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自起动永磁同步电机退磁机理及抑制退磁方法研究

作　者: 卢伟甫
导　师: 罗应立; 刘明基
学　校: 华北电力大学
专　业: 电机与电器
关键词: 自起动永磁同步电机 退磁磁场 时步有限元 抑制退磁方法 磁场测量
分类号: TM341
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


在自起动永磁同步电机研制过程中,如何建立计及多种非线性及复杂结构影响的退磁磁场计算模型从而揭示退磁机理,探求不同因素与退磁磁场之间的关系并提出抗退磁措施,是现阶段需要解决的关键难题。本文利用理论分析、数值计算以及实验研究,对自起动永磁同步电机的退磁机理及抗退磁措施进行了系统研究,主要工作如下：1.建立了能够综合及分别考虑永磁体作用、鼠笼异步电机效应及变频永磁发电机效应磁场的退磁磁场计算模型,系统研究了起动条件对起动过程中退磁磁场的影响,揭示了不同负载条件下起动过程出现最强退磁磁场的转速与负载大小之间的关系：重载起动在接近同步速时出现最强退磁磁场,而轻载起动过程中的最强退磁磁场可能出现在转速低于1/2同步速时刻。2.通过对永磁体内部各个局部区域不可逆退磁磁场的时步有限元分析,得到永磁电机断相、失步、重合闸以及短路等非正常运行工况对永磁体退磁的影响,揭示了电动机机械负荷及定子电流大小、重合闸时刻等运行控制参数与永磁体退磁程度之间的关系。3.针对磁路法计算最大去磁工作点不能计及局部退磁的问题,建立了求解最大去磁工作点的准稳态有限元计算模型,通过实例计算,获得了最严重去磁情况下永磁体内最低磁密所在位置,进而进行退磁风险校核。4.提出了一种有利于提高自起动永磁同步电机抗退磁能力的复合材料转子鼠笼新结构,并利用正交试验、遗传算法等优化算法对复合材料导条结构尺寸和材料特性进行优化,显著提高了自起动永磁同步电机的抗退磁能力。同时,分析了转子端环阻抗、永磁体参数以及环境温度对电机抗退磁能力的影响。5.提出了永磁电机静态退磁磁场和动态退磁磁场的实验测量方法,研制了相关测试系统,设计了用于试验研究的特殊结构永磁电动机,进行了大量的实验研究。永磁体表面磁场的静态测量及起动过程动态测量结果与有限元-时步有限元计算结果相符,验证了计算模型的准确性及抗退磁措施的有效性。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-14
第1章 绪论  14-23
  1.1 课题背景及其意义  14-15
  1.2 自起动永磁同步电机退磁的研究现状及发展趋势  15-18
    1.2.1 永磁材料和自起动永磁同步电机的现状及发展  15-17
    1.2.2 永磁电机退磁性能分析方法的发展概况  17-18
  1.3 自起动永磁同步电机退磁研究关键问题概述  18-20
  1.4 本文的主要工作  20-23
第2章 自起动永磁同步电机动态退磁计算模型及影响因素研究  23-45
  2.1 引言  23-24
  2.2 自起动永磁同步电机动态退磁机理研究  24-36
    2.2.1 起动过程动态退磁特点  24-29
    2.2.2 永磁磁场特点及计算模型  29-30
    2.2.3 变频发电机效应  30-32
    2.2.4 鼠笼异步电机效应  32-36
  2.3 正常起动运行条件对退磁的影响  36-43
    2.3.1 负载系数对退磁的影响  36-38
    2.3.2 转动惯量倍数对退磁的影响  38-39
    2.3.3 转子初始位置对退磁的影响  39-42
    2.3.4 电源电压大小对退磁的影响  42-43
  2.4 本章小结  43-45
第3章 自起动永磁同步电机非正常运行工况下的退磁磁场分析  45-64
  3.1 引言  45
  3.2 不可逆退磁分析方法  45-49
    3.2.1 永磁体等效处理法  45-47
    3.2.2 计及不可逆退磁的方法  47-49
  3.3 自起动永磁同步电机断相运行退磁磁场分析  49-53
    3.3.1 断相运行计算模型  50-51
    3.3.2 不同负载下断相退磁分析  51-53
  3.4 自起动永磁同步电机过载运行退磁研究  53-55
  3.5 自起动永磁同步电机重合闸退磁研究  55-59
    3.5.1 重合闸计算模型  55-56
    3.5.2 重合闸时刻对退磁影响  56-59
  3.6 自起动永磁同步电机三相短路退磁研究  59-63
    3.6.1 三相短路计算模型  59-60
    3.6.3 算例分析  60
    3.6.4 负载和转动惯量对三相短路退磁的影响  60-63
  3.7 本章小结  63-64
第4章 自起动永磁同步电机退磁风险校核  64-74
  4.1 引言  64-65
  4.2 永磁体较低局部工作点时步有限元计算  65-68
    4.2.1 永磁体最容易去磁局部单元位置的确定  65-66
    4.2.2 起动过程永磁体较低局部工作点时步有限元计算  66-68
  4.3 准稳态计算模型计算最大去磁工作点  68-72
    4.3.1 准稳态计算模型  68-69
    4.3.2 异步转速下的较低局部工作点  69-70
    4.3.3 同步速下的较低局部工作点  70-72
  4.4 准稳态模型和时步有限元模型的计算结果比较  72-73
  4.5 本章小结  73-74
第5章 自起动永磁同步电机抑制退磁方法研究  74-103
  5.1 引言  74
  5.2 自起动永磁同步电机复合材料导条抑制退磁方法研究  74-95
    5.2.1 自起动永磁同步电机复合材料转子导条改进原理和分析方法  74-78
    5.2.2 自起动永磁同步电机复合材料转子导条优化  78-85
    5.2.3 改进前后电机性能对比  85-95
  5.3 转子端环阻抗和永磁体结构对退磁的影响  95-102
    5.3.1 转子端环对退磁的影响  95-100
    5.3.2 永磁体结构对退磁的影响  100-101
    5.3.3 工作温度对退磁的影响  101-102
  5.4 本章小结  102-103
第6章 自起动永磁同步电机退磁实验研究  103-117
  6.1 引言  103
  6.2 自起动永磁同步电机时步有限元仿真程序的试验验证  103-107
    6.2.1 测试系统  103-104
    6.2.2 计算与实测对比  104-107
  6.3 静态退磁实验研究  107-110
    6.3.1 测试方案  107-108
    6.3.2 测试实例  108-110
  6.4 动态退磁实验研究  110-116
    6.4.1 测试方案  110-112
    6.4.2 测试实例  112-116
  6.5 本章小结  116-117
第7章 结论与展望  117-119
  7.1 结论  117-118
  7.2 进一步研究工作展望  118-119
参考文献  119-128
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果  128-130
攻读博士学位期间参加的科研工作  130-131
致谢  131-132
作者简介  132

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 交流电机 > 同步电机
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