開發和研制無鐵心永磁電機是當前電機領域的一項重要課題，無鐵心永磁電機可以解決傳統有鐵心電機存在的重量重、損耗高、振動噪聲大等問題。開發無鐵心永磁電機需要準確計算電機的參數和性能，而實現這一任務的重要前提是獲得正確的磁場分布。無鐵心永磁電機氣隙外沒有鐵磁材料，其自身的結構特點決定了無鐵心永磁電機的氣隙磁場屬于三維開域磁場，開域磁場工程問題的計算是近年來計算電磁學的研究熱點之一。 本文的研究內容是國家高技術研究發展(863)計劃項目“新型稀土永磁電機設計與集成技術”的關鍵技術之一。針對無鐵心永磁電機的實際工程問題，計算方法的選擇力求既能保證一定的計算精度，又能節約計算機內存和CPU時間。根據對各種開域電磁場計算方法的分析比較，本文將漸近邊界條件法和有限元法結合解決無鐵心永磁電機三維開域磁場計算問題。 本文主要由以下幾部分組成： 第一部分為無鐵心永磁電機三維開域磁場計算方法的研究。首先提出了基于標量磁位的漸近邊界條件，建立了球形邊界的標量磁位漸近邊界條件數學模型。為了盡可能減少節點的數量，結合無鐵心永磁電機的具體結構，推導了適合于盒形截斷邊界和圓柱形截斷邊界上簡便易行的一階和二階標量漸近邊界條件算子，該算子具有簡單、有限元實施容易的特點。其次研究并建立了標量漸近邊界條件與有限元法結合的三維開域靜磁場的數學模型，并提出具體的實施方法，推導出相應的離散方程。通過對具有解析解的長方永磁體三維開域磁場的實例計算，驗證了方法和所編程序的正確性，并將漸近邊界條件法與截斷法在計算精度和人工外邊界距離方面做了比較。結果表明：在相同人工外邊界情況下，漸近邊界條件與截斷邊界條件相比，計算精度明顯提高，二階漸近邊界條件明顯優于一階漸近邊界條件。與截斷法相比，漸近邊界條件法更節約計算機內存和CPU時間，比較好地處理了計算量與計算精度之間的矛盾。 第二部分針對Halbach陣列內轉子無鐵心永磁電機三維開域磁場問題進行深入研究。利用漸近邊界條件法，定量地計算了在定轉子均無鐵心的情況下電機內部及周圍磁場的大小，總結出了Halbach陣列無鐵心永磁電機磁場的空間分布規律。 第三部分針對不同拓撲結構的Halbach磁體陣列電機磁場問題進行對比研究。通過大量的計算，探討了Halbach陣列永磁電機在轉子無鐵心情況下影響氣隙磁密的各種因素，分析了不同Halbach磁體軸向長度對端部漏磁的影響規律，給出了無鐵心永磁電機漏磁系數、電樞計算長度等主要設計參數隨電機結構尺寸的變化規律。 第四部分針對具有試驗數據的三種結構的無鐵心永磁電機樣機進行了計算和分析，計算結果與試驗數據吻合，從而驗證了漸近邊界條件法處理三維開域磁場問題的有效性和實用性。
上傳時間： 2013-06-22
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本文利用Maxwell 3D軟件對交流接觸器的電磁機構的靜態、動態特性進行分析與仿真。Maxwell 3D是美國的Ansoft公司開發的專門用于三維電磁場仿真的軟件。本文主要以CJ20-25交流接觸器的電磁機構為例，對不同激勵下交流接觸器電磁機構的靜態特性進行分析；編寫電磁機構動態仿真程序，對其進行動態仿真，并進一步分析其動態特性；同時對電磁機構的設計參數對交流接觸器特性的影響進行了分析。主要為以下幾個方面: 首先，利用Maxwell 3D軟件建立交流接觸器電磁機構的三維有限元模型，對模型進行有限元分析，計算不同電流和氣隙下的靜態吸力，仿真電磁機構的靜態特性。繪制出交流接觸器的靜態電磁場分布及吸力特性。 其次，用Visual C++編程語言編制程序，仿真交流接觸器電磁機構運動過程。 再次，對交流接觸器電磁機構進行瞬態分析。