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低速永磁直线同步电机暂态数学模型的研究及其自起动分析

作　者: 赵新渤
导　师: 焦留成
学　校: 郑州大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 低速永磁直线同步电动机暂态数学模型气隙磁导绕组函数自起动
分类号: TM341
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本文所研究的低速永磁直线同步电动机是一种新型低速电机,它利用定动子双面开槽引起的气隙磁导变化原理,拟不采用变频设备、齿轮及传动配套装置直接实现电机的低速运行。它具有推力大、损耗低、时间常数小、响应快、停止运行时有一定自锁能力等一系列优点。本文首先介绍了低速永磁直线同步电机的基本结构,用气隙磁导波概念分析了电机的基本工作原理及低速同步条件,在此基础上建立了低速永磁直线同步电机的暂态数学模型,针对低速永磁直线同步电机的结构特点,在合理假设的基础上,应用绕组函数的理论对低速永磁直线电机的初级绕组进行了傅里叶分析,导出了低速永磁直线电机的三相绕组函数,通过对电机暂态过程中的磁场分析,计算出了初、次级两边开槽的复合气隙导磁系数表达式,推导出了低速永磁直线同步电动机的瞬时电感系数的表达式等电磁参数公式。该模型考虑了开槽效应、电感参数随电机动子位移及初始位置变化、绕组不对称等因素,并通过对各种参数的计算推导出了低速永磁直线同步电机自起动需要满足的条件。本文最后利用SIMULINK工具对电机的起动过程进行仿真,证明了低速永磁电机运行速度低、响应快、时间常数小的优点,在合理设计低速永磁直线电机结构的前提下电机具备自起动的可能性。文章最后对低速永磁直线电机起动过程中运动状态进行了分析。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-10
Contents  10-13
1 绪论  13-27
  1.1 直线电机的发展过程  13-15
  1.2 永磁直线同步电动机和低速电机的研究现状  15-19
    1.2.1 永磁直线同步电动机的研究现状  15-17
    1.2.2 低速电动机的发展和研究现状  17-19
  1.3 低速永磁直线同步电动机的研究意义  19-20
  1.4 低速永磁直线同步电机暂态过程的研究方法  20-26
    1.4.1 从“场”的角度出发的研究方法  21-23
    1.4.2 从“路”的角度出发的研究方法  23-24
    1.4.3 从“场路”耦合的角度出发的研究方法  24-26
  1.5 本文的主要任务  26-27
2 低速永磁直线同步电机的结构和基本工作原理  27-35
  2.1 低速永磁直线同步电动机的结构  27-28
  2.2 低速永磁直线同步电机的基本工作原理  28-30
  2.3 低速永磁直线同步电机的低速同步条件  30-32
    2.3.1 低速永磁直线同步电机的气隙比磁导  30-31
    2.3.2 低速永磁直线同步电机的低速同步条件  31-32
  2.4 钕铁硼导磁材料性能和应用  32-34
  2.5 本章小结  34-35
3 低速永磁直线同步电机的暂态数学模型的建立和仿真  35-46
  3.1 低速永磁直线同步电机的物理模型  35-36
  3.2 电机状态方程式的建立  36-39
  3.3 电机暂态数学仿真模型  39-43
  3.4 电机参数计算  43-45
    3.4.1 同步电抗定子电抗计算  43-44
    3.4.2 定子绕组每相漏抗的计算  44-45
    3.4.3 感应电动势的计算  45
  3.5 本章小结  45-46
4 低速永磁直线电机的气隙磁导计算及其仿真  46-62
  4.1 电机两面开槽时的气隙磁导波的分析方法  46-49
  4.2 气隙两面开槽时的气隙磁导波  49-56
    4.2.1 定子开槽动子光滑时的气隙磁导波  49-51
    4.2.2 定子开槽动子平滑时气隙磁导系数的仿真结果和分析  51-52
    4.2.3 定子光滑动子开槽时的气隙磁导波  52-53
    4.2.4 动子开槽定子光滑时气隙磁导波形仿真和分析  53-54
    4.2.5 气隙两边开槽时的气隙磁导波  54-55
    4.2.6 电机两面开槽时的气隙磁导波形仿真和分析  55-56
  4.3 气隙两边开槽时的气隙磁场  56-61
    4.3.1 永磁体产生的气隙磁场  56-57
    4.3.2 定子绕组产生的气隙磁场  57-58
    4.3.3 永磁体产生横向气隙磁场  58-61
  4.4 本章小结  61-62
5 低速永磁直线同步电机的电感参数计算和仿真  62-72
  5.1 电感系数计算方法  62-67
    5.1.1 电机气隙导磁系数的计算  63-67
  5.2 绕组函数的计算  67-68
  5.3 电感系数计算  68-69
  5.4 电感参数的仿真和计算  69-71
  5.5 本章小结  71-72
6 低速永磁直线同步电机的自起动分析  72-83
  6.1 低速永磁直线同步电机进入同步速度的过程  72-73
  6.2 低速永磁直线同步电机自起动条件  73-74
  6.3 低速永磁直线同步电机的电磁推力的计算  74-78
  6.4 电机参数选择  78-80
  6.5 电机参数仿真曲线  80-82
  6.6 本章小结  82-83
7 低速永磁直线同步电机的起动过程中电磁力分析  83-89
  7.1 同步稳态对称运行状态  83-84
  7.2 异步稳态运行状态  84-87
  7.3 异步稳态运行情况下的电磁力的计算  87-88
  7.4 本章小结  88-89
8 工作总结和展望  89-91
  8.1 主要工作总结  89
  8.2 对今后工作的展望  89-91
参考文献  91-98
附录攻读硕士学位期间发表的学术论文  98-99
致谢  99

低速永磁直线同步电机暂态数学模型的研究及其自起动分析

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