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分布磁体阵列调制式自起动永磁同步电动机的研究

作　者: 温宏亮
导　师: 安跃军；孙昌志
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 电机与电器
关键词: 分布磁体阵列永磁同步电动机气隙磁场自起动起动性能
分类号: TM341
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

永磁体安装在转子表面的永磁同步电动机具有体积小、性能高、高效节能和工艺简单等特点,但因没有自起动能力只能用于变频器供电的场合。在传统表面式整块永磁磁极转子结构中,气隙磁场含有大量谐波成分,加之变频器供给电压和电流波形的非正弦程度都较高,使得这类永磁电动机的谐波附加损耗增加,效率下降,永磁同步电动机降耗节能优势难以实现；此外,由于传统表面式永磁同步电动机的转子上没有空间安放起动绕组,所以不具备自起动功能,限制了表面式永磁同步电动机的应用。本文提出在永磁同步电动机转子铁心表面放置分布式磁体并利用分布式磁体之间剩余空间安置起动绕组的方法,即构造一种分布磁体阵列式自起动永磁转子结构。该新结构思想使得新型永磁同步电动机气隙磁密波形的正弦化程度更高；同时,由于每极下永磁体是分布式排列的,所以可以利用磁体之间的空隙安放起动绕组,使得采用这种分布式转子结构的表面永磁同步电动机添加了自起动能力。本文首先介绍了这种分布式转子结构的磁体调制原理,经过理论分析和计算给出磁块调制的一般公式；其次,以每极下五块磁体调制结构为例,采用有限元法分析了装有分布磁体阵列式永磁转子结构永磁同步电动机的气隙磁密波形,通过谐波分析和引入正弦性畸变率对新型分布阵列式和常用整块式磁极结构电机气隙磁场的正弦化程度加以对比。同时,在分布式排列磁体之间分别设置铜质和铝质材料的起动绕组,利用ANSOFT软件对电机的自起动过程进行仿真；最后,研制了传统整块转子结构和分布磁体阵列式永磁转子结构的样机,构建实验系统对带有铜质和铝质起动绕组的样机进行自起动样机实验,包括动态转速、起动转矩、起动电流和最低起动电压检测。仿真与实验表明分布磁体阵列式转子结构既可以改善气隙磁场的正弦化程度又使得表面式永磁同步电动机具有了自起动能力。本文工作,为设计和研发分布磁体阵列式自起动永磁同步电动机提供了相关理论方法和实验依据。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-18
  1.1 永磁同步电动机的发展与应用  10-12
  1.2 永磁电机的转子类型与优缺点  12-13
  1.3 自起动永磁同步电动机的特点和应用  13-15
    1.3.1 自起动永磁同步电动机的特点  13-14
    1.3.2 自起动永磁同步电动机的应用  14-15
  1.4 本课题的来源、意义、内容和主要完成的工作  15-18
    1.4.1 本课题的选题来源及其意义  15-16
    1.4.2 本课题的研究内容  16
    1.4.3 本课题完成的工作  16-18
第二章分布磁体阵列式永磁同步电动机磁场调制原理  18-23
  2.1 气隙磁场调制原理  18-19
  2.2 磁体阵列公式  19-20
  2.3 每极下五块永磁阵列的调制方案  20-22
  2.4 本章小结  22-23
第三章分布磁体阵列式永磁同步电动机气隙磁场与起动性能的有限元分析  23-36
  3.1 基于有限元方法的气隙磁场分析  23-29
    3.1.1 电磁场有限元分析原理  23-24
    3.1.2 气隙磁密电磁场分析计算  24-29
  3.2 基于有限元方法的起动性能分析  29-35
    3.2.1 极间安放铜质起动绕组时起动性能有限元分析  31-33
    3.2.2 极间安放铝质起动绕组时起动性能有限元分析  33-35
  3.3 本章小结  35-36
第四章分布磁体阵列式永磁同步电动机的起动性能实验  36-46
  4.1 样机电机设计与制作  36-38
  4.2 动态转速测量实验  38-40
  4.3 起动转矩和起动电流的实验研究  40-45
    4.3.1 磁体间隔安放铜质起动绕组的样机起动性能实验  42-45
    4.3.2 磁体间隔放置铝质起动绕组的样机起动性能实验  45
  4.4 本章小结  45-46
第五章结论  46-47
参考文献  47-49
在学研究成果  49-50
致谢  50

分布磁体阵列调制式自起动永磁同步电动机的研究

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