同步磁阻永磁电机电磁场及性能分析

论文摘要

同步磁阻永磁电机是同步磁阻和同步永磁电机的有机结合体。该电机综合了同步磁阻和同步永磁电机的特点,展现了一种全新的电机设计和运行概念,具有功率密度高、宽调速范围、效率高、体积小和重量轻等显著优点,在电机调速驱动应用领域中得到愈来愈多的关注和研究。在所设计的4极同步磁阻永磁电机转子永磁体槽中嵌入价格相对较低,磁性能相对较低,工艺性好的塑料粘接钕铁硼永磁体。由于永磁体的磁导率与空气相当,使得直轴磁阻远远大于交轴磁阻,直轴同步电感远小于交轴同步电感,具有较大凸极比ρ=L_q/L_d,可以获得较大的磁阻转矩;同时永磁体在直轴产生一定的永磁磁场,但永磁磁场相对于普通永磁同步电机又偏弱一些,这样即提高了电机的功率因数和效率,而且当采用单位电流最大转矩控制方法弱磁调速时可以充分利用磁阻转矩。由于交轴电感相对很大,弱磁调速时,则依靠调节交轴电枢反应磁链来调整电机气隙合成磁场维持电压平衡,实现宽范围的恒功率弱磁调速。本文在介绍同步磁阻永磁电机结构特点和电磁场有限元数值计算方法基础上,对同步磁阻永磁电机内部电磁场及性能进行分析计算。建立了一系列的样机模型,对样机进行了二维电磁场分析。根据同步磁阻永磁电机空载和负载时磁场分析结果,总结了永磁体厚度、永磁材料属性和气隙长度对电机永磁磁链和电磁转矩的影响,利用磁链增量法计算了负载时的电机交、直轴同步电感和凸极比;分析了电枢电流较大时磁路饱和特性对电机参数的影响,为同步磁阻永磁电机的设计提供了指导。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 同步磁阻永磁电机的来源、发展情况
• 1.3 同步磁阻永磁电机电磁场的分析方法
• 1.4 课题研究的方向和内容
• 第二章 同步磁阻永磁电机的基本理论
• 2.1 同步磁阻永磁电机的结构型式和主要特点
• 2.2 同步磁阻永磁电机的数学模型
• 2.3 本章小结
• 第三章 同步磁阻永磁电机的有限元分析理论
• 3.1 电机电磁场有限元分析的基本理论
• 3.1.1 电机电磁场的基本理论
• 3.1.2 电磁场分析的基本方法
• 3.2 电磁场有限元法基本理论
• 3.2.1 有限元方法的概念
• 3.2.2 有限元方法的特点
• 3.2.3 有限元方法的求解步骤
• 3.2.4 条件变分问题及其离散化
• 3.2.5 恒定磁场的边界条件
• 3.3 同步磁阻永磁电机电磁场的分析方法
• 3.3.1 同步磁阻永磁电机内部电磁场
• 3.3.2 同步磁阻永磁电机电磁场的分析方法
• 3.4 本章小结
• 第四章 同步磁阻永磁电机的电磁场及性能分析
• 4.1 同步磁阻永磁电机电磁场分析模型及参数计算方法
• 4.1.1 同步磁阻永磁电机分析模型
• 4.1.2 同步磁阻永磁电机电磁场分析
• 4.1.3 电机交、直轴电感的计算方法
• 4.2 同步磁阻永磁电机电磁场及性能分析
• 4.2.1 永磁体厚度对电机性能参数的影响
• 4.2.2 永磁材料对电机性能参数的影响
• 4.2.3 气隙长度对电机性能参数的影响
• 4.2.4 电枢电流较大时磁路饱和特性对电机性能参数的影响
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