得出CJ20-25型交流接觸器動態電流、吸力特性，并對動鐵心末速度、靜鐵心迎擊距離、動態吸力與反力特性的匹配、總動能和碰撞損失能量與合閘相角的關系特性進行了具體分析。同時，將迎擊式與非迎擊的兩種類型的交流接觸器的動態特性作了比較。 最后，利用Maxwell 3D軟件分析接觸器各個設計參數對交流接觸器電磁機構靜態吸力、動態特性的影響。 經過以上各方面的分析可知：采用Maxwell 3D軟件的強大的電磁場有限元分析功能進行電磁機構的靜態及動態特性的分析與仿真，模擬真實的工作環境，可以在樣機制作前，精確掌握電器產品的性能，減少樣機制作，降低試驗費用，加快產品開發周期，提高產品性能指標，具有實際意義。
上傳時間： 2013-07-15
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本課題來源于國家863計劃《高速高效防爆稀土永磁同步電機研究》項目的部分研究內容。為了進一步提高稀土永磁同步電動機的效率，本論文主要采用有限元分析與實驗相結合的方法，重點針對稀土永磁同步電動機穩態運行時的諧波轉子銅耗、瞬態起動過程以及空載諧波磁場進行了深入研究。 論文利用有限元電磁場仿真軟件MagNet，對油田抽油用22kW稀土永磁同步電動機進行了詳細的電磁場仿真計算，首次，對諧波磁場引起的稀土永磁同步電動機穩態運行時的轉子銅耗進行了深入分析。通過對22kW電機的間接法和直接法效率實驗，分離出諧波引起的雜散損耗，并與仿真計算結果進行對比分析，證明了：實際稀土永磁同步電動機穩態運行時是存在轉子銅耗的，這也是和傳統稀土永磁同步電動機理論不同的地方。研究成果《稀土永磁同步電動機穩態運行時的轉子銅耗分析》發表在核心期刊《微特電機》2006年第9期上。 論文采用有限元MagNet對抽油用22kW稀土永磁同步電動機進行了起動過程的仿真研究，并利用先進的動態示波記錄儀DL750對22kW電機進行了空載起動過程的實驗。實驗結果表明有限元電磁仿真計算結果是準確的，也為稀土永磁同步電動機的優化設計提供了參考依據。研究成果《基于有限元的稀土永磁同步電動機起動過程仿真研究》發表在核心期刊《微特電機》2007年第1期上。 論文應用有限元電磁場軟件MagNet對作者設計的370W稀土永磁同步電動機的空載氣隙磁場進行了仿真分析，得到空載諧波磁場的波形畸變率是6.23﹪；為了驗證有限元分析結果的正確性，專門設計了兩臺370W稀土永磁同步電動機對拖實驗，利用WT3000電力分析儀分析出：實際空載氣隙磁場波形的畸變率是3.26﹪；通過實驗結果和仿真結果的對比分析，發現實際電機的轉子鼠籠條對電機空載諧波磁場有很好的抑止作用。初步的研究成果《稀土永磁同步電動機空載氣隙磁場的諧波分析研究》于2006年12月投到核心期刊《微特電機》上。
上傳時間： 2013-04-24
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近年來，人們對環境保護越來越重視，SF<,6>氣體的使用和排放受到限制，從而使電器領域內SF<,6>斷路器的發展也受到限制。而真空斷路器充分利用了真空優異的絕緣與熄弧特性，且對環境不造成污染，所以目前在中壓領域已經占據了主導地位，而且不斷向高電壓、大容量方向發展。因此，未來高壓真空斷路器必然取代高壓SF<,6>斷路器。真空滅弧室是真空斷路器的“心臟”，所以，開發高壓真空斷路器最關鍵的是滅弧室的設計。本文對110kV的真空滅弧室的內部電磁場進行了仿真分析，為我國開發110kV真空斷路器提供一定的參考。 本文采用有限元軟件對110kV真空斷路器滅弧室內部靜電場進行了仿真分析，得到了滅弧室內部各種屏蔽罩的大小、尺寸和位置對電場分布的影響；觸頭距離對滅弧室內部電場分布的影響；傘裙對滅弧室內部電場分布的影響。