<pre id="is842"></pre> 艦船、飛機(jī)、移動(dòng)通訊、石油鉆井平臺(tái)等獨(dú)立系統(tǒng)中有許多交直流電力并存的場(chǎng)合，需要實(shí)現(xiàn)發(fā)供電系統(tǒng)的小型化、高功率密度、高可靠性以及高品質(zhì)。常規(guī)的電勵(lì)磁發(fā)電機(jī)因?yàn)閹в须娝⑹构╇娤到y(tǒng)的運(yùn)行安全存在隱患，并且勵(lì)磁機(jī)的使用增加了電機(jī)的體積和損耗。為使系統(tǒng)節(jié)能高效，本文設(shè)計(jì)并制作了應(yīng)用于獨(dú)立交直流電力系統(tǒng)的交直流永磁同步發(fā)電機(jī)。永磁電機(jī)定子上帶有三套三相繞組，一套繞組用于提供交流電力，其余的兩套繞組相位互差30度電角度，接整流器為直流負(fù)載供電。文中對(duì)電機(jī)的設(shè)計(jì)以及電機(jī)的基本性能進(jìn)行探討。為了減小永磁發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)整率，在電機(jī)的交軸與電機(jī)的永磁磁極尾部之間加一軟磁材料，通過增加電機(jī)負(fù)載時(shí)的交軸電抗壓降，來改善電機(jī)的電壓調(diào)整率。 首先，針對(duì)永磁電機(jī)設(shè)計(jì)的特殊性，應(yīng)用二維有限元法計(jì)算電機(jī)的電磁場(chǎng)以確定電機(jī)的主要尺寸，并討論了不同軟磁材料尺寸對(duì)電機(jī)的影響。文中還根據(jù)電磁場(chǎng)的計(jì)算結(jié)果，應(yīng)用傅立葉級(jí)數(shù)計(jì)算了電機(jī)的空載感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)以用于預(yù)測(cè)電機(jī)的性能，使用能量攝動(dòng)法計(jì)算了計(jì)及飽和、槽影響下的電機(jī)電感參數(shù)。考慮到永磁材料的溫度性能問題，應(yīng)用電磁場(chǎng)和溫度場(chǎng)耦合的方式計(jì)算了電機(jī)穩(wěn)態(tài)時(shí)的溫度場(chǎng)。 然后，為了了解永磁同步發(fā)電機(jī)的主要電磁關(guān)系，研究了電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)了考慮漏磁時(shí)具有三套互差一定電角度三相繞組的永磁發(fā)電機(jī)在dq0坐標(biāo)系下的方程，可以看到，在dq0坐標(biāo)系下電機(jī)的電感參數(shù)為常數(shù)。這樣，利用這個(gè)特性，在對(duì)電機(jī)運(yùn)行性能進(jìn)行研究時(shí)，可以得到簡(jiǎn)化電磁方程。根據(jù)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的方程，得到了電機(jī)的向量圖。 因?yàn)閹в卸嗵桌@組的永磁電機(jī)中含有較多的諧波，而采用dq0坐標(biāo)系下的方程會(huì)忽略掉氣隙磁場(chǎng)中的諧波分量，為了對(duì)電機(jī)的仿真更加精確，電機(jī)仿真時(shí)采用電機(jī)在ABC坐標(biāo)系下的基本電磁方程。應(yīng)用Matlab/SimPowerSystems中的模塊搭建電機(jī)的仿真模型，永磁體的影響用感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)來表示。根據(jù)仿真結(jié)果與樣機(jī)試驗(yàn)結(jié)果的比較發(fā)現(xiàn)，兩者吻合良好。 另外，本文還設(shè)計(jì)了一臺(tái)電勵(lì)磁的交直流發(fā)電機(jī)，電磁設(shè)計(jì)結(jié)果表明，永磁電機(jī)在體積、重量、效率方面都很有優(yōu)勢(shì)。
標(biāo)簽： 交直流 永磁同步 發(fā)電機(jī)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
上傳用戶：ynzfm
在國(guó)內(nèi)，目前工控領(lǐng)域廣泛用到的伺服系統(tǒng)(包括伺服電機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器)有整套購(gòu)買國(guó)外某一個(gè)廠商的，也有自己開發(fā)電機(jī)，然后購(gòu)買國(guó)外的伺服驅(qū)動(dòng)器來配置伺服系統(tǒng)。前一種情況伺服電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器之間的整合程度是比較高，而后一種情況伺服電機(jī)的設(shè)計(jì)容易忽視與之配套的伺服驅(qū)動(dòng)器的控制策略以及伺服驅(qū)動(dòng)器的輸出電壓，輸出電流特點(diǎn)，很容易造成所設(shè)計(jì)的伺服電機(jī)不能充分發(fā)揮其性能以及材料的不合理利用。本文討論了作為伺服電機(jī)用的永磁同步電動(dòng)機(jī)在整合伺服驅(qū)動(dòng)器控制方式和輸出電壓、電流特性下的設(shè)計(jì)過程。 