本文關(guān)鍵詞：永磁同步高速大功率電機(jī)電磁特性及效率優(yōu)化研究

  更多相關(guān)文章： 永磁同步 高速大功率電機(jī) 電磁特性 最小損耗控制 效率優(yōu)化

【摘要】：永磁同步高速大功率電機(jī)由于省去了傳統(tǒng)的齒輪箱等中間增速環(huán)節(jié),實(shí)現(xiàn)直驅(qū),具有結(jié)構(gòu)緊湊、功率密度高、效率高、尺寸和形式靈活多樣等優(yōu)勢,廣泛應(yīng)用于鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、膨脹機(jī)、燃?xì)庥酂岚l(fā)電和飛輪儲(chǔ)能等領(lǐng)域。由于世界能源的短缺和可持續(xù)發(fā)展的需求,工業(yè)交流電機(jī)的高效節(jié)能化已成為當(dāng)今國際研究的焦點(diǎn)。目前,永磁同步高速大功率電機(jī)電磁特性及效率優(yōu)化方面的研究尚不充分,亟需深化研究。針對(duì)傳統(tǒng)等效磁路法將磁場簡化為磁路,假設(shè)磁路任意截面上的磁通密度處處均勻,難以計(jì)及漏磁影響,計(jì)算精度受限等的不足,本文采用有限元計(jì)算了對(duì)永磁同步高速大功率電機(jī)特性具有重要影響的電磁參數(shù),包括極弧系數(shù)和空載漏磁系數(shù),并結(jié)合等效磁路,研究揭示了負(fù)載和轉(zhuǎn)速對(duì)電機(jī)效率、電流、電磁轉(zhuǎn)矩等綜合性能的影響規(guī)律。研究表明:場路結(jié)合法相比于等效磁路法可兼顧計(jì)算效率和計(jì)算精度。為實(shí)現(xiàn)永磁同步高速大功率電機(jī)的效率優(yōu)化設(shè)計(jì),采用時(shí)步有限元法分析了定子槽口寬度、氣隙長度、轉(zhuǎn)子保護(hù)套材料與厚度等對(duì)永磁同步高速大功率電機(jī)電磁損耗和效率的影響規(guī)律。以降低損耗、提高效率為優(yōu)化目標(biāo),并兼顧電機(jī)起動(dòng)、調(diào)速和負(fù)載特性,提出了實(shí)現(xiàn)永磁同步高速大功率電機(jī)效率優(yōu)化的具體設(shè)計(jì)策略。結(jié)果表明:優(yōu)化后的電機(jī)效率得到顯著提高。為實(shí)現(xiàn)永磁同步高速大功率電機(jī)的效率優(yōu)化控制,建立了考慮鐵耗的永磁同步高速大功率電機(jī)dq坐標(biāo)系數(shù)學(xué)模型,提出了基于電壓空間矢量脈寬調(diào)制的最小損耗控制策略,并在MATLAB/SIMULINK控制模塊基礎(chǔ)上通過自主編程實(shí)現(xiàn)了永磁同步電機(jī)起動(dòng)和調(diào)速電磁過渡過程仿真。結(jié)果表明:提出方法相比于現(xiàn)有恒磁控制不僅可提高電機(jī)運(yùn)行效率,而且還可有效降低電流和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。參與搭建了永磁同步電機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái),實(shí)驗(yàn)研究了永磁同步電機(jī)鐵耗特性。研究表明:實(shí)測與理論計(jì)算的鐵耗曲線兩者基本吻合,相對(duì)實(shí)測值,理論計(jì)算值誤差不超過20%,從而驗(yàn)證了本文有限元方法的有效性。本文研究工作對(duì)永磁同步高速大功率電機(jī)電磁分析、效率優(yōu)化設(shè)計(jì)與控制等具有重要的參考價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：永磁同步 高速大功率電機(jī) 電磁特性 最小損耗控制 效率優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM341
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 第1章 緒論14-24
• 1.1 研究背景及意義14-16
• 1.1.1 研究背景14-15
• 1.1.2 研究意義15-16
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析16-22
• 1.2.1 高速大功率電機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀16-18
• 1.2.2 永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)分析方法研究現(xiàn)狀18-19
• 1.2.3 電磁損耗分析研究現(xiàn)狀19-21