再根據等離子體和金屬蒸氣具有一定導電率的特點，從麥克斯韋基本方程出發，推導了滅弧室內部電場所滿足的計算方程，然后用有限元法對二維電場進行了求解。考慮到弧后粒子消散過程中，電極和懸浮導體表面會有帶電微粒的存在，又計算分析了帶電微粒對真空滅弧室電場分布的影響，進而提出了使滅弧室內部電場更加均勻的措施。 根據大電流真空電弧的物理模型，基于磁場對電流的作用力理論，計算分析了真空電弧自生磁場的收縮效應以及對分斷電弧的影響，得到了弧柱中自生磁場產生的電磁壓強分布，最后分析了外加縱向磁場分量對減小自生磁場收縮效應的作用。 建立了110kV、1/2線圈以及1/3線圈縱向磁場觸頭三維電極模型，并利用有限元法進行了三維靜磁場和渦流場仿真。得到了電流在峰值和過零時縱向磁場分別在觸頭片表面和觸頭間隙中心平面上的二維和三維分布，給出了這兩種觸頭在電流過零時縱向磁場滯后時間沿徑向路徑和軸向路徑的分布規律，最后還對這兩種觸頭的性能進行了比較。
上傳時間： 2013-07-09
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隨著我國電力系統不斷發展，高壓開關柜以其結構簡單、維護工作量小、適合于頻繁操作等特點，受到廣大用戶歡迎，并成為高壓開關向無油化發展的一大主流。近年來，隨著電力系統不斷向大容量、高電壓、小型化發展，40.5kV高壓開關柜在電力系統中也得到普遍的采用。絕緣問題是電力設備穩定、可靠運行的重要影響因素之一，并且絕緣也是高壓電器設備中的薄弱環節，高壓開關柜故障中很大一部分就是由于絕緣破壞而造成的。因此如何能夠合理的配置母線、真空斷路器及其它電器元件，得到較佳的絕緣配合和設計，達到具有高度可靠的絕緣性能，保證高壓開關柜在配電系統中安全運行，且有較小的安裝空間，是開關柜設計中一個值得研究的重要問題。 在計算機模擬電場分布的求解中，有限元方法以其剖分簡便易行、可適用于多種介質和較高的計算效率，已成為電磁場問題求解的主要方法之一。ANSYS是有限元計算方法的代表軟件，通過對模型特征參數化，使用用戶參數化設計語言(APDL)，可以進一步提高分析效率，使得整個分析過程自動、通用。 本文從實際產品設計入手，根據開關柜的結構特點，建立了三維電場數值計算模型，在滿足技術條件要求的基礎上，通過采用電場的數值仿真分析及相應實驗研究，描述了40．5kv高壓開關柜配電系統接地開關相間及接地柜中全場域電場分布情況，確定了接地開關在不同情況下的電場分布、變化情況，通過理論的計算和分析，對產品的絕緣進行了校核與驗證，進而得到合理的布置結構和達到最佳的絕緣配合，為實際產品的開發和設計提供了理論依據。
上傳時間： 2013-07-27
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高中壓斷路器是電力系統中最重要的開關設備，用高中壓斷路器保護電力系統至今已經歷了一段漫長歷史。從最初的油斷路器發展到壓縮空氣斷路器，再到目前作為無油化開關的真空斷路器和SF6斷路器。其中真空斷路器以其小型化和高可靠性等優點，已在高中壓領域得到愈來愈廣泛的應用。作為真空斷路器的核心部件，真空滅弧室的研究和開發顯得尤為重要。 真空滅弧室的小型化是國外關注的問題，我國很多相關的研究所和高等院校都曾作過不少研制工作，研究的方向是采用各種縱向磁場結構電極的真空滅弧室和尋求新的觸頭材料。由于縱向磁場結構的電極開斷能力強，在額定短路開斷電流、設計裕度和工藝水平相同的情況下，縱向磁場的電極比橫向磁場的電極小得多。因此，采用縱向磁場結構電極的真空滅弧室可以縮小整體尺寸。 