發(fā)布時間：2017-08-11 02:19

  本文關(guān)鍵詞：開關(guān)磁阻電機損耗和溫升研究

  更多相關(guān)文章： 開關(guān)磁阻電機 瞬態(tài)磁場分析 雙頻法 橢圓法 鐵心損耗 溫升分析 有限元

【摘要】：開關(guān)磁阻電機(SR電機)特殊的雙凸極結(jié)構(gòu)使得其工作原理和運行特性不同于傳統(tǒng)電機,其鐵心磁場變化規(guī)律復(fù)雜,磁密波形與電機結(jié)構(gòu)參數(shù)、轉(zhuǎn)速、繞組連接方式、控制策略以及工況等密切相關(guān)。復(fù)雜的磁場使得SR電機的損耗尤其是鐵心損耗的計算十分困難。電機運行過程中產(chǎn)生的損耗最終都轉(zhuǎn)化為熱能,引起電機內(nèi)部溫升,進而影響電機的可靠性和使用壽命。因此損耗和溫升分析是優(yōu)化電機設(shè)計、改善其性能的重要環(huán)節(jié)。然而,目前國內(nèi)外關(guān)于SR電機的損耗和溫升方面的研究還不夠系統(tǒng)和完善,因此,本文針對SR電機的損耗及其溫升進行了一系列分析研究和實驗驗證。本文以一臺三相12/8 SR電機作為研究對象,首先,在Ansoft中建立其有限元仿真模型,進行2D瞬態(tài)磁場分析,得到定、轉(zhuǎn)子不同部分的磁密波形及其變化規(guī)律。其次,在磁場分析的基礎(chǔ)上利用雙頻法和橢圓法相結(jié)合計算電機的鐵損,得到鐵心不同部分鐵損分布情況。再次,基于ANSYS建立電機的3D有限元熱分析模型,將損耗計算結(jié)果耦合到熱模型中進行瞬態(tài)熱分析,得到SR電機的溫升分布圖和不同單元處的溫升曲線,并重點討論了機殼外冷卻條件對電機溫升的影響。最后,搭建以TMS320F2812 DSP和CPLD為控制系統(tǒng)核心的開關(guān)磁阻起動/發(fā)電系統(tǒng)平臺,完成硬件和軟件的設(shè)計調(diào)試工作。在此平臺上實現(xiàn)SR電機的電動和發(fā)電運行,測量記錄電機轉(zhuǎn)速、電壓、電流、功率等數(shù)據(jù),通過間接法推算樣機鐵心損耗,利用由T型熱電偶、MAX31855熱電偶信號至數(shù)字輸出轉(zhuǎn)化器、DSP、RS-485以及觸摸顯示屏組成的溫度測量和顯示系統(tǒng)對SR電機定子不同部位的溫升進行檢測并繪制溫度變化曲線,驗證鐵損計算方案的可行性和SR電機熱分析模型的正確性。
【關(guān)鍵詞】：開關(guān)磁阻電機 瞬態(tài)磁場分析 雙頻法 橢圓法 鐵心損耗 溫升分析 有限元
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM352
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-14
• 注釋表14-15
• 第一章 緒論15-20
• 1.1 引言15
• 1.2 開關(guān)磁阻電機損耗和溫升的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-18
• 1.2.1 開關(guān)磁阻電機損耗分析的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-17
• 1.2.2 開關(guān)磁阻電機溫升的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3 本文課題的研究背景、主要內(nèi)容及意義18-20
• 第二章 開關(guān)磁阻電機的基本理論20-30
• 2.1 引言20
• 2.2 開關(guān)磁阻電機系統(tǒng)的組成20-21
• 2.3 開關(guān)磁阻電機的基本工作原理21-27
• 2.3.1 開關(guān)磁阻電機的數(shù)學(xué)模型22-26
• 2.3.1.1 電路平衡方程23-24
• 2.3.1.2 機械平衡方程24
• 2.3.1.3 機電聯(lián)系方程24-26
• 2.3.2 開關(guān)磁阻電機電流分析26-27
• 2.3.2.1 開關(guān)磁阻電機電動狀態(tài)電流分析26-27
• 2.3.2.2 開關(guān)磁阻電機發(fā)電狀態(tài)電流分析27
• 2.4 開關(guān)磁阻電機的控制方案27-29
• 2.4.1 電流斬波控制（CCC）27-28
• 2.4.2 角度位置控制（APC）28
• 2.4.3 脈寬調(diào)制控制 (PWM)28-29
• 2.5 本章小結(jié)29-30
• 第三章 開關(guān)磁阻電機的損耗計算與分析30-57
• 3.1 引言30
