與傳統(tǒng)感應(yīng)電機(jī)相比,自起動(dòng)永磁同步電機(jī)具有高功率密度、高功率因數(shù)、高效率和寬經(jīng)濟(jì)運(yùn)行范圍的優(yōu)點(diǎn),能夠有效地提升電機(jī)能效等級(jí),減小電能損耗。在全球能源資源日益緊張的背景下,對(duì)自起動(dòng)永磁同步電機(jī)的研究也愈發(fā)重要。本文基于二維有限元法和解析法,深入研究了繞組匝數(shù)、連接方式、網(wǎng)側(cè)電壓不平衡和變頻器側(cè)高頻諧波電壓等因素對(duì)自起動(dòng)永磁同步電機(jī)性能的影響。首先,針對(duì)自起動(dòng)永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中繞組匝數(shù)和連接方式的設(shè)計(jì)問(wèn)題,利用有限元法和相量圖法,確定了繞組匝數(shù)和連接方式對(duì)電樞電流、功率因數(shù)、最大轉(zhuǎn)矩、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和損耗等電機(jī)性能的影響規(guī)律,并分析了其中的影響機(jī)理,為自起動(dòng)永磁同步電機(jī)繞組匝數(shù)和連接方式的設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)。其次,針對(duì)自起動(dòng)永磁同步電機(jī)供電電壓不平衡問(wèn)題,研究了電壓不平衡對(duì)自起動(dòng)永磁同步電機(jī)穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能的影響。探究了電壓不平衡對(duì)自起動(dòng)永磁同步電機(jī)繞組銅耗,定子鐵心損耗和轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響規(guī)律。結(jié)合對(duì)稱(chēng)分量法,分析了不同電壓不平衡率下正序和負(fù)序電壓產(chǎn)生的諧波轉(zhuǎn)矩分量,確定了影響自起動(dòng)永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的主要因素。通過(guò)對(duì)自起動(dòng)永磁同步電機(jī)電樞磁場(chǎng),永磁體磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子繞組感生磁場(chǎng)之間耦合作用的分析,確定了起動(dòng)過(guò)程中各磁場(chǎng)之間相互作用產(chǎn)生的具有特征頻率和大小的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩和恒定轉(zhuǎn)矩,并得到了不同電壓不平衡率下電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,最小轉(zhuǎn)矩和臨界轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的變化規(guī)律。最后,探究了應(yīng)用于變頻驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合時(shí),變頻器輸出電壓中高次諧波分量對(duì)自起動(dòng)永磁同步電機(jī)性能的影響�；诮馕龇ㄍ茖�(dǎo)并得出了變頻器輸出時(shí)間諧波和電機(jī)內(nèi)空間諧波磁場(chǎng)的耦合關(guān)系,并結(jié)合有限元法分析了高頻諧波對(duì)電機(jī)損耗的影響機(jī)理,為變頻器驅(qū)動(dòng)自起動(dòng)永磁同步電機(jī)的設(shè)計(jì)提供了參考。
【學(xué)位單位】：鄭州輕工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TM341
【部分圖文】：

對(duì)于該類(lèi)型電機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)有著重要的意義。為了簡(jiǎn)化分析，本章所指繞組匝數(shù)為每槽??導(dǎo)體數(shù)。在本章的研宄過(guò)程中，首先基于電機(jī)的常規(guī)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)了一臺(tái)自起動(dòng)永磁同??步電機(jī)并基于樣機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)搭建了二維瞬態(tài)電磁場(chǎng)有限元分析模型，如圖２－１所示。??然后，保持其他設(shè)計(jì)參數(shù)不變，分別逐匝增加或減小匝數(shù)并計(jì)算電機(jī)的性能參數(shù)，直到??得到穩(wěn)定的變化規(guī)律，最終得到每槽匝數(shù)變化區(qū)間為（２７－３３）。??２．２自起動(dòng)永磁同步電機(jī)二維瞬態(tài)磁場(chǎng)有限元模型的建立??本文所研宄的電機(jī)是自起動(dòng)永磁同步電機(jī)，其通常采用內(nèi)置式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。為了放置??較多的永磁體，提升電機(jī)的性能表現(xiàn)，本文所研宂的電機(jī)每極永磁體采用Ｖ形結(jié)構(gòu)。本??章二維瞬態(tài)電磁場(chǎng)有限元模型的建立方法同樣適用于本文其它章節(jié)有限元研究模型的??建立。本章所研宄的樣機(jī)參數(shù)見(jiàn)表２－１，樣機(jī)的有限元分析模型如圖２－１所示。??ｉｆ??圖２－１自起動(dòng)永磁同步電機(jī)有限元計(jì)算模型??７??

