学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

电动车用矩形波永磁电动机的优化设计研究

作　者: 乔静秋
导　师: 倪光正
学　校: 浙江大学
专　业: 电工理论与新技术
关键词: 永磁电动机有限元分析电感反电动势优化设计 Tabu算法电磁转矩定位转矩
分类号: TM351
类　型: 博士论文
年　份: 2002年
下　载: 942次
引　用: 18次
阅　读: 论文下载

内容摘要

本文基于有限元法，对一台矩形波永磁电动机样机的参数、静态转矩特性、稳态运行特性等进行了系统的分析和计算。文中首先阐述了矩形波永磁电动机电磁场数值计算数学模型的建立，在有限元磁场分析的基础上，提出了斜槽式永磁电机磁场的分段计算法；利用分段计算法，对电枢斜槽结构的样机的空载和负载磁场进行了计算，并由此计算了样机的反电动势对应于转子位置角的变化波形和反电动势系数曲线；对直槽和斜槽式结构的气隙磁密分布、反电动势波形和反电动势系数给出了详细的比较和分析。此外，用磁链法和能量法分别计算了样机的自感和互感系数；详细分析了积分路径的选择对电感参数和反电动势计算结果的影响。计算值与实测值的对比表明，本文提出的算法具有较高的计算精度。文中分别采用麦克斯韦应力法和虚位移法对样机的电磁转矩进行了数值计算。详细分析了有限元网格剖分中，三角单元的形状、求解域内剖分节点的配置以及积分路径选取等对电磁转矩数值计算误差的影响，提出了关于麦克斯韦应力法应用中积分路径所经单元剖分形式的见解；计算和分析了电枢电流相位超前于反电动势时的电磁转矩特性。此外，还对直槽和斜槽式电机的转矩特性作了分析和比较；与直槽结构相比，计算和分析了定子斜槽对纹波转矩的抑制程度以及槽口宽度对纹波转矩的影响。结合实测数据的验证，阐述了两种算法在永磁电机电磁转矩计算中各自所具有的特点。在上述分析基础上，基于场路耦合法，提出了计及电感压降的稳态电路电压方程。与不计电感压降的电路方程比较，采用本文算法计算的稳态转矩／转速特性与实际工况更为接近。本文把改进的禁忌搜索算法(Tabu Search Algorithm)与电机电磁场逆问题的研究相结合，成功地实施了矩形波永磁电动机的优化设计。文中详细分析了该算法中的目标函数和优化变量的确定原则。对单目标和多目标函数的优化结果进行了深入的分析和比较。在不降低样机电气性能的前提下，优化设计后电动机永磁材料的用量可显著减少，从而使得优化后电机的价格、体积和重量都有相应的减小。在上述研究工作的基础上，本文完成了以FORTRAN语言编制的轮毂式矩形波永磁电机优化设计软件包。该软件也可用于普通内转子结构的矩形波永磁电机的优化设计，且对正弦波永磁电机的设计和参数计算具有现实的参考与推广价值。本文还对相应驱动控制电路的特点和原理作了简要叙述。浙江大学博士论文摘要