本文首先簡(jiǎn)要介紹了永磁同步電動(dòng)機(jī)作為伺服電機(jī)較其他類型的電機(jī)的優(yōu)勢(shì)，接著以永磁同步電動(dòng)機(jī)作為伺服電機(jī)，對(duì)給定指標(biāo)要求的永磁同步電動(dòng)機(jī)，在永磁體分別采用表面安裝和內(nèi)置兩種轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)時(shí)進(jìn)行了場(chǎng)路結(jié)合的設(shè)計(jì)與分析，分析了在磁場(chǎng)定向控制方式下兩種轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)的永磁同步電動(dòng)機(jī)的工作特性、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)等。得出了永磁體表面安裝轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)的永磁同步電動(dòng)機(jī)作為伺服電機(jī)時(shí)更適合磁場(chǎng)定向控制運(yùn)行的結(jié)論。 此外，從已經(jīng)成功設(shè)計(jì)了的永磁同步電動(dòng)機(jī)出發(fā)，整合所設(shè)計(jì)的永磁同步電動(dòng)機(jī)將要采用的驅(qū)動(dòng)器其控制方式，并在一些有依據(jù)的假設(shè)前提下確定了電機(jī)的能量包函數(shù)(包括功率、轉(zhuǎn)速等一些額定指標(biāo))與一些主要尺寸函數(shù)表達(dá)式。初步得出了一種行之有效的、快速確定使用同一套定轉(zhuǎn)子沖片伺服電機(jī)尺寸的方法。 最后試制了樣機(jī)以及其在伺服驅(qū)動(dòng)器下進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，并比較分析了實(shí)驗(yàn)和理論分析的結(jié)果。
標(biāo)簽： 三相交流 伺服 永磁同步電動(dòng)機(jī)
上傳時(shí)間： 2013-05-30
上傳用戶：heminhao
直線電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)設(shè)備，省略了機(jī)械轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，完全消除機(jī)械傳動(dòng)元件的速度和加速度的物理極限，具有長(zhǎng)行程、低慣量、高精度、快響應(yīng)和高速度等特征，是先進(jìn)加工中心的標(biāo)志。90年代中期以后，直線驅(qū)動(dòng)技術(shù)在超精密定位領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，吸引了越來越多的研究機(jī)構(gòu)和人員投入到這一領(lǐng)域中來。 永磁直線同步電機(jī)與普通的直線異步電機(jī)相比，具有效率高、輸出力矩大、體積小、易于控制等優(yōu)點(diǎn)，極大地提高了進(jìn)給系統(tǒng)的快速響應(yīng)性和運(yùn)動(dòng)精度，成為新一代超精密機(jī)床中最具有代表的技術(shù)。永磁直線同步電機(jī)伺服控制系統(tǒng)將是當(dāng)前和今后直線電機(jī)發(fā)展應(yīng)用的一個(gè)方向。 本文以直線電機(jī)理論為依據(jù)，以現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備及新的實(shí)驗(yàn)方法為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了永磁直線同步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，分析了永磁直線同步電機(jī)控制系統(tǒng)中存在的難點(diǎn)，并對(duì)直線電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的控制性能進(jìn)行了初步的實(shí)驗(yàn)研究。 首先，介紹了永磁直線同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理、相關(guān)控制策略，對(duì)直線電機(jī)控制難點(diǎn)進(jìn)行了探討。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了永磁直線同步電機(jī)的控制系統(tǒng)的總體方案。 然后針對(duì)永磁直線同步電機(jī)控制系統(tǒng)的主要難點(diǎn)，分為位置檢測(cè)技術(shù)，硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)三個(gè)方面對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析。根據(jù)永磁直線同步電機(jī)的特點(diǎn)，提出一種簡(jiǎn)易的初始位置檢測(cè)方法，并設(shè)計(jì)了檢測(cè)電路。該方法基于線性霍爾元件，基本上不增加控制系統(tǒng)成本，安裝簡(jiǎn)便，效果良好。在普通的三相逆變電路的直流側(cè)添加DC/DC電力電子電路。這樣的做的好處是根據(jù)系統(tǒng)需求輸出直流電壓，減少諧波。由于傳統(tǒng)的基于前后臺(tái)工作機(jī)制的電機(jī)控制軟件存在響應(yīng)不及時(shí)、不穩(wěn)定等弊病，提出了基于嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)機(jī)制上編寫電機(jī)控制軟件。 最后基于樣機(jī)和控制器做了相應(yīng)試驗(yàn)，分析了試驗(yàn)結(jié)果，并提出了存在的問題和下一步的工作展望。
