本文關(guān)鍵詞：永磁同步電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)及性能測(cè)試的研究

  更多相關(guān)文章： 永磁同步電機(jī) 轉(zhuǎn)矩波動(dòng) 永磁體 損耗分析 溫度場(chǎng)分布

【摘要】：永磁同步電機(jī)作為機(jī)器人的關(guān)鍵零部件,其設(shè)計(jì)的好壞關(guān)系到機(jī)器人的動(dòng)態(tài)響應(yīng)、精度、可靠性和效率等諸多性能。我國(guó)對(duì)于永磁同步電機(jī)的研發(fā)與制造能力還比較薄弱、產(chǎn)品性能質(zhì)量低。傳統(tǒng)的基于等效磁路計(jì)算后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)修正的方法已無法滿足高精度、高效率和高復(fù)雜度的電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)。研究基于平臺(tái)的永磁同步電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì),精確的分析電機(jī)性能參數(shù),得到更加優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案,對(duì)提高自主品牌電機(jī)的性能和推動(dòng)我國(guó)機(jī)器人行業(yè)的發(fā)展具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。本文對(duì)影響永磁同步電機(jī)的定位精度、性價(jià)比、效率和可靠性的關(guān)鍵因素,包括轉(zhuǎn)矩波動(dòng)、永磁體設(shè)計(jì)和校核、繞組銅損和鐵芯損耗及溫度場(chǎng)分布進(jìn)行了有限元分析。首先,通過對(duì)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的仿真分析發(fā)現(xiàn),不同極槽配合的電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的周期與齒槽轉(zhuǎn)矩的周期有所不同,基于齒槽轉(zhuǎn)矩周期設(shè)計(jì)的永磁體分段斜極角對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的削弱效果十分有限。提出了基于轉(zhuǎn)矩波動(dòng)周期設(shè)計(jì)永磁體分段斜極角的方法。對(duì)6種極槽配合電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的削弱效果進(jìn)行了仿真分析,表明提出方法設(shè)計(jì)的分段斜極角可大大削弱轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。其次,分析了不同表貼式永磁體形狀和充磁方向?qū)﹄姍C(jī)性能和參數(shù)的影響,優(yōu)化了永磁體的形狀及充磁方向,對(duì)優(yōu)化的永磁體進(jìn)行了樣機(jī)實(shí)驗(yàn),證明樣機(jī)反電動(dòng)勢(shì)基波幅值有所提高且諧波含量較低。為校核永磁體設(shè)計(jì)的合理性,避免產(chǎn)生不可逆退磁,采用有限元分析電機(jī)的磁路參數(shù),計(jì)算永磁體空載工作點(diǎn),并分析了設(shè)計(jì)的電機(jī)在額定運(yùn)行狀態(tài)和3倍電流起動(dòng)狀態(tài)下永磁體在120℃時(shí)不發(fā)生不可逆退磁。最后,推導(dǎo)了約束條件下繞組銅損的解析表達(dá)式,建立了定子槽坐標(biāo)模型,分析了定子外徑、定子磁密且輸出轉(zhuǎn)矩為約束條件時(shí)使繞組銅損最小的定子內(nèi)徑。根據(jù)實(shí)際控制算法,采用Simplorer建立了控制系統(tǒng)的模型,采用有限元方法分析了電機(jī)在實(shí)際控制系統(tǒng)下內(nèi)部磁場(chǎng)和鐵損的變化,分析結(jié)果表明變頻器供電條件下電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)諧波含量和鐵芯損耗大大增加,鐵芯損耗約為正弦波供電時(shí)的2倍。根據(jù)仿真分析得到的繞組銅損和鐵芯損耗,采用熱路網(wǎng)絡(luò)法分析得到等效熱阻和各節(jié)點(diǎn)溫度。與實(shí)驗(yàn)對(duì)比驗(yàn)證了分析結(jié)果的正確性。
【關(guān)鍵詞】：永磁同步電機(jī) 轉(zhuǎn)矩波動(dòng) 永磁體 損耗分析 溫度場(chǎng)分布
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM341;TP242
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 緒論7-13
• 1.1 課題背景及研究意義7
• 1.2 永磁同步電機(jī)研究現(xiàn)狀7-11
• 1.2.1 轉(zhuǎn)矩波動(dòng)7-9
