        4.2.2 磁阻转矩
        4.2.3 齿槽转矩
    4.3 损耗特性分析
        4.3.1 空载铁耗
        4.3.2 负载铁耗
        4.3.3 铜耗与效率
    4.4 本章小结
第5章 总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 工作展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢

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本文编号：2885697