標(biāo)簽： 直線 同步電機(jī) 控制技術(shù)
上傳時(shí)間： 2013-06-20
上傳用戶：siguazgb
永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)利用轉(zhuǎn)子上的永磁體激磁，采用電子換相取代機(jī)械換相，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、效率高，在許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但是，由于永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)本身存在較大的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，從而使電機(jī)運(yùn)行性能存在缺陷，限制了它在精密傳動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用。本文在開發(fā)完成永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，針對(duì)如何減小和抑制自控式永磁電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)這一問題，提出了一種混合控制策略：利用原有的六個(gè)離散位置信號(hào)，在三三導(dǎo)通控制策略的基礎(chǔ)上，融入矢量控制策略，使得電機(jī)在運(yùn)行過程中定子的基波磁勢(shì)與轉(zhuǎn)子磁勢(shì)盡量保持在90°左右，來實(shí)現(xiàn)近似正弦波電流驅(qū)動(dòng)，可以在不增加系統(tǒng)成本的基礎(chǔ)上，較好地抑制電磁轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其正確性，其主要內(nèi)容如下： 第二章主要闡述了永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理，給出了電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上，利用Matlab/Simulink軟件建立了電機(jī)及控制系統(tǒng)的仿真模型，并給出了仿真和實(shí)驗(yàn)波形。 第三章介紹基于TI公司TMS320F240PQA芯片的永磁直流無刷電機(jī)控制器的設(shè)計(jì)，并對(duì)系統(tǒng)主電路、驅(qū)動(dòng)模塊、電流檢測(cè)、過壓保護(hù)等電路作了詳細(xì)的介紹，對(duì)設(shè)計(jì)中容易出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，搭建了整個(gè)系統(tǒng)的硬件平臺(tái)。 第四章介紹了常規(guī)的矢量控制技術(shù)，提出了一種混合控制策略的新方法：利用霍爾位置傳感器的六個(gè)位置信號(hào)，使得電機(jī)在運(yùn)行過程中定子的基波磁勢(shì)與轉(zhuǎn)子磁勢(shì)盡量保持在90°左右，從而達(dá)到控制器簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)降低的目的。并分析了這種控制策略在勻速、加減速情況下的運(yùn)行性能。 第五章在前幾章分析的基礎(chǔ)上，完整給出了混合控制策略的軟件編程方法，并按照模塊化的思想，把軟件分成多個(gè)獨(dú)立模塊，并重點(diǎn)介紹了系統(tǒng)啟動(dòng)、轉(zhuǎn)速計(jì)算、轉(zhuǎn)子位置計(jì)算、sinθ和cosθ的計(jì)算、PWM輸出等幾個(gè)部分，并給出實(shí)驗(yàn)波形驗(yàn)證其可行性。
標(biāo)簽： 直流無刷電機(jī) 方法研究 驅(qū)動(dòng)
上傳時(shí)間： 2013-05-30
上傳用戶：時(shí)代將軍
本文通過對(duì)永磁同步電機(jī)進(jìn)行了建模，提出了永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。分析了永磁同步電機(jī)矢量控制的原理和特點(diǎn)，選取了采用基于id=0轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的方案，確立了基于矢量控制PMSM三閉環(huán)調(diào)節(jié)的伺服控制系統(tǒng)的實(shí)施方案。給出了伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及伺服控制中的一些控制策略，并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，表明該方案是切實(shí)可行的。在此基礎(chǔ)上，確立了以MC56F8357為核心的永磁同步電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)控制器的硬件系統(tǒng)，搭建了相應(yīng)的試驗(yàn)平臺(tái)。在Codewarrior集成開發(fā)環(huán)境下完成了整個(gè)伺服控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，并在PCMaster的基礎(chǔ)上完成了伺服控制系統(tǒng)上位機(jī)控制界面的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)及使用證明，所研制的試驗(yàn)軟硬件平臺(tái)能很好地完成永磁同步電機(jī)位置伺服控制功能，能夠完全滿足高性能伺服控制系統(tǒng)的基本要求。