本設計從真空滅弧室的具體模型出發，應用ANSYS8.1的電磁場分析軟件，對600A的真空滅弧室觸頭間的縱磁場進行計算與分析，可得到接近實際的動、靜觸頭電流流向矢量分布圖，線圈磁感應強度與線圈幾何尺寸的關系，觸頭開距對磁場分布的影響及電弧在不同位置時的受力分析等。由不同線圈截面積與縱磁磁場強度的關系分布，可得出在分斷電流不變的情況下，線圈愈小磁場強度愈強。由觸頭開距與磁場強度的關系，可見觸頭間距越小，兩觸頭間越能獲得較大的磁感應強度。對真空滅弧室極問磁場分布以及電弧在觸頭上不同位置受力進行分析，結果表明隨著磁感應強度變小，電弧受力也相對的變小。 通過ANSYS仿真分析，為真空斷路器滅弧室的設計提供了比較準確的數據資料。進而使產品的設計、開發建立在較為科學的基礎上，為產品實際研制提供理論依據。
上傳時間： 2013-06-20
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直接轉矩控制技術，是繼矢量控制技術之后出現的又一種新的控制思想，其控制手段直接，系統響應迅速，具有優良的靜、動態特性，系統魯棒性好，因而受到了普遍關注并得到了迅速發展。 本論文從交流調速技術的發展開始，分析了異步電機直接轉矩控制的基本原理，推導了u-l、i-n兩種磁鏈模型，并對這兩種磁鏈模型的適應范圍和特點進行了分析，然后推導了在全速范圍都適用的u-n模型。u-n模型的特點是：低速下工作于i-n模型，高速下工作于u-i模型，高低速之間自然過渡，加之引入電流調節器對電流觀測值進行補償，大大提高了模型的觀測精度。 然后以交流電力機車為例，介紹了直接轉矩控制技術在交流調速系統中的應用，并根據電力機車的牽引特性，設計了不同的控制策略： (1)低速區：采用圓形磁鏈的直接轉矩控制； (2)高速區：采用六邊形磁鏈的直接轉矩控制； (3)弱磁區：通過改變磁鏈給定值來調節轉矩，實現恒功率調節。 同時應用MATLAB/SIMULINK軟件建立了直接轉矩控制系統的仿真模型，并得出了仿真結果，驗證了該方法的正確性。 最后介紹了無速度傳感器的直接轉矩控制方法，推導了基于模型參考自適應(MRAS)理論的轉子轉速的辨識方法，建立了轉子轉速的辨識模型，并得到了仿真結果。
上傳時間： 2013-04-24
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電力變壓器的渦流損耗及其在電力變壓器中造成的局部過熱問題是電力變壓器設計計算中的一個關鍵問題。電力變壓器的容量越大，漏磁場就越強，渦流損耗也就越大，以及由渦流損耗造成的局部過熱問題也就越突出。因此，如何解決這一問題就顯得至關重要。 文中首先介紹了電力變壓器渦流損耗與溫升計算的意義和目的，并論述了電力變壓器漏磁場、溫度場問題的國內外研究概況。本文應用電力變壓器和有限元的基本理論，使用大型通用有限元分析軟件Ansys對變壓器的磁場和溫度場進行分析與計算。首先建立電力變壓器三維分析模型，對電力變壓器的三維漏磁場進行準確的計算，得出了繞組及結構件上的磁感應強度分布，并對繞組中的軸向漏磁場及輻向漏磁場進行了分析對比。在此基礎上計算了由變壓器漏磁場引起的結構件渦流損耗，并把計算結果與實驗數據進行了比較，結果基本吻合，說明了計算結果的正確性及用Ansys軟件仿真分析的可行性。根據磁場分析的結果給出了減小各結構件漏磁場和渦流損耗的方法，分析了在油箱壁上安裝電磁屏蔽和對拉板開槽的作用。 在計算出繞組及結構件中渦流損耗的基礎上，對電力變壓器進行了磁—流—熱耦合場分析，采用間接耦合的方法將磁場得出的焦耳熱作為流場分析的載荷，使流場與溫度場進行耦合，得出繞組及結構件上的溫度場分布。應用相關理論對所得結果進行了分析以及提出了降低溫度的方法。論文最后使用VB語言編制了變壓器磁場、溫度場分析的仿真軟件界面，實現了參數化建模，加載，并可以從結果數據庫中提出結果數據。