• 1.2.2 永磁體的優(yōu)化及校核9-10
• 1.2.3 損耗及溫升10-11
• 1.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容11-13
• 第二章 永磁同步電機(jī)的基本理論13-17
• 2.1 永磁材料的熱穩(wěn)定性分析13
• 2.2 永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型13-16
• 2.3 本章小結(jié)16-17
• 第三章 基于永磁體分段斜極的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)削弱方法17-33
• 3.1 齒槽轉(zhuǎn)矩解析分析17-19
• 3.2 齒槽轉(zhuǎn)矩削弱措施研究19-27
• 3.2.1 齒頂開輔助槽削弱齒槽轉(zhuǎn)矩20-25
• 3.2.2 永磁體分段斜極削弱齒槽轉(zhuǎn)矩25-27
• 3.3 分?jǐn)?shù)槽集中繞組電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)規(guī)律研究27-29
• 3.4 永磁體分段斜極削弱轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的設(shè)計(jì)29-32
• 3.4.1 基于轉(zhuǎn)矩波動(dòng)周期的永磁體分段斜極角設(shè)計(jì)29-30
• 3.4.2 仿真驗(yàn)證30-32
• 3.5 本章小結(jié)32-33
• 第四章 永磁體的優(yōu)化設(shè)計(jì)及其工作點(diǎn)的有限元分析33-47
• 4.1 永磁體形狀與充磁方式的優(yōu)化設(shè)計(jì)33-38
• 4.1.1 永磁體形狀與充磁方式對(duì)諧波含量的影響35-36
• 4.1.2 永磁體形狀與充磁方式對(duì)齒槽轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)影響36-37
• 4.1.3 永磁體形狀與充磁方式對(duì)損耗的影響37-38
• 4.2 永磁體形狀的工藝可行性分析38-39
• 4.2.1 永磁體形狀與永磁材料利用率的關(guān)系38-39
• 4.2.2 不同形狀永磁體的加工與裝配39
• 4.3 永磁體的優(yōu)化設(shè)計(jì)及樣機(jī)實(shí)驗(yàn)39-40
• 4.4 永磁體空載工作點(diǎn)分析與退磁校核40-46
• 4.4.1 永磁體空載工作點(diǎn)分析40-44
• 4.4.2 永磁體局部退磁校核44-46
• 4.5 本章小結(jié)46-47
• 第五章 永磁同步電機(jī)損耗及溫度場(chǎng)分析47-63
• 5.1 約束條件下定子內(nèi)徑的設(shè)計(jì)對(duì)銅損的影響47-52
• 5.1.1 約束條件下的繞組銅損解析分析47-48
• 5.1.2 基于坐標(biāo)表示的定子槽建模48-50
• 5.1.3 最優(yōu)定子內(nèi)徑解析分析50-52
• 5.1.4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證52
• 5.2 變頻器供電條件下鐵芯損耗的仿真分析52-58
• 5.2.1 基于Simplorer電機(jī)控制系統(tǒng)的仿真53-55
• 5.2.2 不同供電條件下定子磁場(chǎng)分析55-57
• 5.2.3 鐵芯損耗仿真與實(shí)驗(yàn)對(duì)比57-58
• 5.3 永磁同步電機(jī)溫度場(chǎng)分析58-61
• 5.3.1 熱分析中電機(jī)模型的建立及材料熱系數(shù)和熱源的確定58-61
• 5.3.2 基于Motor CAD的溫度場(chǎng)分析與實(shí)驗(yàn)61
• 5.4 本章小節(jié)61-63
• 第六章 永磁同步電機(jī)性能測(cè)試63-69
• 6.1 永磁體分段斜極削弱齒槽轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的實(shí)驗(yàn)63-65
• 6.1.1 齒槽轉(zhuǎn)矩測(cè)試63-64
• 6.1.2 轉(zhuǎn)矩波動(dòng)實(shí)驗(yàn)64-65
• 6.2 不同永磁體形狀和充磁方式對(duì)電機(jī)性能的影響實(shí)驗(yàn)65-67
• 6.2.1 齒槽轉(zhuǎn)矩實(shí)驗(yàn)65-66
• 6.2.2 空載反電勢(shì)實(shí)驗(yàn)66-67
• 6.2.3 空載損耗實(shí)驗(yàn)67
• 6.3 本章小節(jié)67-69
• 第七章 主要結(jié)論與展望69-71
• 7.1 主要結(jié)論69
• 7.2 展望69-71
• 致謝71-72
• 參考文獻(xiàn)72-75
• 附錄: 作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文75

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