本文關(guān)鍵詞：無刷雙饋電機的數(shù)學模型和有限元仿真，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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無刷雙饋電機(BDFM)是一種新型電機，其結(jié)構(gòu)與籠型轉(zhuǎn)子異步電機相似，堅固可靠，沒有滑環(huán)碳刷，然而它卻可以像繞線轉(zhuǎn)子電機那樣實現(xiàn)異步、同步、雙饋等多種運行方式。由于BDFM結(jié)構(gòu)的特殊性、數(shù)學模型和電磁設(shè)計的復雜性，目前國內(nèi)外尚未有該類電機的系列商品化產(chǎn)品，也未見到關(guān)于BDFM完整的電磁設(shè)計程序的文獻報道。鑒于此，對其進行深入的理論研究，研究編制更加方便、有效、可靠、精確的計算軟件，對于該種電機的研發(fā)是一項很有意義的探索性工作，這也是本文的研究目的。 本文以籠型轉(zhuǎn)子型式的無刷雙饋電機為對象，圍繞無刷雙饋電機的基礎(chǔ)理論、有限元仿真、參數(shù)計算等方面進行了深入的研究。特別是:本文提出并利用大型商用軟件ANSYS的二次開發(fā)功能，開發(fā)的三個專用的有限元軟件程序，對于準確計算BDFM的電路參數(shù)和穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)特性，對于BDFM的電磁設(shè)計具有很重要的實用價值。 本文的工作主要包括以下幾方面的內(nèi)容: (一)在回顧無刷雙饋電機的發(fā)展進程的基礎(chǔ)上，總結(jié)了無刷雙饋電機運行理論和分析方法、特性仿真和參數(shù)計算、有限元仿真模型以及其國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，重點對無刷雙饋電機的相關(guān)基礎(chǔ)理論進行了論述和介紹，主要是無刷雙饋電機多回路模型和d-q模型。 (二)本文首次在ANSYS軟件環(huán)境下，建立了適合無刷雙饋電機穩(wěn)態(tài)性能計算的場路耦合偽靜止渦流有限元模型、編寫了專用程序；建立并開發(fā)了適合無刷雙饋電機瞬態(tài)性能計算的場路耦合時步有限元模型和專用程序。全部工作利用APDL(ANSYS Parametric DesignLanguage)語言，通過二次編程開發(fā)來實現(xiàn)。 無刷雙饋電機結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)交流電機有較大的不同，建立適合無刷雙饋電機穩(wěn)態(tài)分析“快而準”的有限元專用程序?qū)τ谕晟颇壳盁o刷雙饋電機分析手段是非常必要的。而本文提出的無刷雙饋電機的場路耦合偽靜止渦流有限元模型可以滿足這種要求。該模型不須考慮轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動就能準確預測不同滑差點處電機的穩(wěn)態(tài)性能，鐵心飽和以及集膚效應直接在場中計及，諸如端環(huán)等三維效應可以通過傳統(tǒng)參數(shù)計算方法加以考慮。 本文提出的另一種有限元方法采用時步有限元模型分析無刷雙饋電機瞬態(tài)及穩(wěn)態(tài)計算，雖然計算時間較長，但是它有著其它模型無法比擬的優(yōu)點:用最少的“假設(shè)條件”獲得最接近真實樣機的“仿真”。本文首次開發(fā)了無刷雙饋電機的場路耦合的時步有限元程序，在處理轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，采用了插值運動邊界法，通過耦合與約束方程、有限元形函數(shù)關(guān)聯(lián)移動表面的矢量磁位，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動后，不再需要重新剖分有限元網(wǎng)格。 用所編制的兩種有限元軟件計算了無刷雙饋電機在異步、同步、雙饋等多種運行方式的穩(wěn)態(tài)性能。實驗數(shù)據(jù)證實了計算軟件的有效性。 (三)本文詳細研究了無刷雙饋電機電感的參數(shù)計算方法，提出了計算微分電感系數(shù)的改進的能量攝動法，編制了相應的程序。 電機的自感和互感參數(shù)是研究電機運行性能和進行電機設(shè)計的關(guān)鍵參量。非線性電感可以分為割線電感和微分電感。磁鏈除以電流提供的是割線電感系數(shù)，，磁鏈增量除以電流增量便得到微分電感，電路微分方程中需要的是微分電感系數(shù)。繞組函數(shù)法常應用于計算線性或割線電感。本文采用繞組函數(shù)法，導出了用于BDFM多回路電路方程中電感和互感參數(shù)計算的解析公式。由于繞組函數(shù)法無法計算微分電感，本文提出了一種改進的能量攝動法并編寫了計算程序，與傳統(tǒng)的能量攝動法相比，新方法具有更多的優(yōu)點:它可以減少非線性有限元分析的求解次數(shù)，提高計算效率；直接計算磁場能量的攝動(相對值)，使用一階導數(shù)求電感，計算更準確；電流攝動可以取較大的值；轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動采用插值運動邊界法，計算轉(zhuǎn)子不同位置的定轉(zhuǎn)子互感時，不再需要進行網(wǎng)格重新剖分。 (四)在回顧交流異步電機設(shè)計方法的發(fā)展變化基礎(chǔ)上，對無刷雙饋電機的設(shè)計原則進行了研究探討，總結(jié)了無刷雙饋電機的設(shè)計原則。改制了一臺無刷雙饋電機樣機，并對該電機的進行了初步的實驗測試。

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無刷雙饋電機的數(shù)學模型和有限元仿真.pdf10997KB2010-02-18 17:25:42

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