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永磁直线同步电机非正弦磁场的研究

作　者: 王飞
导　师: 汪旭东
学　校: 河南理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 永磁直线同步电机非正弦磁场解析方法时步有限元场路耦合
分类号: TM341
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

目前,逆变器供电永磁直线同步电机(PMLSM)的非正弦磁场大都采用时步有限元法进行求解,其求解精度高,但花费时间较长。本文针对PMLSM的非正弦磁场解析模型展开研究。在整体分层线性模型的基础上,采用各向异性材料等效齿槽区域,两个时空电流源等效初、次级激励源,模拟了绕组、永磁体空间分布等电机具体结构,有效处理了动、定子相对运动问题。建立了PMLSM时空三维电磁场模型,采用分离变量法和空间傅立叶变换方法对理想正弦电流源、六脉冲电流源逆变器(6P-CSI)供电PMLSM二维瞬态正弦电磁场、非正弦电磁场进行了解析求解,并对垂直运动分段式PMLSM动子进入和退出定子全过程的电磁推力进行了计算,分析比较了这两种电流源供电对电动机的磁场分布和非正弦磁场对电机性能的影响。该方法求解速度快,精度接近时步有限元法(FEM),工程应用中易于推广。对于电压源逆变器供电的情况,本文采用场路耦合时步有限元法对正弦波脉宽调制电压源逆变器(SPWM-VSI)供电PMLSM非正弦磁场进行了仿真计算,并与电流源供电PMLSM非正弦磁场作了初步比较。最后,本文对垂直运动分段式永磁直线同步电机提升实验装置的提升、下放以及失电制动过程进行了实验研究。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
1 绪论  8-16
  1.1 课题研究背景及意义  8-9
  1.2 永磁直线同步电机电磁场的研究概述  9-13
    1.2.1 永磁直线同步电机电磁场的研究方法  9-11
    1.2.2 非正弦供电下永磁直线同步电机电磁场的研究概述  11-13
  1.3 本文的主要研究内容  13-16
2 永磁直线同步电机时空三维电磁场数学模型的建立  16-42
  2.1 引言  16
  2.2 永磁直线同步电机空间二维电磁场分析模型  16-21
    2.2.1 假设条件与坐标系  16-17
    2.2.2 齿槽区等效磁导率  17-18
    2.2.3 定子绕组电流和永磁体的时空等效处理  18-20
    2.2.4 等效气隙长度的处理  20
    2.2.5 空间二维磁场分析模型  20-21
  2.3 永磁直线同步电动机时空三维电磁场解析  21-26
    2.3.1 时空三维电磁场方程及其解析  21-22
    2.3.2 各区磁场矢量磁位及磁通密度表达式  22-26
  2.4 正弦供电下时空电磁场解析及电磁力计算  26-32
    2.4.1 正弦电磁场解析计算  27-31
    2.4.2 电磁力计算  31-32
  2.5 正弦供电下永磁直线同步电机的时步有限元仿真  32-37
    2.5.1 时步有限元模型  32-34
    2.5.2 仿真结果及分析  34-37
  2.6 力角特性研究  37-40
  2.7 本章小结  40-42
3 逆变器数学模型的建立  42-52
  3.1 引言  42
  3.2 六脉冲电流源逆变器  42-45
  3.3 六脉冲电压源逆变器  45-47
  3.4 电压源正弦波脉宽调制型逆变器  47-49
  3.5 电流源正弦波脉宽调制型逆变器  49-50
  3.6 本章小结  50-52
4 永磁直线同步电机非正弦磁场的解析计算  52-60
  4.1 引言  52
  4.2 6P-CSI 供电下PMLSM 非正弦磁场解析计算  52-56
  4.3 时步有限元分析及与解析结果对比  56-59
  4.4 本章小结  59-60
5 永磁直线同步电机场路耦合时步有限元仿真  60-72
  5.1 引言  60
  5.2 PMLSM 场路耦合时步有限元模型  60-64
    5.2.1 定子导体区域  60-63
    5.2.2 动子永磁体区域  63
    5.2.3 气隙区域和动定子铁芯区域  63-64
    5.2.4 系统方程的处理方法  64
  5.3 基于MAGNET 的PMLSM 场路耦合时步有限元稳态计算  64-70
    5.3.1 SPWM 电压源逆变器的SIMULINK 仿真  65-67
    5.3.2 场路耦合时步有限元仿真  67-70
  5.4 本章小结  70-72
6 实验研究  72-80
  6.1 引言  72
  6.2 实验装置及硬件组成  72-74
  6.3 实验系统软件设计  74-75
  6.4 实验结果分析  75-79
  6.5 本章小结  79-80
7 结论与展望  80-82
  7.1 本文所完成的主要工作  80-81
  7.2 进一步的研究工作  81-82
参考文献  82-88
附录  88-90
致谢  90

永磁直线同步电机非正弦磁场的研究

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