1.5kW开关磁阻发电机设计及优化

发布时间：2017-09-20 12:08

  本文关键词：1.5kW开关磁阻发电机设计及优化

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【摘要】：风力发电机所处工况往往比较恶劣,要求所选发电机具有坚固、可靠、维护保养简单且成本低等特点。本文以发电机惯例对开关磁阻发电机电磁功率与结构尺寸进行重新计算,以提高发电效率降低电机损耗为设计目的,对开关磁阻发电机进行了设计与优化。设计过程中采用了多学科不同的分析与研究方法,验证过程中采用系统模型与自建模型相互验证,通过以上方法系统地对开关磁阻发电机性能问题进行研究,为开关磁阻发电机进一步适应直驱风力发电奠定了基础。本文的主要研究工作如下:(1)首先从机电能量转换角度对开关磁阻电机与开关磁阻发电机进行分析,虽然本体结构上大体相同,但两者应用场合和用途的不同使得在具体尺寸上会有不同的优化方向。电动机要求为高转换效率、低转矩脉动、可调速性好;发电机则为可靠性高、发电输出功率大、转换效率高。设计过程中以提高发电功率为首要目标。(2)通过对开关磁阻发电机关键位置下电感的计算,编写出一套开关磁阻发电机的初步设计软件,通过该软件可以快速计算出给定功率下发电机的尺寸数据的典型取值。建立Ansoft/Rmxprt仿真模型,并对其进行参数化计算。通过对参数化计算结果的分析确定了变量的选取及所选变量的优化范围。(3)根据关键位置下磁路法电感的计算公式的分析研究,发现电感值与电机横截面尺寸的关系是非线性的,与电机轴向长度尺寸为线性关系。由此提出一种分步穷举的计算方法,该方法先对与电感存在非线性关系的尺寸进行穷举计算,选取穷举计算后最优数值与电感存在线性关系的尺寸再进行穷举计算。通过这种分步计算方法大大降低了计算工作量。(4)建立Maxwellsimplorer联合仿真模型和SimulinkMaxwell耦合的非线性仿真模型,前者数据计算准确,后者仿真速度快、控制策略灵活。计算得出仿真数据与现有硬件实验平台作对比校验模型参数的准确性。完成对开关磁阻电机的热分析,确定稳态工作时开关磁阻发电机的发热情况,在仿真数据的支持下确定电机的散热方式与绝缘等级。
【关键词】：开关磁阻发电机 电机设计 有限元分析 联合仿真分析 热分析
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM31
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 主要符号对照表9-10
• 第一章 绪论10-23
• 1.1 引言10-11
• 1.2 开关磁阻发电机简介11-17
• 1.2.1 开关磁阻发电机结构及特点11-12
• 1.2.2 开关磁阻发电机工作原理12-14
• 1.2.3 SRG机电能量分析14-17
• 1.3 国内外开关磁阻电机/发电机研究现状及趋势17-21
• 1.3.1 国内外SRG研究现状17-19
• 1.3.2 国内外SRG研究趋势19-20
• 1.3.3 现代电机设计及优化20-21
• 1.4 本文主要工作内容21-23
• 第二章 开关磁阻发电机磁路计算及仿真分析23-47
• 2.1 引言23
• 2.2 开关磁阻发电机磁路计算23-32
• 2.2.1 最小电感值计算25-27
• 2.2.2 最大电感值计算27-29
• 2.2.3 关键参数选取29-32
• 2.3 开关磁阻发电机尺寸计算32-34
• 2.4 Rmxprt参数化分析34-39
• 2.5 SRG有限元磁场及性能分析39-46
• 2.5.1 有限元分析原理39-41
• 2.5.2 Maxwell静磁场分析41-44
• 2.5.3 Maxwell瞬态场分析44-46
• 2.6 本章小结46-47
• 第三章 基于多目标的开关磁阻发电机优化47-57
• 3.1 序言47
• 3.2 SRG的多目标优化47-53
• 3.2.1 多目标加权优化原理47-48
• 3.2.2 优化变量的选取48-51
• 3.2.3 改进型分步优化计算51-52
• 3.2.4 优化结果52-53
• 3.3 SRG槽型优化53-54
• 3.4 优化结果对比54-56
• 3.5 本章小结56-57
• 第四章 SRG性能及热分析57-67
• 4.1 引言57
• 4.2 Simplorer&Rmxprt分析计算57-59
• 4.2.1 系统组成及搭建57-58
• 4.2.2 结果分析58-59
• 4.3 Simulink&Maxwell耦合分析59-62
• 4.3.1 Simulink模型建立60-61
• 4.3.2 Simulink结果分析61-62
• 4.4 仿真数据与实物对比62-63
• 4.5 SRG热分析63-66
• 4.5.1 导热计算原理63-64
• 4.5.2 瞬态热分析64
• 4.5.3 热分析结果64-66
• 4.6 本章小结66-67
• 第五章 总结与展望67-69
• 5.1 本文主要工作67-68
• 5.2 研究展望68-69
• 参考文献69-72
• 致谢72-73
• 个人简历、攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 吴建华;基于遗传算法的开关磁阻电机优化设计[J];电工技术学报;1996年04期

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本文编号：887952