• 3.2 有限元法簡介30-31
• 3.2.1 有限元法基本思想30
• 3.2.2 有限元分析軟件Ansoft介紹30-31
• 3.3 基于Ansoft的開關(guān)磁阻電機磁場有限元分析31-39
• 3.3.1 開關(guān)磁阻電機有限元分析建模31-32
• 3.3.2 開關(guān)磁阻電機有限元分析建模32-39
• 3.3.2.1 開關(guān)磁阻電機的磁場分布32-34
• 3.3.2.2 開關(guān)磁阻電機定子磁密波形34-36
• 3.3.2.3 開關(guān)磁阻電機轉(zhuǎn)子磁密波形36-38
• 3.3.2.4 開關(guān)磁阻電機磁密FFT分析38-39
• 3.4 開關(guān)磁阻電機鐵損計算和分析39-52
• 3.4.1 鐵損概述39-41
• 3.4.1.1 渦流損耗Pe40
• 3.4.1.2 磁滯損耗Ph40-41
• 3.4.1.3 非正弦磁場鐵心損耗計算41
• 3.4.2 開關(guān)磁阻電機鐵損的計算方法41-46
• 3.4.2.1 渦流磁滯損耗曲線法（實驗法）42-43
• 3.4.2.2 雙頻法43-45
• 3.4.2.3 橢圓法45-46
• 3.4.3 開關(guān)磁阻電機鐵損計算和分析結(jié)果46-52
• 3.4.3.1 開關(guān)磁阻電機鐵心磁密的頻率47
• 3.4.3.2 開關(guān)磁阻電機鐵損的有限元仿真與分析47-50
• 3.4.3.3 開關(guān)磁阻電機鐵損的數(shù)值計算與分析50-52
• 3.4.4 開關(guān)磁阻電機鐵損實驗驗證的方法52
• 3.5 開關(guān)磁阻電機其它損耗的計算分析52-55
• 3.5.1 繞組銅損PCu52-53
• 3.5.2 機械損耗PM53-55
• 3.5.3 雜散損耗Ps55
• 3.6 本章小結(jié)55-57
• 第四章 開關(guān)磁阻電機的溫度場分析57-70
• 4.1 引言57-58
• 4.2 SR電機熱分析基本理論58-63
• 4.2.1 物體的發(fā)熱過程與溫升58-59
• 4.2.2 熱量傳遞的三種基本方式59-61
• 4.2.2.1 傳導(dǎo)59-61
• 4.2.2.2 對流61
• 4.2.2.3 輻射61
• 4.2.3 SR電機熱分析基本方程與邊界條件61-63
• 4.3 SR電機熱分析模型63-67
• 4.3.1 熱源的求取63
• 4.3.2 等效導(dǎo)熱系數(shù) λeq63-65
• 4.3.3 散熱系數(shù)65-66
• 4.3.4 SR電機熱分析模型的建立66-67
• 4.4 仿真結(jié)果與分析67-69
• 4.5 本章小結(jié)69-70
• 第五章 開關(guān)磁阻電機損耗及溫升的實驗驗證70-86
• 5.1 引言70
• 5.2 開關(guān)磁阻起動/發(fā)電系統(tǒng)硬件平臺70-75
• 5.2.1 電機本體和功率變換器70-71
• 5.2.2 控制系統(tǒng)71-72
• 5.2.3 電流電壓傳感器72
• 5.2.4 位置傳感器72-73
• 5.2.5 斬波及過流、過壓保護73
• 5.2.6 溫度測量和顯示73-75
• 5.3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計75-79
• 5.3.1 DSP程序設(shè)計75-79
• 5.3.1.1 定時器管理75-76
• 5.3.1.2 位置信號捕獲及轉(zhuǎn)速、角度解算76-77
• 5.3.1.3 ADC模塊和DAC模塊77
• 5.3.1.4 SCI模塊77-78
• 5.3.1.5 SPI模塊78
• 5.3.1.6 PI調(diào)節(jié)模塊78-79
• 5.3.2 CPLD程序設(shè)計79
• 5.4 實驗結(jié)果及分析79-84
• 5.4.1 信號測試79-81
• 5.4.2 SR電機損耗的實驗驗證81-83
• 5.4.2.1 機械損耗81-82
• 5.4.2.2 銅損82
• 5.4.2.3 鐵損82-83
• 5.4.3 SR電機溫升的實驗驗證83-84
• 5.5 本章小結(jié)84-86
• 第六章 總結(jié)和進一步工作展望86-88
• 6.1 全文總結(jié)86
• 6.2 進一步工作展望86-88
• 參考文獻(xiàn)88-93
• 致謝93-94
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文及專利情況94

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本文編號：653786