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不同定子结构的永磁无刷直流电动机电磁干扰和振动特性研究

作　者: 明月
导　师: 沈建新
学　校: 浙江大学
专　业: 电机与电器
关键词: 永磁无刷直流电动机 分数槽定子 多相绕组 传导电磁干扰 母线电流频谱 振动试验 电磁振动来源
分类号: TM351
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


永磁无刷直流电动机具有调速性能优良、功率密度高、效率高、可靠性强、使用寿命长等优点,在工业、农业、国防和国民经济等领域得到了越来越多的应用。但是,永磁无刷直流电动机的电磁干扰和振动问题是限制其应用的两个重要方面。例如在航空航天、水下电力推进系统等特殊应用场合就对电机的可靠性、电磁兼容性以及振动和噪声性能提出了很高的要求。因此,研究永磁无刷直流电动机的电磁干扰特性和振动特性,对开发抑制电机电磁干扰和振动的方法,提高永磁无刷直流电动机的应用范围,有着十分重要的意义。本文首先介绍了四台转子相同,定子结构分别为整数槽三相、分数槽三相、整数槽五相及分数槽五相的小型永磁无刷直流电动机的本体和控制系统设计方法,叙述了分数槽和多相电机的绕组设计方式,阐述了永磁无刷直流电动机基本控制系统(包括应用增量式光电编码器作为位置传感器的转子位置检测电路、中央控制单元和驱动单元等)的设计方案。接着,介绍了应用MagneForce有限元软件进行电机电磁性能仿真的方法,并对比了各电机实测与仿真反电势波形和空载运行时的电压、电流波形,且对各电机负载运行性能进行了仿真分析。然后,对各电机空载运行时的直流电源线传导电磁干扰进行了测试,并对试验结果进行了分析,阐明了定子结构不同的各个电机的电源线传导电磁干扰特性,提出了通过分析实测与仿真母线电流的频谱特性,对电机在某一频段的直流电源线传导电磁干扰特性进行预估的方法。最后,对各个电机进行了空载振动试验,并比较了试验结果,从电磁角度分析了各台电机主要振动频率点的来源,对比了不同定子结构的电机振动特性的相同点与不同点。

全文目录


致谢  4-5
摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
1 绪论  10-18
  1.1 课题研究的目的和意义  10-11
  1.2 电机电磁干扰和振动特性的研究状况  11-17
    1.2.1 电机电磁干扰特性的研究历史与现状  11-14
    1.2.2 国内外对电机振动特性的研究成果  14-17
  1.3 本文的主要内容  17-18
2 永磁无刷直流电动机本体和控制系统设计  18-35
  2.1 永磁无刷直流电动机的工作原理  18-21
  2.2 永磁无刷直流电动机本体结构设计  21-28
    2.2.1 电机定子铁芯设计  21
    2.2.2 电机定子绕组设计  21-27
    2.2.3 转子永磁体设计  27-28
  2.3 永磁无刷直流电动机控制系统的设计与实现  28-34
    2.3.1 位置检测单元的设计与实现  28-31
    2.3.2 中央控制单元的设计与实现  31-32
    2.3.3 驱动单元的设计与实现  32-33
    2.3.4 整体控制系统的设计与实现  33-34
  2.4 本章小结  34-35
3 永磁无刷直流电动机的电磁性能仿真与实验  35-49
  3.1 永磁无刷直流电动机本体结构仿真设计  35-38
  3.2 永磁无刷直流电动机的电磁性能仿真与实验分析  38-48
    3.2.1 电机相反电势测量与仿真  38-39
    3.2.2 电机空载实验与仿真  39-45
    3.2.3 电机负载运行仿真  45-48
  3.3 本章小结  48-49
4 电机电源线传导电磁干扰测试与分析  49-61
  4.1 电磁干扰测试标准与测试方法  49-51
    4.1.1 电磁干扰测试标准简述  49-50
    4.1.2 电机电源线传导电磁干扰测试方法介绍  50
    4.1.3 电机电源线传导电磁干扰测试要求和测试环境  50-51
  4.2 电机电源线传导电磁干扰测试结果与分析  51-60
    4.2.1 电机空载电源线传导电磁干扰测试结果  51-55
    4.2.2 电机电源线传导电磁干扰与母线电流频谱特性的关系  55-60
  4.3 本章小结  60-61
5 永磁无刷直流电动机振动试验与分析  61-72
  5.1 永磁无刷直流电动机电磁振动来源分析  61-66
    5.1.1 定子齿径向力  61-62
    5.1.2 定子齿切向力  62-63
    5.1.3 本文各电机的电磁振动来源分析  63-66
  5.2 电机振动测试结果与分析  66-71
    5.2.1 电机空载振动试验平台  66-67
    5.2.2 电机空载振动试验结果与分析  67-71
  5.3 本章小结  71-72
6 全文总结与展望  72-73
参考文献  73-79
附录 攻读硕士学位期间的研究成果  79

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 特殊电机 > 永磁电机
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