混合磁极永磁发电机的研究

论文摘要

本文对两种混合磁极永磁电机进行了研究,一种是由美国威斯康星大学提出的有刷电机;另一种是由导师提出的无刷双馈混合磁极永磁电机。本文对这两种电机的计算和设计进行了全面的论述,并通过样机实验证实了理论计算和设计的正确性,表明这两种电机都具有良好的混合励磁性能,并具有效率高和功率密度高的特点。文中通过磁路阐明了有刷混合磁极永磁电机与无刷双馈混合磁极永磁电机的工作原理,分别建立了两种电机在dq0坐标下的数学模型,并进行了运行分析。分析表明,电机具有励磁效率高、气隙磁通调节范围宽等优点。文中阐述了这两种电机的设计特点,提出了混合磁极永磁电机的设计流程,指出了运用有限元计算电磁场和运用齿磁通法计算绕组电压在设计电机中的重要作用,并对有限元计算混合磁极永磁电机磁场的求解过程,以及齿磁通法在混合磁极永磁电机的应用作了介绍。文中采用有限元计算了这两种电机的电磁场分布,分析了电机各部分尺寸对电机性能的影响,确定了这种两种电机各部分的尺寸选择比例。分析结果表明,这种两种电机可利用现有的四极电机冲片,从而给出了200KW以下不同额定容量的电机冲片设计。这样,不仅大大节省电机的试制成本,而且为这两种电机的的系列化设计提供了方便。文中采用齿磁通法计算了两种电机的电压波形、空载特性曲线和负载特性曲线。基于齿磁通法原理计算了混合磁极永磁电机的电感波形,分析了电感波形畸形的原因。计算了两种电机各方面的损耗。计算结果表明,电机具有励磁功率小,电压调节范围宽,运行效率高等优点。最后根据对电机的计算分析,设计并试制了两种样机:有刷混合磁极永磁电机与无刷双馈混合磁极永磁电机。通过实验证实了设计方案的可行性和正确性,以及计算方法的准确性,为今后这种电机的系列化设计和优化设计奠定良好的基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及意义
• 1.2 混合励磁永磁电机的研究现状
• 1.2.1 混合励磁永磁电机的基本类型
• 1.2.2 径向混合励磁永磁电机的研究现状
• 1.2.3 混合磁极永磁电机的研究现状
• 1.3 本论文主要内容
• 第2章 混合磁极永磁电机的原理分析
• 2.1 有刷混合磁极永磁电机的原理分析
• 2.1.1 有刷混合磁极永磁电机的结构与磁路分析
• 2.1.2 有刷混合磁极永磁电机的数学模型
• 2.1.3 有刷混合磁极永磁电机的运行分析
• 2.2 无刷双馈混合磁极永磁电机的原理分析
• 2.2.1 无刷双馈混合磁极永磁电机的结构与磁路分析
• 2.2.2 无刷双馈混合磁极永磁电机数学模型
• 2.2.3 无刷双馈混合磁极永磁电机的运行分析
• 2.3 小结
• 第3章 混合磁极永磁电机的设计方法
• 3.1 混合磁极永磁电机的设计特点
• 3.2 设计的总体思路和步骤
• 3.3 混合磁极永磁电机电磁场计算
• 3.4 齿磁通法计算电机绕组电压
• 3.5 小结
• 第4章 电机冲片的电磁场分析和设计
• 4.1 有刷混合磁极永磁电机电磁场分析
• 4.2 无刷双馈混合磁极永磁电机电磁场分析
• 4.3 电机冲片设计
• 4.4 小结
• 第5章 电机的绕组和铁芯长度设计
• 5.1 有刷混合磁极永磁电机绕组设计
• 5.2 有刷混合磁极永磁电机铁芯长设计
• 5.3 无刷双馈混合磁极永磁电机绕组设计
• 5.4 无刷双馈混合磁极永磁电机铁芯长设计
• 5.5 小结
• 第6章 混合磁极永磁电机的特性与参数计算
• 6.1 有刷混合磁极永磁电机的特性曲线
• 6.2 无刷双馈混合磁极永磁电机的特性曲线
• 6.3 有刷混合磁极永磁电机电感参数计算
• 6.4 无刷双馈混合磁极永磁电机电感参数计算
• 6.5 小结
• 第7章 混合磁极电机的样本测试与结果分析
• 7.1 有刷混合磁极永磁电机测试与结果分析
• 7.2 无刷双馈混合磁极永磁电机测试与结果分析
• 7.3 小结
• 第8章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录 混合磁极永磁电机电磁程序和算例
• 攻读学位期间的研究成果