论文题目: 永磁体涡流损耗的有限元分析及其对电机性能的影响研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 电机与电器
作者: 李娟
导师: 王晓远
关键词: 永磁电机,涡流场,有限元,瞬态分析,谐波,优化
文献来源: 天津大学
发表年度: 2005
论文摘要: 永磁同步电机是由永磁体建立励磁磁场的同步电机,电机结构较为简单,降低了加工和装配费用,提高了电机运行的可靠性;又因无需励磁电流,省去了励磁损耗,提高了电机的效率和功率密度。目前,永磁体多为钕铁硼等高能量稀土类磁体,这是由其具有较高的矫顽力和剩磁所决定的,但它的导电率高且耐热性能差。当外磁场发生变化时,永磁体就会产生涡流导致发热。因此,很有必要对转子永磁体内的涡流进行计算和分析,并采取相应的解决办法。本文主要针对永磁电机钕铁硼永磁材料内的涡流场及其对电机性能的影响等相关问题展开了研究。具体内容如下:回顾了永磁电机的研究历史、发展现状和主要应用,介绍了永磁电机电磁场计算的研究背景和现状。根据永磁电机转子永磁体内涡流场分析的特点,分别建立了二维涡流场和三维涡流场的控制方程。在对二维涡流场进行分析时,本文选用矢量磁位作为未知函数计算磁场与涡流问题。对于三维涡流分析,本文采用A,φ?A法。在建立控制方程时,考虑了电机的运动效应。针对永磁同步电机自身的特点,通过二维电磁场有限元方法分别求解了空载时和负载时电机内的磁场和永磁体内的涡流,其中包括有铁心电机由于齿槽的存在而引起的涡流和不同电机运行速度下的涡流。采用了瞬态分析,根据瞬态计算出的数据绘出了矢量磁位和涡流波形,并得出永磁体内的涡损分布图。最后通过分析波形得出了影响永磁体内涡流的因素以及应采取的措施。提出了一个计算永磁同步电机转子永磁体内涡流损耗密度的公式。利用有限元法对永磁同步电机进行三维建模求解了电机通电时永磁体内的涡流损耗,验证了公式的正确性。利用有限元法进行了磁场模拟和计算,分析了在端电压不变的条件下,由于永磁体内涡流产生的磁场和电枢电流产生的变化磁场的相互作用,电枢电流产生非正弦的变化,并且画出了电流的畸变波形。通过简化实验测量出的电流证明了计算的正确性。分析和讨论了电枢电流变化对电机性能的影响。通过对永磁电机结构的研究,分别从设计磁路和设计转子两方面,针对减小永磁电机转子涡流损耗,提出了永磁电机结构优化设计方案。通过有限元软件仿真计算初步验证了方案的可行性。
论文目录:
中文摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 永磁电机的发展
1.1.1 概述
1.1.2 永磁电机的种类
1.2 永磁电机电磁场计算国内外发展状况
1.3 本课题研究的目的和意义
1.4 本课题研究的内容及主要工作
第二章 永磁电机转子永磁体内的涡流场及其分析方法
2.1 电机电磁场的基本理论依据
2.1.1 电机电磁场的数理基础
2.1.2 求解麦克斯韦方程的辅助位函数及其方程
2.1.3 边界条件的类型及处理方法
2.2 永磁电机转子永磁体内涡流场分析的特点及其数学模型
2.2.1 二维涡流分析的特点及其数学模型的建立
2.2.2 三维涡流分析的特点及其数学模型的建立
2.3 永磁电机转子永磁体内涡流场的求解
2.3.1 求解电机电磁场问题的数学方法
2.3.2 分析涡流场的具体方法
第三章 永磁电机转子永磁体内涡流场的有限元分析
3.1 涡流场的有限元基本理论
3.1.1 有限元法的实施
3.1.2 瞬态涡流场
3.2 转子永磁体内涡流场的有限元分析
3.2.1 涡流损耗大小的决定因素
3.2.2 钕铁硼材料中涡流场计算的特点
3.2.3 永磁电机涡流场有限元分析的前、后处理
3.3 涡流场仿真结果及其分析
3.3.1 应用有限元软件的涡流场有限元计算及仿真结果
3.3.2 应用轴向充磁磁钢的盘式无铁芯电机仿真结果及结论
第四章 永磁体内涡流损耗的计算及其对电机性能影响的分析
4.1 永磁体内涡流损耗密度的计算
4.1.1 针对钕铁硼材料提出的涡流损耗密度计算公式及其推导
4.1.2 应用有限元软件的仿真结果验证公式
4.2 涡流场对永磁电机性能影响的有限元分析及实验
第五章 针对减小涡流损耗提出的永磁电机结构优化设计方案
5.1 从设计磁路出发的永磁电机结构优化方案
5.2 从设计转子出发的永磁电机结构优化方案
第六章 结论
参考文献
发表论文及科研情况的说明
致谢
发布时间: 2007-04-17
参考文献
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