• 1.2.4 效率優(yōu)化控制方法研究現(xiàn)狀21-22
• 1.3 存在的問題22
• 1.4 本文的研究內(nèi)容22-24
• 第2章 永磁同步高速大功率電機(jī)電磁設(shè)計(jì)和電磁特性分析24-45
• 2.1 引言24
• 2.2 電機(jī)電磁設(shè)計(jì)24-31
• 2.2.1 主要尺寸設(shè)計(jì)25-27
• 2.2.2 定子設(shè)計(jì)27-29
• 2.2.3 繞組設(shè)計(jì)29-30
• 2.2.4 永磁體設(shè)計(jì)30-31
• 2.2.5 電機(jī)基本結(jié)構(gòu)尺寸31
• 2.3 電機(jī)電磁特性分析31-44
• 2.3.1 磁路計(jì)算31-35
• 2.3.2 參數(shù)計(jì)算35-37
• 2.3.3 功角特性37-40
• 2.3.4 工作特性40-42
• 2.3.5 計(jì)算流程42-44
• 2.4 本章小結(jié)44-45
• 第3章 結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)永磁同步高速大功率電機(jī)效率的影響規(guī)律研究45-59
• 3.1 引言45
• 3.2 電磁場和損耗的計(jì)算45-50
• 3.2.1 電磁場的分析45-47
• 3.2.2 轉(zhuǎn)子渦流損耗的計(jì)算47-48
• 3.2.3 鐵耗的計(jì)算48-50
• 3.3 結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響規(guī)律50-54
• 3.3.1 保護(hù)套的影響50-52
• 3.3.2 定子槽口寬度的影響52-53
• 3.3.3 氣隙長度的影響53-54
• 3.4 結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)鐵耗的影響規(guī)律54-57
• 3.4.1 定子槽口寬度的影響55-56
• 3.4.2 氣隙長度的影響56
• 3.4.3 負(fù)載的影響56-57
• 3.5 優(yōu)化結(jié)構(gòu)方案57-58
• 3.6 本章小結(jié)58-59
• 第4章 永磁同步高速大功率電機(jī)效率優(yōu)化控制研究59-75
• 4.1 引言59
• 4.2 考慮鐵耗的永磁同步高速大功率電機(jī)數(shù)學(xué)建模59-63
• 4.2.1 坐標(biāo)變換59-61
• 4.2.2 永磁同步高速大功率電機(jī)dq坐標(biāo)系數(shù)學(xué)模型61-63
• 4.3 電壓空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)63-67
• 4.3.1 SVPWM基本原理63-65
• 4.3.2 SVPWM控制算法65-67
• 4.4 基于電機(jī)損耗模型的效率最優(yōu)控制方法67-70
• 4.4.1 PMSM電機(jī)損耗數(shù)學(xué)模型67-68
• 4.4.2 最小損耗控制方法68-70
• 4.5 控制方法仿真對(duì)比70-74
• 4.5.1 起動(dòng)過程仿真71-72
• 4.5.2 調(diào)速過程仿真72-74
• 4.6 本章小結(jié)74-75
• 第5章 永磁同步電機(jī)損耗實(shí)驗(yàn)研究75-82
• 5.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與儀器75-77
• 5.2 實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果分析77-81
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>77
• 5.2.2 實(shí)驗(yàn)方案77
• 5.2.3 實(shí)驗(yàn)步驟77-78
• 5.2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析78-81
• 5.3 本章小結(jié)81-82
• 結(jié)論82-84
• 參考文獻(xiàn)84-88
• 致謝88-89
• 附錄A （攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文）89-90
• 附錄B （攻讀碩士學(xué)位期間所參加的科研項(xiàng)目）90-91
• 附錄C （220k W/18000rpm電磁設(shè)計(jì)方案）91-92

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