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SR电机磁场有限元分析及铁耗计算

作　者: 王坚
导　师: 王友义
学　校: 河海大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 电磁场有限元分析 SR电机铁耗涡流损耗
分类号: TM301
类　型: 硕士论文
年　份: 2003年
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内容摘要

本文在系统地总结和描述电机内的电磁场、工程电磁场有限元分析、开关磁阻电机(简称SR电机)以及电机铁心损耗基本理论和研究进展动态的基础上，以常见的四相8／6极电机作为分析对象，进行SR电机磁场二维有限元分析与计算，对电机内磁场进行了仿真，并通过有限元计算所得有关数据获得Ψ-i-θ形式的SR电机磁化曲线。在铁耗分析部分，本文提出了电机铁心涡流损耗计算的有限元算法，并通过算法论证，将其与目前广泛使用的解析法比较；又通过SR电机铁耗实例计算，进一步揭示了解析法计算涡流损耗的局限性，表明了本文有限元算法的可靠性与正确性。本文通过对SR电机铁耗的分析与研究，为电机控制策略和电机结构优化设计提供了又一依据。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-8
第一章绪论  8-13
  1．1 SR电机的发展概况和发展趋势  8-10
    1．1．1 SR电机的发展史  8-9
    1．1．2 SR电机存在的问题和发展方向  9-10
  1．2 电磁场有限元分析的发展概况  10-11
  1．3 本文选题的意义及所作的主要工作  11-13
    1．3．1 选题的现实和理论意义  11
    1．3．2 主要工作  11-13
第二章电机内的电磁场及其数值分析  13-25
  2．1 电机电磁场的基本理论  13-18
    2．1．1 基本方程  13-14
    2．1．2 磁位与电位  14-16
      2．1．2．1 矢量磁位（?）与标量电位φ  14-15
      2．1．2．2 Coulomb规范和Lorentz规范  15
      2．1．2．3 标量磁位Ω与矢量电位（?）  15-16
      2．1．2．4 全标量磁位Ω与简化标量磁位Ω_Υ  16
    2．1．3 边界条件  16-17
    2．1．4 导体中的Poynting矢量  17-18
  2．2 工程电磁场数值分析  18-24
    2．2．1 概述  18-19
    2．2．2 基本理论  19-23
      2．2．2．1 连续域的离散  19
      2．2．2．2 基函数（形状函数）  19-21
      2．2．2．3 权函数  21-22
      2．2．2．4 加权余数法  22-23
    2．2．3 有限差分法  23-24
    2．2．4 有限元法  24
    2．2．5 边界元法  24
    2．2．6 等效源法  24
  2．3 本章小节  24-25
第三章电机电磁场有限元分析  25-36
  3．1 概述  25
  3．2 基于变分原理的有限元法  25-31
    3．2．1 泛函及变分问题  25-26
    3．2．2 准Poisson方程混合边值问题的变分表述  26-27
    3．2．3 条件变分问题的离散化  27-29
      3．2．3．1 单元分析  27-28
      3．2．3．2 总体合成  28-29
      3．2．3．3 按强加边界条件修改线形方程组  29
    3．2．4 非线形媒质情况的处理  29-30
      3．2．4．1 B／H曲线的数学模型  29-30
      3．2．4．2 求解非线性磁场的迭代  30
    3．2．5 求解有限元方程  30-31
      3．2．5．1 Newton-Raphson法及其改进型  30-31
      3．2．5．2 求解线性方程组  31
  3．3 Galerkin有限元法  31-34
    3．3．1 非线形瞬态磁场边值问题的加权余量表述  32-33
    3．3．2 空间离散和时间离散  33-34
      3．3．2．1 用Galerkin法进行空间离散  33
      3．3．2．2 时间离散  33-34
    3．3．3 求解  34
    3．3．4 后处理  34
  3．4 有限元分析软件ANSYS  34-35
  3．5 本章小节  35-36
第四章 SR电机基础理论及磁场有限元分析  36-51
  4．1 SR电机的构造和工作原理  36-38
    4．1．1 SR电机的基本结构和原理  36-37
      4．1．1．1 基本结构  36
      4．1．1．2 工作原理  36-37
    4．1．2 SR电机驱动系统的基本结构  37-38
    4．1．3 SRD的特点  38
  4．2 SR电机的基本方程  38-41
    4．2．1 电路方程  39
    4．2．2 机械方程  39-40
    4．2．3 机电联系方程  40-41
  4．3 SR电机模型  41-44
    4．3．1 线形模型  41-42
    4．3．2 准线形模型  42-43
    4．3．3 非线形模型  43-44
  4．4 SR电机的控制模式  44-46
    4．4．1 引言  44
    4．4．2 角度位置控制  44-45
    4．4．3 电流斩波控制  45-46
    4．4．4 电压控制  46
  4．5 SR电机磁场二维有限元分析与计算  46-50
    4．5．1 SR电机磁场二维有限元分析模型  46-48
    4．5．2 磁场分析及电机磁化曲线（Ψ-i-θ关系曲线）的计算  48-50
  4．6 本章小节  50-51
第五章 SR电机铁心损耗计算  51-67
  5．1 引言  51
  5．2 电机铁心损耗的常用计算方法  51-56
    5．2．1 正弦磁通条件下计算铁耗的一般方法  52
    5．2．2 非正弦磁通波形的Fourier级数分解  52-54
      5．2．2．1 直接计算各次Fourier系数的原理  53
      5．2．2．2 利用MATLAB进行直接计算  53-54
      5．2．2．3 利用ANSYS进行Fourier系数计算  54
      5．2．2．4 计算各次谐波磁通密度幅值  54
    5．2．3 非正弦磁通条件下计算铁心涡流损耗  54-55
      5．2．3．1 涡流损耗修正因子  55
      5．2．3．2 另一种涡流损耗计算公式  55
    5．2．4 非正弦磁通条件下计算铁心磁滞损耗  55-56
  5．3 SR电机的铁心磁通波形  56-59
    5．3．1 SR电机的基本频率  56-57
    5．3．2 四相SR电机磁通波形的数学模型  57-58
    5．3．3 四相SR电机磁通波形仿真  58-59
  5．4 铁耗计算  59-66
    5．4．1 涡流损耗的有限元算法  59-63
      5．4．1．1 有限元算法原理  59-60
      5．4．1．2 算法论证  60-63
    5．4．2 平均磁密波形的Fourier级数分析  63-65
    5．4．3 样机算例  65
    5．4．4 结论  65-66
  5．5 本章小节  66-67
第六章总结与展望  67-68
参考文献  68-70
致谢  70

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