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无轴承开关磁阻电机损耗及热特性的研究

作　者: 周爱民
导　师: 王世山
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 电机与电器
关键词: 无轴承开关磁阻电机有限元法磁场铁芯损耗温升
分类号: TM352
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

无轴承开关磁阻电机是近年来发展起来的一种新型磁悬浮电机,该类电机具有功率密度大、体积小、效率高等优点,已成为目前新型电机研究领域的热点之一。对于该类电机,在设计上要求能有比较高的磁路利用率,能产生较低的温升;这就需要对其磁场特性、损耗和热场特性进行分析研究。在此背景下,本文从无轴承开关磁阻电机的磁场特性入手对电机的损耗及热进行研究,主要工作内容有:(1)以一台三相12/8结构无轴承开关磁阻样机为研究对象,分析电机的磁场特性;用有限元法对样机的铁芯磁密进行分析,得知电机的齿尖磁密较大,齿根较小,并且悬浮绕组的存在改变了转子磁密的频率;用“增强能量增量法”对样机的电感进行了计算和实验验证,该法计算精度高、计算量少;用MATALAB和ANSYS软件分别对样机的电流、电磁力和转矩进行分析计算,得出电机绕组随位置角变化的电流值,电磁力、转矩随主、悬浮绕组电流变化的曲线以及电机稳定运行的控制规律。(2)对电机铁芯损耗的三种计算方法进行对比,并比较各自的优缺点;用双频法分离出样机铁芯损耗中的涡流损耗和磁滞损耗;基于损耗曲线法,涡流损耗用磁密傅立叶分解法计算,磁滞损耗用磁密峰值法计算;用JMAG软件对铁芯损耗进行仿真计算,全面了解电机各部位的损耗分布情况。(3)用ANSYS软件对样机的热分布进行全面的分析,将损耗计算的结果耦合到电机的热分析模型中,仿真得到样机定、转子的温度场分布;定子的最高温度出现在线圈绕组的内部,转子极的温度也较高,并分析了电机温度场变化的原因。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-13
第一章绪论  13-19
  1.1 BSRM 的损耗和热的产生  13-14
  1.2 BSRM 的损耗及热分析的国内外研究现状  14-16
    1.2.1 BSRM 的损耗  14-15
    1.2.2 BSRM 的热分析  15-16
  1.3 本文的样机参数  16-17
  1.4 本文的工作  17-19
第二章无轴承开关磁阻电机的基本理论  19-25
  2.1 BSRM 的结构  19-20
  2.2 BSRM 的悬浮机理  20-21
  2.3 BSRM 单相导通数学模型  21-23
    2.3.1 转子角度的零度定义  21-22
    2.3.2 数学模型  22-23
  2.4 机电能量转换过程  23-24
  2.5 本章小结  24-25
第三章无轴承开关磁阻电机的磁场特性  25-48
  3.1 BSRM 的磁场有限元分析  25-31
    3.1.1 有限元法与JMAG-Studio 软件  25
    3.1.2 BSRM 的铁芯磁密分析  25-29
      3.1.2.1 定子磁密分析  27-28
      3.1.2.2 转子磁密分析  28-29
    3.1.3 BSRM 磁密 FFT 分解及谐波分析  29-31
  3.2 BSRM 的电感计算及实验验证  31-37
    3.2.1 增强能量增量法计算动态电感  31-33
    3.2.2 增强能量增量法计算静态电感  33-34
    3.2.3 BSRM 的电感计算与验证  34-37
  3.3 BSRM 的绕组电流  37-44
    3.3.1 BSRM 的方波电流负载控制策略  37-41
      3.3.1.1 导通角的选取  38
      3.3.1.2 平均电磁转矩的求取  38-40
      3.3.1.3 绕组电流的求取  40-41
    3.3.2 绕组电流的 MATLAB 仿真计算  41-44
      3.3.2.1 编写M 文件计算绕组电流  41-42
      3.3.2.2 基于Simulink 建模仿真  42-44
  3.4 BSRM 的径向力与转矩计算  44-46
    3.4.1 有限元建模  44-45
    3.4.2 有限元计算结果  45-46
  3.5 本章小结  46-48
第四章无轴承开关磁阻电机的损耗  48-57
  4.1 电机的铁芯损耗  48-49
  4.2 BSRM 铁芯损耗的计算方法  49-52
    4.2.1 经验公式法  49-50
    4.2.2 涡流磁滞损耗曲线法  50
    4.2.3 损耗曲线法  50-52
      4.2.3.1 涡流损耗的计算  50-51
      4.2.3.2 磁滞损耗的计算  51-52
  4.3 BSRM 的JMAG 仿真  52-54
    4.3.1 涡流损耗的计算  52-53
    4.3.2 磁滞损耗的计算  53-54
  4.4 BSRM 的其它损耗计算  54-56
    4.4.1 铜线损耗  54-55
    4.4.2 机械损耗  55-56
    4.4.3 杂散损耗  56
  4.5 本章小结  56-57
第五章无轴承开关磁阻电机的热分析  57-64
  5.1 BSRM 样机的热分析理论与方法  57-58
    5.1.1 三种基本传热方式  57-58
    5.1.2 BSRM 热基本方程  58
  5.2 BSRM 样机的热分析  58-61
    5.2.1 热源的求取  58
    5.2.2 等效导热系数  58-59
    5.2.3 散热系数的确定  59-61
  5.3 BSRM 样机热模型仿真及分析  61-63
    5.3.1 热模型的建立  61-62
    5.3.2 仿真结果分析  62-63
  5.4 本章小结  63-64
第六章全文总结及展望  64-66
  6.1 全文总结  64-65
  6.2 展望  65-66
参考文献  66-71
致谢  71-72
在学期间的研究成果及发表的学术论文  72

无轴承开关磁阻电机损耗及热特性的研究

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