开关磁阻电机损耗和温升研究

发布时间：2017-08-11 02:19

  本文关键词：开关磁阻电机损耗和温升研究

  更多相关文章： 开关磁阻电机 瞬态磁场分析 双频法 椭圆法 铁心损耗 温升分析 有限元

【摘要】：开关磁阻电机(SR电机)特殊的双凸极结构使得其工作原理和运行特性不同于传统电机,其铁心磁场变化规律复杂,磁密波形与电机结构参数、转速、绕组连接方式、控制策略以及工况等密切相关。复杂的磁场使得SR电机的损耗尤其是铁心损耗的计算十分困难。电机运行过程中产生的损耗最终都转化为热能,引起电机内部温升,进而影响电机的可靠性和使用寿命。因此损耗和温升分析是优化电机设计、改善其性能的重要环节。然而,目前国内外关于SR电机的损耗和温升方面的研究还不够系统和完善,因此,本文针对SR电机的损耗及其温升进行了一系列分析研究和实验验证。本文以一台三相12/8 SR电机作为研究对象,首先,在Ansoft中建立其有限元仿真模型,进行2D瞬态磁场分析,得到定、转子不同部分的磁密波形及其变化规律。其次,在磁场分析的基础上利用双频法和椭圆法相结合计算电机的铁损,得到铁心不同部分铁损分布情况。再次,基于ANSYS建立电机的3D有限元热分析模型,将损耗计算结果耦合到热模型中进行瞬态热分析,得到SR电机的温升分布图和不同单元处的温升曲线,并重点讨论了机壳外冷却条件对电机温升的影响。最后,搭建以TMS320F2812 DSP和CPLD为控制系统核心的开关磁阻起动/发电系统平台,完成硬件和软件的设计调试工作。在此平台上实现SR电机的电动和发电运行,测量记录电机转速、电压、电流、功率等数据,通过间接法推算样机铁心损耗,利用由T型热电偶、MAX31855热电偶信号至数字输出转化器、DSP、RS-485以及触摸显示屏组成的温度测量和显示系统对SR电机定子不同部位的温升进行检测并绘制温度变化曲线,验证铁损计算方案的可行性和SR电机热分析模型的正确性。
【关键词】：开关磁阻电机 瞬态磁场分析 双频法 椭圆法 铁心损耗 温升分析 有限元
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM352
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-14
• 注释表14-15
• 第一章 绪论15-20
• 1.1 引言15
• 1.2 开关磁阻电机损耗和温升的国内外研究现状15-18
• 1.2.1 开关磁阻电机损耗分析的国内外研究现状15-17
• 1.2.2 开关磁阻电机温升的国内外研究现状17-18
• 1.3 本文课题的研究背景、主要内容及意义18-20
• 第二章 开关磁阻电机的基本理论20-30
• 2.1 引言20
• 2.2 开关磁阻电机系统的组成20-21
• 2.3 开关磁阻电机的基本工作原理21-27
• 2.3.1 开关磁阻电机的数学模型22-26
• 2.3.1.1 电路平衡方程23-24
• 2.3.1.2 机械平衡方程24
• 2.3.1.3 机电联系方程24-26
• 2.3.2 开关磁阻电机电流分析26-27
• 2.3.2.1 开关磁阻电机电动状态电流分析26-27
• 2.3.2.2 开关磁阻电机发电状态电流分析27
• 2.4 开关磁阻电机的控制方案27-29
• 2.4.1 电流斩波控制（CCC）27-28
• 2.4.2 角度位置控制（APC）28
• 2.4.3 脉宽调制控制 (PWM)28-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第三章 开关磁阻电机的损耗计算与分析30-57
• 3.1 引言30
• 3.2 有限元法简介30-31
• 3.2.1 有限元法基本思想30
• 3.2.2 有限元分析软件Ansoft介绍30-31
• 3.3 基于Ansoft的开关磁阻电机磁场有限元分析31-39