標(biāo)簽： 永磁同步電機(jī) 伺服控制 系統(tǒng)研究
上傳時(shí)間： 2013-08-02
上傳用戶：sh19831212
稀土永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)采用高磁能積的稀土永磁材料，同時(shí)采用電子換向技術(shù)去掉了電刷，使得它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、體積小、質(zhì)量輕、損耗小、效率高、運(yùn)行特性優(yōu)良等特點(diǎn)，從而廣泛應(yīng)用于航空航天、精密儀器、工業(yè)控制等許多對(duì)電機(jī)運(yùn)行性能要求較高的場(chǎng)合。因此，對(duì)稀土永磁無刷直流電機(jī)的研究具有重要的意義。本文對(duì)稀土永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)方法和分析方法進(jìn)行了研究： 永磁電機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算中傳統(tǒng)的一般采用比較簡(jiǎn)單的磁路法，用磁鋼工作圖計(jì)算靜態(tài)及動(dòng)態(tài)的工作點(diǎn)，這顯然不能滿足精確性的要求。本文采用了場(chǎng)路結(jié)合的方法，首先利用磁路法對(duì)電機(jī)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，然后建立有限元分析模型對(duì)電機(jī)的參數(shù)和性能進(jìn)行精確分析，采用這樣的方法不但可以滿足精確性要求，同時(shí)可以縮短設(shè)計(jì)周期。 本文把有限元方法引入到了對(duì)電機(jī)性能影響較大的重要系數(shù)(如空載漏磁系數(shù)、電樞計(jì)算長(zhǎng)度、計(jì)算極弧系數(shù)和氣隙系數(shù)等)及性能參數(shù)反電動(dòng)勢(shì)、電磁轉(zhuǎn)矩、電感的計(jì)算中。以電機(jī)內(nèi)磁場(chǎng)有限元分析為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)結(jié)果體現(xiàn)了較高的精確度；同時(shí)，由于在大功率、高轉(zhuǎn)速的永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)中，電流受漏感的影響從而改變了電機(jī)的性能，因此漏感的作用不容忽視。本文推導(dǎo)了稀土永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)漏電感計(jì)算的有限元方法，引入了電機(jī)等效電阻系數(shù)，并針對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和齒槽轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的產(chǎn)生的原因，給出了多種有效的抑制方法，使電機(jī)設(shè)計(jì)更為合理。最后介紹了電機(jī)測(cè)試平臺(tái)的搭建和具體的測(cè)試方法，以驗(yàn)證用戶關(guān)心的電機(jī)性能參數(shù)在電機(jī)設(shè)計(jì)中的正確性。
標(biāo)簽： 稀土 無刷直流電動(dòng)機(jī) 設(shè)計(jì)與分析
上傳時(shí)間： 2013-06-09
上傳用戶：mingaili888
作為數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等的重要組成部分，隨著加工制造、汽車等行業(yè)的發(fā)展，永磁交流伺服系統(tǒng)成為國(guó)內(nèi)外研究和應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域。同時(shí)隨著功率電子器件和微處理器的進(jìn)步，伺服系統(tǒng)也逐步向全數(shù)字化方向發(fā)展，全數(shù)字化系統(tǒng)具有可靠性高、實(shí)現(xiàn)新控制策略容易、功能豐富等優(yōu)點(diǎn)。 本文論述了永磁同步電機(jī)空間矢量脈寬調(diào)制控制的最新發(fā)展，分析了從基礎(chǔ)理論到最新的控制算法的有關(guān)永磁同步電機(jī)空間矢量控制的許多問題。在對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)(PMSM)的數(shù)學(xué)模型和控制理論進(jìn)行全面、深入研究的基礎(chǔ)上，本文在PMSM 的電壓空間矢量的弱磁控制方面做了大量的理論和實(shí)驗(yàn)研究，提出一種基于空間矢量PWM (SVPWM)的PMSM 定子磁鏈弱磁控制定方法，在電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到基本轉(zhuǎn)速之前采用最大轉(zhuǎn)矩/電流策略控制，超過基本轉(zhuǎn)速之后采用弱磁擴(kuò)速的電流控制策略，使電機(jī)具有更大的調(diào)速空間，該策略可實(shí)現(xiàn)電壓矢量近似連續(xù)調(diào)節(jié)，有效減小了PMSM 的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，提高了系統(tǒng)的性能，仿真結(jié)果證明了這一結(jié)論。 在上述工作的基礎(chǔ)上，研制開發(fā)了一套基于TMS320LF2407A 的高性能全數(shù)字永磁交流調(diào)速系統(tǒng)。該系統(tǒng)以空間矢量PWM 控制為核心。