上傳時間： 2013-05-22
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為設計高性能、低損耗的電機，需要準確地分析電機鐵耗。本文從鐵磁材料的磁化特點出發，以分離鐵耗模型為基礎，對交變磁化以及旋轉磁化條件下鐵磁材料和電機的鐵耗進行分析和計算，分別從理論和實踐角度著重就電機鐵耗計算和測量中的一些相關問題作了深入研究。 按照分離鐵耗模型，鐵心損耗可以分成磁滯損耗、渦流損耗和異常損耗。本文首先從交流磁滯回線的產生機理出發，在Preisach靜態磁滯模型的基礎上，利用極限磁滯回線的對稱性，采用人工神經網絡技術，建立了Preisach人工神經網絡磁滯仿真模型，實現了對鐵磁材料交流磁滯回線的理論計算，為磁滯損耗的理論分析和計算奠定了基礎；為對交流磁滯回線進行實測，本文給出了一種采用愛潑斯坦方圈測量鐵磁材料交流磁滯回線與磁滯損耗的新方法，該方法克服了環形樣片測量法的不足，操作簡單，且測量精度高，具有較好的實用價值。利用該方法得到的實驗數據很好地驗證了理論計算結果。 對渦流損耗以及異常損耗的計算模型，本文系統地給出了其推導過程，對模型中的參數進一步加以明確，并對模型的特點進行了分析。鐵磁材料異常損耗計算模型是基于統計學原理推導而來的，模型中參數的確定涉及到鐵磁材料的微觀特性，本文給出了通過實驗確定其參數的具體方法；考慮到工程中異常損耗計算模型是其理論模型的簡化形式，文中對兩者的差別進行了分析。 在分析電機鐵耗時，既要考慮鐵心材料本身的損耗特性，也要考慮電機供電方式以及鐵心中磁場變化等因素對鐵耗的影響。在對鐵磁材料損耗特性分析的基礎上，本文考慮到局部磁滯回環對電機鐵耗的影響，推導了計及局部磁滯作用的電機鐵耗模型，并從理論上對C.P.Steinmetz的磁滯損耗經驗公式進行了驗證，從而明確了公式中經驗系數的物理意義；同時通過實驗研究，分析了磁化頻率對磁滯損耗系數的影響，提出了在磁化頻率較高時分段確定磁滯損耗系數的方法；考慮到現代電機控制策略以及供電方式的多樣性，本文對正弦波、方波以及三角波電壓供電時鐵心材料的交變鐵耗模型分別進行了推導，給出了其解析表達式，并通過實測證明了模型的有效性；對SPWM這類應用較為廣泛的非正弦供電方式，推導了電機交變損耗的一般計算模型，分析了SPWM變頻器供電時電機鐵耗與變頻器參數的關系，給出了其關系的數量表達式; 同時采用改進的愛潑斯坦方圈試驗平臺對非正弦供電條件下的鐵磁材料損耗和電機鐵耗進行了實驗研究。 考慮到電機鐵心制造過程中沖壓對鐵心材料特性的影響，本文提出了一套簡便的對鐵磁材料進行沖壓影響研究的實驗方法，利用該方法，有效地對材料的沖壓影響特性進行了分析。在實驗研究的基礎上，本文推導了考慮沖壓影響時的鐵磁材料損耗的修正系數，從而在傳統交變鐵耗分離模型的基礎上，建立了計及沖壓影響的電機鐵耗計算模型。對模型中引入的沖壓影響修正系數，給出了詳細的推導過程和明確的計算方法，從而使傳統的經驗修正方法得到改善。 在旋轉電機中，除交變磁化外，同時還存在大量的旋轉磁化。本文對旋轉磁化的物理機理進行了初步探討，分析了旋轉磁化條件下的損耗特點，系統介紹了當前鐵磁材料旋轉磁化性能以及旋轉磁化損耗實驗測量和理論計算的方法和手段。 在以上鐵耗理論的基礎上，充分考慮鐵心的非線性及磁滯特性，本文建立了一般條件下的鐵心動態電路模型，并將該模型應用于異步電動機鐵心等效電路中，推導了異步電動機動態鐵耗的分離等效電阻。以一臺三相異步電動機為樣機，采用以上鐵耗的動態分離等效電阻，有效地對電機鐵耗進行了分離，從而為深入研究電機的動態鐵耗特性提供了便利。 論文最后以一臺永磁無刷直流電機為例，對電機的運行特性以及鐵心損耗進行了分析計算。分析中應用場路結合法，建立了永磁無刷電機換流等效電路模型，采用鏡像法建立了深槽無刷電機電樞反應分析模型；在電機鐵耗分析中，推導了考慮旋轉磁化的電機鐵耗工程計算模型，對樣機鐵耗進行了理論計算，并通過構建實驗平臺，對旋轉磁化條件下的樣機空載鐵耗進行了測量，最終理論值與實測值吻合良好，證明了上述方法的有效性。