在有限元計(jì)算過(guò)程中，為了便于分析做出以下假設(shè)：①不考慮位移電流的影響；②??硅鋼片、定轉(zhuǎn)子繞組等材料具有恒定的電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率。根據(jù)表２－１中電機(jī)的基本參數(shù)??建立了電機(jī)的二維有限元分析模型，如圖２＿１所示�？紤]到上述假設(shè)，２Ｄ瞬態(tài)電磁場(chǎng)的??計(jì)算公式為１７２］：??＇ｄ（?＼?ｄＡ＼?ｄ?（＼?ｄＡ．＼?（?ｒ?ｄＡ：＼??ｄｘ?＾?／／?ｄｘ?）?ｄｙ＼ｆ．ｉ?ｄｙ?）?＼?ｄｔ?）??＜?Ｓ：?＝?０?（２－１）??ｐ：丄?ｉ—－－＾＝／ｔ??ｆｕ｛?ｄｎ?ｆ．ｉ２?ｄｎ?、??其中ｎ為有限元模型的求解域，包含整個(gè)截面模型；ｓ為定子外徑邊界條件；ｐ表??示永磁體的邊界條件。???表２－１樣機(jī)基本參數(shù)????基本參數(shù)?參數(shù)大小???額定功率／ｋＷ?１１??每槽繞組匝數(shù)?２９??極數(shù)?４??定子槽數(shù)?３６??氣隙長(zhǎng)度?０．５??定子外徑／ｍｍ?２６０??定子內(nèi)徑／ｍｍ?１７０??轉(zhuǎn)子直徑／ｍｍ?１６９??接法?Ａ??鐵心長(zhǎng)度／ｍｍ?１３５??２．３繞組匝數(shù)對(duì)電機(jī)電樞電流、功率因數(shù)和最大轉(zhuǎn)矩的影響研究??電機(jī)的電樞電流，功率因數(shù)不僅直接影響電機(jī)的效率，也將對(duì)電網(wǎng)電力線(xiàn)路損耗以??及電網(wǎng)無(wú)功容量產(chǎn)生一定影響。此外，實(shí)際應(yīng)用中需要電機(jī)有一定的過(guò)載能力來(lái)應(yīng)對(duì)一??些復(fù)雜工況。針對(duì)上述問(wèn)題，本節(jié)將圍繞繞組匝數(shù)對(duì)電機(jī)的電樞電流、功率因數(shù)和最大??轉(zhuǎn)矩的影響進(jìn)行研宄。??２．３．１電樞電流及功率因數(shù)的變化機(jī)理分析??通過(guò)有二維有限元計(jì)算得到不同匝數(shù)下定子電流和功率因數(shù)變化隨負(fù)載變化的規(guī)??律分別如圖２－２、

０?２?４?６?８?１０?１２?１４?１６?１８?２０?２２?２４??負(fù)載功率／ｋＷ??圖２－２不同匝數(shù)下，功率因數(shù)隨負(fù)載的變化??本??—�！玻�?＂＊＂２８?＊＂＊＊？２９?＊＂￥４—３０??１４．〇?＊＊＾？＊？３１?？＊＾３３?—?＿?＿?—??５０．０－?１２．０?Ｉ?，１??４５．０－?＞〇？〇?／?１??４０．０－?８０?Ｉ?Ｉ??１?３５＇０－?－??：＾－Ｃ」??＾?３０．０－?，〇??２５＇０＇?〇－？?，?２?Ｙ］?５?６?Ｉ??２０－°－?／?丨二＾?Ｂ??１５．０＿「丄????１０．０－
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2872037