全文目录

中文摘要  3-5
英文摘要  5-10
第一章绪论  10-24
  1．1 课题的研究背景和研究目的  10-13
    1．1．1 课题的研究背景  10-12
    1．1．2 课题的研究目的  12-13
  1．2 电动车用永磁同步电动机  13-19
    1．2．1 电动车用永磁同步电动机的主要结构类型和磁路系统  13-15
    1．2．2 电动车用永磁电动机驱动系统的励磁与控制方式  15-17
      1．2．2．1 正弦波永磁同步电动机的驱动控制  15-16
      1．2．2．2 矩形波永磁同步电动机的驱动控制  16-17
      1．2．2．3 混合式永磁同步电动机的驱动控制  17
    1．2．3 矩形波永磁同步电动的特征和研究现状  17-19
  1．3 其他类型电动机在电动车驱动系统中的应用  19-20
    1．3．1 感应电动机  19-20
    1．3．2 开关磁阻电动机在电动车驱动系统中的应用  20
  1．4 本课题目前的研究状况及本文的主要工作  20-24
    1．4．1 该研究领域中存在的问题  21
    1．4．2 本文的主要工作与独创性的贡献  21-23
    1．4．3 所研制成果的应用  23-24
第二章轮毂式矩形波永磁同步电动机磁场的有限元分析  24-41
  2．1 引言  24-25
  2．2 有限元数学模型的建立  25-31
    2．2．1 样机的结构特征  25-27
    2．2．2 有限元数学模型的建立  27-31
  2．3 考虑转子旋转时有限元网格部分的处理  31-33
  2．4 空载磁场和等效气隙磁密的计算  33-38
    2．4．1 平行充磁与径向充磁的空载磁场  33-35
    2．4．2 极弧系数  35
    2．4．3 直槽与斜槽结构的磁场分析  35-38
  2．5 负载磁场分析  38-40
  2．6 本章小结  40-41
第三章反电动势特性和电感参数的计算  41-54
  3．1 引言  41
  3．2 电枢反电动势的计算  41-49
    3．2．1 反电动势及其随时间的变化波形  41-45
    3．2．2 实验结果讨论  45-47
    3．2．3 反电动势系数  47-49
  3．3 电枢电感的计算  49-52
    3．3．1 磁链法  50-51
    3．3．2 能量法  51-52
  3．4 本章小结  52-54
第四章电磁转矩的数值计算和稳态运行特性分析  54-72
  4．1 引言  54-55
  4．2 电磁转矩的有限元计算  55-62
    4．2．1 麦克斯韦应力法  57-61
    4．2．2 虚位移法  61-62
  4．3 网格剖分对电磁转矩计算误差的影响  62-64
  4．4 定位转矩的数值计算  64-66
  4．5 基于场路耦合算法的稳态运行特性分析  66-69
    4．5．1 场路耦合算法的基本原理  66
    4．5．2 稳态运行特性的简化计算  66-67
    4．5．3 考虑电感压降时稳态运行特性的近似计算  67-69
  4．6 电磁转矩的实验测试  69-71
  4．7 本章小结  71-72
第五章矩形波永磁同步电动机的优化设计  72-90
  5．1 引言  72-73
  5．2 矩形波永磁电动机的预设计  73-77
    5．2．1 电动车用矩形波永磁同步电动机的设计特点和主要参数确定原则  73-76
    5．2．2 相数、极对数和槽数的确定原则  76-77
  5．3 电机电磁场逆问题与Utabu算法  77-80
    5．3．1 Utabu算法的基本原理  78-79
    5．3．2 Utabu算法的基本步骤  79
    5．3．3 算法的数学函数检验  79-80
  5．4 电动机的优化设计  80-83
    5．4．1 优化目标  80-81
    5．4．2 优化变量和约束条件  81-83
      5．4．2．1 单目标函数的优化  81-82
      5．4．2．2 多目标函数的优化  82-83
    5．4．3 罚函数的选取  83
  5．5 设计与应用评价  83-88
    5．5．1 单目标函数优化设计的评价  84-87
    5．5．2 多目标函数优化的评价  87-88
  5．6 本章小结  88-90
第六章矩形波永磁同步电动机的控制系统  90-96
  6．1 引言  90
  6．2 矩形波永磁同步电动机的工作原理  90-91
  6．3 控制系统的构成  91-95
    6．3．1 控制原理  92
    6．3．2 控制电路的主要功能  92-94
    6．3．3 功率驱动电路  94-95
  6．4 本章小结  95-96
附录：根据车辆与电动机之间的参数折算确定电动机的主要参数尺寸  96-98
全文总结  98-100
参考文献  100-105
致谢  105-106
攻读博士学位期间发表的论文  106

电动车用矩形波永磁电动机的优化设计研究

内容摘要

全文目录

相似论文