標(biāo)簽： 永磁同步電動(dòng)機(jī) 調(diào)速控制
上傳時(shí)間： 2013-06-08
上傳用戶：bjgaofei
永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)是一種集電機(jī)和電子一體化的高新技術(shù)產(chǎn)品，它以其體積小、重量輕、慣量小、控制簡(jiǎn)單和動(dòng)態(tài)性能好等優(yōu)良特性，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、交通、消費(fèi)電子、航空航天、軍事等領(lǐng)域，對(duì)永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的研究具有十分重要的意義。 通常的永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)由永磁同步電動(dòng)機(jī)、逆變器以及安裝在轉(zhuǎn)子軸上的位置傳感器構(gòu)成。逆變器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)與轉(zhuǎn)子位置信號(hào)同步從而保證在任意的速度下定子繞組電流與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)同步。 本文系統(tǒng)研究了永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)本體及驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，取得了有價(jià)值的研究成果。 1)本文查閱了大量的文獻(xiàn)資料，全面總結(jié)和分析了永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的研究現(xiàn)狀，闡述了永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行和控制機(jī)理。 2)在分析永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的性能與運(yùn)行原理的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了以PIC16F877A單片機(jī)為核心的永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。 3)利用Matlab/Simulink對(duì)永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)建立動(dòng)態(tài)仿真模型，結(jié)合實(shí)驗(yàn)所得參數(shù)進(jìn)行仿真，結(jié)果證明所建仿真模型的正確性和有效性。 4)在Matlab下對(duì)永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)可能會(huì)出現(xiàn)的各種故障進(jìn)行了仿真研究，表明了永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)具有良好的容錯(cuò)性能。 5)基于磁路法設(shè)計(jì)了一套永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的電磁設(shè)計(jì)程序，給出了計(jì)算實(shí)例。 6)給出了計(jì)及齒槽影響的永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)電感參數(shù)的解析計(jì)算，與有限元法計(jì)算結(jié)果對(duì)比，表明此方法的正確性和精確性；在星形連接的兩兩導(dǎo)通方式下，分析計(jì)算得到計(jì)及繞組電感的永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的平均電流穩(wěn)態(tài)電路模型，結(jié)果表明計(jì)及電感參數(shù)的電樞電流較小，轉(zhuǎn)速相應(yīng)降低；推導(dǎo)出了在三角形連接的兩兩導(dǎo)通方式下，計(jì)及繞組電感的相電流解析式。
標(biāo)簽： 無刷直流電動(dòng)機(jī) 仿真研究
上傳時(shí)間： 2013-04-24
上傳用戶：熊少鋒
