六相永磁同步电机电磁设计及其电感参数的研究

发布时间：2017-09-29 12:23

  本文关键词：六相永磁同步电机电磁设计及其电感参数的研究

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【摘要】：多相永磁同步电机兼有永磁同步电机和多相电机的双重优点,特别是在大功率电气传动领域具有明显优势,应用前景良好。永磁同步电机的电磁设计、电感参数和电磁转矩的研究,是永磁同步电机设计和控制的重点和热点。由于多相永磁同步电机相数的增加,使其电磁设计、电感参数及电磁转矩更复杂。本文首先分析归纳了多相电机的绕组与相带的关系和特点;推导出了多相绕组合成磁动势的时空表达式及其谐波分布规律,并重点分析对比了六相绕组与三相绕组合成的磁动势。分析表明,对称绕组的相带在空间分布上是对称的,各相带施加的激励在时间相位上也是对称的;随着相带个数的增加,谐波磁动势含量显著减少,可利用成份增加,对电机运行带来的不良影响也降低。其次,建立了多相永磁同步电机在自然轴系下的数学模型。推导出了六相永磁同步电机的坐标变换。通过坐标变换,得到六相永磁同步电机在传统dq坐标系与计及交叉耦合dq坐标系下的电感参数和数学模型。再次,参考传统三相永磁同步电机的电磁设计方法,并结合多相绕组的理论和特点,对电机进行尺寸计算、极槽配合、绕组设计等关键步骤和设计。用Ansoft Maxwell软件,建立了一台六相永磁同步电机样机模型。对样机进行空载和负载仿真研究,并与相同尺寸结构的三相永磁同步电机做了对比。对六相电机注入不同幅值的谐波电压,分析其对电流、转矩等参数的影响。结果表明,采用六相绕组设计的电机可以提高绕组利用率,减小铜耗、附加铁耗、转矩脉动;在全桥或半桥逆变器接中线供电的情况下,给六相电机注入特定幅值的3、5次谐波电压,可以提高电机的功率密度,减小电流峰值,提高功率器件的利用率与可靠性,抑制转矩脉动。最后,计算分析了六相电机电感参数随dq轴电流变化的规律;利用计及交叉耦合dq坐标系下的数学模型研究了六相电机电磁转矩的构成成份及电感参数对电磁转矩的影响;并对比了六相电机与三相电机的电感参数、电磁转矩的异同。结果表明,由于两台电机的磁路结构相同,两台电机的电感参数随dq轴电流变化的规律是相同的;输出大转矩时,交叉磁阻转矩降为负值,导致电机单位电流出力减小,但六相电机总磁阻转矩的比重仍略高于三相电机。
【关键词】：多相永磁同步电机 电磁设计 电感参数 电磁转矩
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM341
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 课题背景及选题意义8-9
• 1.2 多相电机的研究现状9-11
• 1.3 本文主要内容11-14
• 2 多相电机的绕组与磁动势谐波14-26
• 2.1 引言14
• 2.2 多相电机的绕组与相带14-17
• 2.2.1 定子绕组的分类14-15
• 2.2.2 多相电机的绕组与相带的关系15-17
• 2.3 多相绕组合成的磁动势17-20
• 2.3.1 轴线对称的多相绕组合成的磁动势18-19
• 2.3.2 轴线不对称的多相绕组合成的磁动势19-20
• 2.4 六相绕组合成的磁动势20-25
• 2.4.1 六相绕组合成磁动势的谐波波谱21-22
• 2.4.2 六相绕组消除低次谐波磁动势的物理解释22-25
• 2.5 小结25-26
• 3 六相永磁同步电机的dq轴数学模型26-38
• 3.1 引言26
• 3.2 多相永磁同步电机自然轴系下的数学模型26-27
• 3.3 六相永磁同步电机的坐标变换与电感参数27-33
• 3.3.1 坐标变换27-30
• 3.3.2 dq坐标系下电感参数的推导30-33
• 3.4 六相永磁同步电机dq坐标系下的数学模型33-36
• 3.4.1 传统dq坐标系下的数学模型33-35
• 3.4.2 计及交叉耦合dq坐标系下的数学模型35-36
• 3.5 小结36-38
• 4 六相永磁同步电机的电磁设计38-62
• 4.1 引言38
• 4.2 电机的结构设计38-45
• 4.2.1 设计要求38
• 4.2.2 尺寸计算38-41
• 4.2.3 极槽配合41-42
• 4.2.4 绕组设计42-44
• 4.2.5 电机的设计参数44-45
• 4.3 有限元建模45-48
• 4.3.1 几何模型及剖分45-47
• 4.3.2 材料特性47-48
• 4.3.3 条件设置48
• 4.4 空载仿真分析48-53
• 4.4.1 空载磁密48-50
• 4.4.2 空载反电势50-52
• 4.4.3 齿槽转矩52-53
• 4.5 负载仿真分析53-61
• 4.5.1 正弦电压供电53-54
• 4.5.2 注入谐波电压54-61
• 4.6 小结61-62
• 5 六相永磁同步电机的电感参数与转矩计算分析62-72
• 5.1 引言62
• 5.2 计及交叉耦合的电感参数计算与分析62-67
• 5.2.1 六相电机电感参数的计算与分析62-66
• 5.2.2 六相电机与三相电机电感参数的对比66-67
• 5.3 电磁转矩计算结果的对比与分析67-70
• 5.3.1 两种电磁转矩模型的计算结果对比67-68
• 5.3.2 单位电流出最大转矩的对比分析68
• 5.3.3 电磁转矩构成成份分析68-70
• 5.4 小结70-72
• 6 总结72-74
• 致谢74-76
• 参考文献76-78

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本文编号：942012