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混合励磁双凸极电机电磁设计及控制策略研究

作　者: 隋天日
导　师: 严欣平
学　校: 重庆大学
专　业: 电气工程
关键词: 混合励磁双凸极电机电磁设计转矩特性控制策略容错性
分类号: TM359.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

混合励磁双凸极电机是在永磁双凸极电机的基础上演变而来的,它将永磁体励磁与电励磁进行了有机结合。混合励磁双凸极电机除继承了永磁双凸极电机的结构简单、控制灵活、动态响应快、调速性能好、转矩/电流比大等优点外,还具有通过电励磁调节实现弱磁提高转速、增磁增大转矩的能力,因此受到较广泛的关注。本文着重研究了两方面内容:①混合励磁双凸极电机的结构参数对电机的输出转矩和转矩脉动的影响;②混合励磁双凸极电机的控制策略及容错性能。具体进行了下列研究工作:首先,介绍了混合励磁双凸极电机的基本结构、数学模型、工作原理及调磁设计思想;在类比其它结构形式的双凸极电机设计基础上,给出了混合励磁双凸极电机主要尺寸的初始设计公式,完成了混合励磁双凸极电机的电磁设计;建立了所设计电机的二维有限元模型,在此基础上分析了电机的基本特性。然后,研究了混合励磁双凸极电机的气隙厚度、转子极弧宽度、定转子齿高比对电机的输出转矩和转矩脉动的影响。所得结论为混合励磁双凸极电机的设计提供一定参考。最后,深入地分析了半桥功率变换器供电方式下采用标准角控制时混合励磁双凸极电机的电流、转矩特性,针对标准角控制时高速段下电机输出转矩不足的问题提出了一种提前角控制,研究了不同提前角对电流、转矩特性的影响,并利用建立的混合励磁双凸极电机系统的场路耦合有限元模型进行了仿真分析,结果显示,应用本文提出的提前角控制能有效地减小电机的转矩脉动、提高中高速下电机的输出转矩。另外,仿真分析了混合励磁双凸极电机的容错性能,结果表明混合励磁双凸极电机具有良好的容错性能。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-9
1 绪论  9-14
  1.1 课题的背景及意义  9
  1.2 双凸极电机的发展历史及研究现状  9-13
  1.3 本文的研究目的和研究内容  13-14
2 混合励磁双凸极电机的基本概念及研究方法  14-23
  2.1 引言  14
  2.2 HEDS 电机的结构  14
  2.3 HEDS 电机的系统构成  14-16
    2.3.1 位置检测器和控制器  15
    2.3.2 功率变换器  15-16
  2.4 HEDS 电机的数学模型  16-18
    2.4.1 磁链方程  16
    2.4.2 电压方程  16-17
    2.4.3 转矩方程  17
    2.4.4 机械运动方程  17-18
  2.5 HEDS 电机的工作原理  18-21
    2.5.1 电动运行控制方式  19-21
    2.5.2 励磁转矩形成机理分析  21
  2.6 研究方法  21-22
  2.7 本章小结  22-23
3 混合励磁双凸极电机的电磁设计及基本特性  23-36
  3.1 引言  23
  3.2 HEDS 电机的调磁设计思想  23-26
    3.2.1 磁场调节原理  23-24
    3.2.2 简化等效磁路模型  24-26
  3.3 HEDS 电机的电磁设计  26-28
    3.3.1 主要结构参数设计  26-27
    3.3.2 主要设计参数  27-28
  3.4 HEDS 电机的电磁特性  28-32
    3.4.1 气隙磁场及磁钢磁场分布  28-30
    3.4.2 磁链曲线  30-31
    3.4.3 电感曲线  31
    3.4.4 空载感应电势  31-32
  3.5 HEDS 电机的机械特性  32-35
  3.6 本章小结  35-36
4 电机的结构参数对转矩特性的影响  36-46
  4.1 引言  36
  4.2 气隙厚度对转矩特性的影响  36-39
    4.2.1 磁链特性  36-37
    4.2.2 转矩特性  37-39
  4.3 转子极弧宽度对转矩特性的影响  39-42
    4.3.1 磁链特性  39-40
    4.3.2 转矩特性  40-42
  4.4 定、转子齿高比对转矩特性的影响  42-44
    4.4.1 磁链特性  42-43
    4.4.2 转矩特性  43-44
  4.5 本章小结  44-46
5 电机的控制策略研究及容错性能分析  46-62
  5.1 引言  46
  5.2 标准角控制  46-51
    5.2.1 标准角控制分析  46-48
    5.2.2 标准角控制稳态仿真分析  48-51
  5.3 提前角控制  51-58
    5.3.1 提前角控制分析  51-53
    5.3.2 提前角控制稳态仿真分析  53-58
  5.4 HEDS 电机的容错性能分析  58-61
    5.4.1 功率变换器单管开路故障  59-60
    5.4.2 绕组开路故障  60
    5.4.3 绕组短路故障  60-61
  5.5 本章小结  61-62
6 结论与展望  62-64
  6.1 结论  62-63
  6.2 展望  63-64
致谢  64-65
参考文献  65-69
附录  69

混合励磁双凸极电机电磁设计及控制策略研究

内容摘要

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