上傳時間： 2013-07-02
上傳用戶：不挑食的老鼠
隨著電力電子技術的發展，高速永磁無刷直流電機應用前景越來越廣闊，有較大的研究價值，對其電磁性能進行準確的分析和設計具有重要的經濟價值和理論意義。本文主要是圍繞著永磁無刷直流電機，尤其是高速永磁電機的磁路、電路性能的分析、鐵耗和溫升的計算、優化設計、控制系統和樣機制造和實驗等做了大量的工作： 對電機的磁路進行分析設計：從磁路結構入手，分析了定子鐵芯、轉子鐵芯和永磁體的各種結構優劣及其選型、選材的根據；講述了場路結合的分析計算方法；給出了極數、槽數、繞組、轉子參數、定子參數和軸承的參數確定方法。 對永磁無刷直流電機的電路進行分析：從電機磁場分析入手，根據齒磁通分析計算了電樞繞組的感應電動勢；根據此電動勢的波形，推導了三相六狀態控制時，電動勢的電路計算模型，重點推導了電動勢平頂寬度小于120度電角度時的電路模型，指出換相前電流波形出現尖峰脈沖的原因，該模型考慮了電感對高速電機性能的影響；給出了基于能量攝動法計算繞組電感的方法。 高速永磁無刷直流電機內的損耗尤其是鐵耗較大，根據經驗系數來計算鐵耗的傳統方法已顯得力不從心，如何準確計算高速永磁無刷直流電機內的鐵耗是困擾電機工作者的一個難題，本文根據Bertotti鐵耗分立計算模型，進一步推導了考慮電機內旋轉磁化對鐵耗的影響的鐵耗計算模型，其各項損耗系數是由鐵芯材料在交變磁化條件下的損耗數據通過回歸計算得到。通過實際電機的計算和實驗測試，表明此計算模型有較高的準確度。隨著電機內損耗的增大，溫升也是一個重要問題，為了了解電機內的溫度分部，防止局部過熱，本文建立了基于熱網絡法永磁無刷直流電機的溫升計算模型，并對電機進行了溫升計算，計算結果和實際測量基本一致。 本文確立了永磁無刷直流電機的電磁計算方法，建立了優化設計的數學模型，編制了程序，用遺傳算法成功地對高速永磁無刷直流電機的效率進行了優化，給出了優化算例，并做出樣機，通過對優化前后的方案做出樣機并進行比較實驗，優化后測量損耗有了較大的減小。 對永磁無刷直流電機控制系統中的幾個關鍵問題進行了研究：位置檢測技術、三相逆變電路中的功率管壓降和控制系統換相角問題，它們都對電機的性能有很大的影響。本文著重分析了霍爾位置傳感器原理、選型及在電機中的安裝應用；功率管壓降對起動電流、功率的影響問題；控制系統提前或滯后換相對電機電流，輸出性能的影響，提出適當提前換相有利于電機出力。 做出永磁無刷直流電機樣機并進行實驗研究，主要包括高速永磁無刷直流電機、內置式永磁無刷直流電機、高壓永磁無刷直流電機的設計、性能分析、樣機制作、實驗分析等。建構了對樣機進行發電機測試、電動機測試、損耗測量的實驗平臺，通過在測試時使用假轉子的方法成功分離出了電機鐵耗和機械損耗，實驗測量結果和計算結果基本一致。 總之，通過對永磁無刷直流電機的磁路、電路及性能特性的分析研究，建立了一套永磁無刷直流電機的設計理論和分析方法，并通過樣機的制造和實驗，進一步的驗證了這些理論和方法的準確性，這對永磁無刷直流電機的設計和應用有很好的參考價值。
上傳時間： 2013-04-24
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