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分子泵高速永磁电机及其控制器的研究

作　者: 唐冲
导　师: 王成元；夏加宽
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 电机与电器
关键词: 高速永磁电机 铁耗 转子涡流损耗
分类号: TM351
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


分子泵是获得良好真空环境的关键设备,为保证真空环境的质量,要求分子泵的主轴高速旋转。本文为核能实验用分子泵设计一台高速永磁电机,实现对主轴的直接驱动。本文首先根据高速永磁电机和无刷直流电动机特点,总结了高速无刷直流电动机的电磁方案设计原则。根据设计原则并通过多次计算,提出了电机的电磁方案。计算了电机的转子机械强度保证电机可在额定转速安全运行。针对电机定子铁耗,本文利用Bertotti分立铁耗公式结合磁密波形法,并采用有限元法计算了电机额定转速时的定子铁耗。采用Halbach阵列磁体结构,使电机铁芯中的磁场变化接近正弦,将电机的定子铁耗减少了10.4%。推导了电机在两相导通和换相时的状态方程,利用有限元计算状态方程中的参数,采用场路结合的方法对Halbach阵列磁体结构的无刷直流电动机开环稳态运行情况进行了仿真计算,验证了正弦波无刷直流电动机适合于高速运行。转子涡流损耗是高速永磁电机的一个特有问题,本文分析了由于定子开槽对气隙磁密的影响,并分析了电机运行时,由于齿槽效应产生的谐波磁场相对于转子的运动情况,并采用有限元法,计算了相对于转子运动的各次谐波磁密的幅值,采用电流片模型,模拟相对于转子运动的各次谐波,计算了电机的空载转子涡流损耗。分析了电机负载运行时绕组的空间谐波和电流的空间谐波形成的旋转磁场,计算了电机的负载转子涡流损耗。介绍了双闭环调速系统的特点,针对常用的桥臂PWM斩波方式的电流高次谐波的问题,分析了采用BUCK斩波电路可在一定程度上减小电流高次谐波。应用MATLAB/SIMULINK软件搭建了基于BUCK斩波电路的双闭环调速系统的仿真模型,对调速系统进行了仿真。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-15
  1.1 课题研究的背景与意义  10-11
  1.2 高速电机在分子泵中的应用  11-12
  1.3 高速永磁电机的国内外研究现状  12-13
    1.3.1 国外的研究现状  12-13
    1.3.2 国内的研究现状  13
  1.4 本文研究的主要内容  13-15
第二章 电机电磁方案的设计  15-28
  2.1 电机种类的选择  15
  2.2 永磁无刷直流电机的结构及原理  15-19
    2.2.1 永磁无刷直流电机的结构  15-18
    2.2.2 永磁无刷直流电机的原理  18-19
  2.3 电磁方案的设计  19-26
    2.3.1 无刷直流电机主要尺寸的选取  19-20
    2.3.2 电磁负荷的选取  20-21
    2.3.3 气隙长度的选择  21
    2.3.4 极数和槽数的选择  21-22
    2.3.5 槽形尺寸的设计  22
    2.3.6 永磁体的设计  22-24
    2.3.7 转子强度的计算  24-26
  2.4 本章小结  26-28
第三章 电机的磁场分析及定子铁耗计算  28-42
  3.1 高速无刷直流电机的定子铁耗计算  28-35
    3.1.1 电机的有限元模型的建立  28-29
    3.1.2 电机的旋转的模拟  29-30
    3.1.3 边界条件的施加以及求解  30-31
    3.1.4 后处理  31
    3.1.5 利用Bertotti分立公式计算铁耗  31-35
  3.2 基于Halbach阵列结构的定子铁耗减小策略  35-41
    3.2.1 Halbach阵列磁体结构  35-37
    3.2.2 基于Halbach阵列结构的电机磁场分析  37-41
  3.3 本章小结  41-42
第四章 Halbach阵列高速无刷直流电机的开环稳态运行特性仿真  42-48
  4.1 电机的状态方程  42-45
  4.2 电机的参数计算  45-46
  4.3 开环仿真计算  46-47
  4.4 本章小结  47-48
第五章 电机的谐波分析及转子损耗计算  48-63
  5.1 空载损耗  48-55
    5.1.1 磁导谐波分析  48-51
    5.1.2 空载转子损耗的计算  51-54
    5.1.3 基于ANSOFT软件的转子损耗验算  54-55
  5.2 负载损耗  55-62
    5.2.1 绕组的空间谐波  55-59
    5.2.2 电流的时间谐波  59-61
    5.2.3 负载转子损耗计算  61-62
  5.3 本章小结  62-63
第六章 高速无刷直流电机驱动系统的仿真  63-71
  6.1 双闭环调速系统概述  63-64
  6.2 基于BUCK斩波电路的驱动系统  64-66
  6.3 系统仿真  66-70
  6.4 本章小结  70-71
第七章 结论  71-73
参考文献  73-75
在学研究成果  75-76
致谢  76

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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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