開發(fā)和研制無鐵心永磁電機(jī)是當(dāng)前電機(jī)領(lǐng)域的一項(xiàng)重要課題，無鐵心永磁電機(jī)可以解決傳統(tǒng)有鐵心電機(jī)存在的重量重、損耗高、振動(dòng)噪聲大等問題。開發(fā)無鐵心永磁電機(jī)需要準(zhǔn)確計(jì)算電機(jī)的參數(shù)和性能，而實(shí)現(xiàn)這一任務(wù)的重要前提是獲得正確的磁場(chǎng)分布。無鐵心永磁電機(jī)氣隙外沒有鐵磁材料，其自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了無鐵心永磁電機(jī)的氣隙磁場(chǎng)屬于三維開域磁場(chǎng)，開域磁場(chǎng)工程問題的計(jì)算是近年來計(jì)算電磁學(xué)的研究熱點(diǎn)之一。 本文的研究?jī)?nèi)容是國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展(863)計(jì)劃項(xiàng)目“新型稀土永磁電機(jī)設(shè)計(jì)與集成技術(shù)”的關(guān)鍵技術(shù)之一。針對(duì)無鐵心永磁電機(jī)的實(shí)際工程問題，計(jì)算方法的選擇力求既能保證一定的計(jì)算精度，又能節(jié)約計(jì)算機(jī)內(nèi)存和CPU時(shí)間。根據(jù)對(duì)各種開域電磁場(chǎng)計(jì)算方法的分析比較，本文將漸近邊界條件法和有限元法結(jié)合解決無鐵心永磁電機(jī)三維開域磁場(chǎng)計(jì)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(jī)三維開域磁場(chǎng)計(jì)算方法的研究。首先提出了基于標(biāo)量磁位的漸近邊界條件，建立了球形邊界的標(biāo)量磁位漸近邊界條件數(shù)學(xué)模型。為了盡可能減少節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，結(jié)合無鐵心永磁電機(jī)的具體結(jié)構(gòu)，推導(dǎo)了適合于盒形截?cái)噙吔绾蛨A柱形截?cái)噙吔缟虾?jiǎn)便易行的一階和二階標(biāo)量漸近邊界條件算子，該算子具有簡(jiǎn)單、有限元實(shí)施容易的特點(diǎn)。其次研究并建立了標(biāo)量漸近邊界條件與有限元法結(jié)合的三維開域靜磁場(chǎng)的數(shù)學(xué)模型，并提出具體的實(shí)施方法，推導(dǎo)出相應(yīng)的離散方程。通過對(duì)具有解析解的長(zhǎng)方永磁體三維開域磁場(chǎng)的實(shí)例計(jì)算，驗(yàn)證了方法和所編程序的正確性，并將漸近邊界條件法與截?cái)喾ㄔ谟?jì)算精度和人工外邊界距離方面做了比較。結(jié)果表明：在相同人工外邊界情況下，漸近邊界條件與截?cái)噙吔鐥l件相比，計(jì)算精度明顯提高，二階漸近邊界條件明顯優(yōu)于一階漸近邊界條件。與截?cái)喾ㄏ啾龋瑵u近邊界條件法更節(jié)約計(jì)算機(jī)內(nèi)存和CPU時(shí)間，比較好地處理了計(jì)算量與計(jì)算精度之間的矛盾。 第二部分針對(duì)Halbach陣列內(nèi)轉(zhuǎn)子無鐵心永磁電機(jī)三維開域磁場(chǎng)問題進(jìn)行深入研究。利用漸近邊界條件法，定量地計(jì)算了在定轉(zhuǎn)子均無鐵心的情況下電機(jī)內(nèi)部及周圍磁場(chǎng)的大小，總結(jié)出了Halbach陣列無鐵心永磁電機(jī)磁場(chǎng)的空間分布規(guī)律。 第三部分針對(duì)不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的Halbach磁體陣列電機(jī)磁場(chǎng)問題進(jìn)行對(duì)比研究。通過大量的計(jì)算，探討了Halbach陣列永磁電機(jī)在轉(zhuǎn)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(zhǎng)度對(duì)端部漏磁的影響規(guī)律，給出了無鐵心永磁電機(jī)漏磁系數(shù)、電樞計(jì)算長(zhǎng)度等主要設(shè)計(jì)參數(shù)隨電機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸的變化規(guī)律。 第四部分針對(duì)具有試驗(yàn)數(shù)據(jù)的三種結(jié)構(gòu)的無鐵心永磁電機(jī)樣機(jī)進(jìn)行了計(jì)算和分析，計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合，從而驗(yàn)證了漸近邊界條件法處理三維開域磁場(chǎng)問題的有效性和實(shí)用性。
標(biāo)簽： 永磁電機(jī) 分 磁場(chǎng)
上傳時(shí)間： 2013-06-22
上傳用戶：ivan-mtk
本課題是國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)資助項(xiàng)目“微型燃?xì)廨啓C(jī)一高速發(fā)電機(jī)分布式發(fā)電與能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)研究”(50437010)的部分研究?jī)?nèi)容。高速電機(jī)的體積小、功率密度大和效率高，正在成為電機(jī)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。高速電機(jī)的主要特點(diǎn)有兩個(gè)：一是轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)，二是定子繞組電流和鐵心中磁通的高頻率，由此決定了不同于普通電機(jī)的高速電機(jī)特有的關(guān)鍵技術(shù)。