• 3.3.1 开关磁阻电机有限元分析建模31-32
• 3.3.2 开关磁阻电机有限元分析建模32-39
• 3.3.2.1 开关磁阻电机的磁场分布32-34
• 3.3.2.2 开关磁阻电机定子磁密波形34-36
• 3.3.2.3 开关磁阻电机转子磁密波形36-38
• 3.3.2.4 开关磁阻电机磁密FFT分析38-39
• 3.4 开关磁阻电机铁损计算和分析39-52
• 3.4.1 铁损概述39-41
• 3.4.1.1 涡流损耗Pe40
• 3.4.1.2 磁滞损耗Ph40-41
• 3.4.1.3 非正弦磁场铁心损耗计算41
• 3.4.2 开关磁阻电机铁损的计算方法41-46
• 3.4.2.1 涡流磁滞损耗曲线法（实验法）42-43
• 3.4.2.2 双频法43-45
• 3.4.2.3 椭圆法45-46
• 3.4.3 开关磁阻电机铁损计算和分析结果46-52
• 3.4.3.1 开关磁阻电机铁心磁密的频率47
• 3.4.3.2 开关磁阻电机铁损的有限元仿真与分析47-50
• 3.4.3.3 开关磁阻电机铁损的数值计算与分析50-52
• 3.4.4 开关磁阻电机铁损实验验证的方法52
• 3.5 开关磁阻电机其它损耗的计算分析52-55
• 3.5.1 绕组铜损PCu52-53
• 3.5.2 机械损耗PM53-55
• 3.5.3 杂散损耗Ps55
• 3.6 本章小结55-57
• 第四章 开关磁阻电机的温度场分析57-70
• 4.1 引言57-58
• 4.2 SR电机热分析基本理论58-63
• 4.2.1 物体的发热过程与温升58-59
• 4.2.2 热量传递的三种基本方式59-61
• 4.2.2.1 传导59-61
• 4.2.2.2 对流61
• 4.2.2.3 辐射61
• 4.2.3 SR电机热分析基本方程与边界条件61-63
• 4.3 SR电机热分析模型63-67
• 4.3.1 热源的求取63
• 4.3.2 等效导热系数 λeq63-65
• 4.3.3 散热系数65-66
• 4.3.4 SR电机热分析模型的建立66-67
• 4.4 仿真结果与分析67-69
• 4.5 本章小结69-70
• 第五章 开关磁阻电机损耗及温升的实验验证70-86
• 5.1 引言70
• 5.2 开关磁阻起动/发电系统硬件平台70-75
• 5.2.1 电机本体和功率变换器70-71
• 5.2.2 控制系统71-72
• 5.2.3 电流电压传感器72
• 5.2.4 位置传感器72-73
• 5.2.5 斩波及过流、过压保护73
• 5.2.6 温度测量和显示73-75
• 5.3 控制系统软件设计75-79
• 5.3.1 DSP程序设计75-79
• 5.3.1.1 定时器管理75-76
• 5.3.1.2 位置信号捕获及转速、角度解算76-77
• 5.3.1.3 ADC模块和DAC模块77
• 5.3.1.4 SCI模块77-78
• 5.3.1.5 SPI模块78
• 5.3.1.6 PI调节模块78-79
• 5.3.2 CPLD程序设计79
• 5.4 实验结果及分析79-84
• 5.4.1 信号测试79-81
• 5.4.2 SR电机损耗的实验验证81-83
• 5.4.2.1 机械损耗81-82
• 5.4.2.2 铜损82
• 5.4.2.3 铁损82-83
• 5.4.3 SR电机温升的实验验证83-84
• 5.5 本章小结84-86
• 第六章 总结和进一步工作展望86-88
• 6.1 全文总结86
• 6.2 进一步工作展望86-88
• 参考文献88-93
• 致谢93-94
• 攻读硕士学位期间发表论文及专利情况94

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本文编号：653786