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开关磁通永磁电机的三维有限元分析与实验研究

作　者: 苏畅
导　师: 杨俊友
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 电机与电器
关键词: 开关磁通永磁电机三维有限元分析反电动势实验齿槽转矩实验
分类号: TM351
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

双凸极电机随着功率器件的快速发展已经广泛被科研人员所研究,开关磁通永磁电机(flux-switching permanent magnet machine,简称FSPM电机)在此基础上发展起来,其绕组与永磁体均置于定子,而转子上既无绕组也无永磁体,适合高速运行和对温度要求高的场所。采用交流供电方式产生正弦反电动势,可适用于多种交流调速领域。因此受到越来越多的关注,FSPM电机的磁场分析与实验研究也就更有实际意义。本课题为研究一台12/10极的FSPM样机的磁场分布、气隙磁密、永磁磁链、反电动势和转矩等特性。首先,介绍了FSPM电机的研究背景、现状及其意义。其次,分析了FSPM电机的结构、工作原理以及数学模型。然后,利用全场域的Ansoft三维有限元方法分析了FSPM电机的磁场分布、齿槽转矩、端部效应与转矩性能等。从仿真结果中看出FSPM电机能够产生正弦反电动势,同时产生较高的气隙磁密和转矩。验证了电机设计的合理性。随后,由于双凸极结构导致较大的齿槽转矩,为此对样机进行齿槽转矩实验研究,得到的实验结果与仿真结果趋于一致。最后,利用Matlab设计FSPM电机电磁计算程序,并与仿真相结合,验证FSPM电机的电磁参数。本文根据给定的样机参数,建立了三维数学模型,从而实现了三维有限元对FSPM电机的准确分析,验证了电机设计的合理性,并且仿真分析的反电动势、齿槽转矩与实验结果基本一致。FSPM电机的分析结果对进一步研究具有一定的理论意义及应用价值。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-17
  1.1 课题研究背景与意义  10-11
  1.2 开关磁通永磁电机的由来  11-12
  1.3 开关磁通永磁电机的研究现状  12-15
  1.4 课题主要研究内容  15-17
第二章开关磁通永磁电机的结构和原理  17-23
  2.1 开关磁通永磁电机的结构及工作原理  17-18
  2.2 开关磁通永磁电机的数学模型  18-22
    2.2.1 磁路及电路基本方程  18-19
    2.2.2 机械方程  19
    2.2.3 机电联系方程  19-20
    2.2.4 基于 dq0 坐标的开关磁通永磁电机数学模型  20-22
  2.3 本章小结  22-23
第三章开关磁通永磁电机三维有限元分析  23-34
  3.1 三维有限元分析介绍  23-24
  3.2 建立三维电机模型  24-25
    3.2.1 电机模型  24-25
    3.2.2 利用Maxwell 软件剖分  25
  3.3 瞬态场分析  25-33
    3.3.1 磁感应强度矢量  25-27
    3.3.2 气隙磁密  27
    3.3.3 永磁磁链  27-28
    3.3.4 空载感应电势  28
    3.3.5 齿槽转矩  28-29
    3.3.6 输出转矩  29-30
    3.3.7 转子斜极  30-31
    3.3.8 端部效应  31-33
  3.4 本章小结  33-34
第四章开关磁通永磁电机的实验研究  34-40
  4.1 样机实物图  34-36
  4.2 反拖电动势实验  36-38
  4.3 齿槽转矩实验  38-39
  4.4 本章小结  39-40
第五章开关磁通永磁电机的电磁计算  40-58
  5.1 开通磁通永磁电机基本理论分析  40-44
    5.1.1 磁路计算特点  40-41
    5.1.2 永磁体工作点的计算  41
    5.1.3 空载反电动势的计算与分析  41-42
    5.1.4 设计特点  42-44
  5.2 利用Matlab 编程  44-45
  5.3 与仿真结合验证经验参数  45-57
    5.3.1 极距与极弧系数的确定  45-47
    5.3.2 定转子轭部校正系数  47-49
    5.3.3 定子漏抗的计算  49-55
    5.3.4 铁耗的修正系数  55-57
  5.4 本章小结  57-58
第六章结论  58-60
参考文献  60-63
在学研究成果  63-64
致谢  64

开关磁通永磁电机的三维有限元分析与实验研究

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