本文針對(duì)高速永磁電機(jī)的機(jī)械與電磁特性及其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入地研究，主要包括以下內(nèi)容： 首先，進(jìn)行了高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度分析。根據(jù)永磁體抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于抗拉強(qiáng)度的特點(diǎn)，提出了一種采用整體永磁體外加非導(dǎo)磁高強(qiáng)度合金鋼護(hù)套的新型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。永磁體與護(hù)套之間采用過盈配合，用護(hù)套對(duì)永磁體施加的靜態(tài)預(yù)壓力抵消高速旋轉(zhuǎn)離心力產(chǎn)生的拉應(yīng)力，使永磁體高速旋轉(zhuǎn)時(shí)仍承受一定的壓應(yīng)力，從而保證永磁轉(zhuǎn)子的安全運(yùn)行。基于彈性力學(xué)厚壁筒理論與有限元接觸理論，建立了新型高速永磁轉(zhuǎn)子應(yīng)力計(jì)算模型，確定了護(hù)套和永磁體之間的過盈量，計(jì)算了永磁體和護(hù)套中的應(yīng)力分布。該種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度計(jì)算方法已應(yīng)用于高速永磁電機(jī)的樣機(jī)設(shè)計(jì)。 其次，進(jìn)行了高速永磁轉(zhuǎn)子的剛度分析和磁力軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算。基于電磁場(chǎng)理論分析了磁力軸承支承的各向同性，利用氣隙靜態(tài)偏置磁通密度計(jì)算了磁力軸承的線性支承剛度，在對(duì)高速電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)離散化的基礎(chǔ)上建立了磁力軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程，采用有限元法計(jì)算了高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。利用該計(jì)算方法設(shè)計(jì)的1臺(tái)采用磁力軸承的高速電機(jī)，已成功實(shí)現(xiàn)60000r/min的運(yùn)行。 再次，進(jìn)行了高速永磁電機(jī)的定子設(shè)計(jì)，提出了一種新型環(huán)形繞組結(jié)構(gòu)。環(huán)型繞組線圈的下層邊放在定子鐵心的6個(gè)槽中，而上層邊分布在定子鐵心軛部外緣的24個(gè)槽中，不但增加了定子表面的通風(fēng)散熱面積，使冷卻氣流直接冷卻定子繞組，更為重要的是，解決了傳統(tǒng)2極電機(jī)繞組端部軸向過長(zhǎng)的難題，使轉(zhuǎn)子軸向長(zhǎng)度大為縮短，從而增加了高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的剛度。 然后，采用場(chǎng)路耦合以及解析與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，分析計(jì)算了高速永磁電機(jī)的損耗和溫升，并對(duì)高速永磁發(fā)電機(jī)的電磁特性進(jìn)行了仿真。高速電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是體積小和功率密度大，然而隨之而來的缺點(diǎn)是單位體積的損耗大，以及因散熱面積小造成的散熱困難。損耗和溫升的準(zhǔn)確計(jì)算對(duì)高速電機(jī)的安全運(yùn)行至關(guān)重要。為了準(zhǔn)確計(jì)算高速電機(jī)的高頻鐵耗，對(duì)定子鐵心所采用的各向異性冷軋電工鋼片制作的試件，進(jìn)行了不同頻率和不同軋制方向的導(dǎo)磁性能和損耗系數(shù)測(cè)定。然后采用場(chǎng)路耦合的方法，分析計(jì)算了高速電機(jī)的定子鐵耗和銅耗、轉(zhuǎn)子護(hù)套和永磁體內(nèi)的高頻附加損耗以及轉(zhuǎn)子表面的風(fēng)磨損耗。在損耗分析的基礎(chǔ)上，計(jì)算了高速電機(jī)的溫升。最后，設(shè)計(jì)制造了一臺(tái)額定轉(zhuǎn)速為60000r/min的高速永磁電機(jī)試驗(yàn)樣機(jī)，并進(jìn)行了初步的試驗(yàn)研究。測(cè)量了電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下空載運(yùn)行時(shí)的定、轉(zhuǎn)子溫升及定子繞組的反電動(dòng)勢(shì)波形。通過與仿真結(jié)果的對(duì)比，部分驗(yàn)證了高速永磁電機(jī)理論分析和設(shè)計(jì)方法的正確性。在此基礎(chǔ)上，提出一種高速永磁電機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，為進(jìn)一步的研究工作打下了基礎(chǔ)。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
上傳用戶：woshiayin
蟲蟲下載站版權(quán)所有 京ICP備2021023401號(hào)-1
