切向/径向磁路并联结构混合励磁同步发电机的研究

论文摘要

混合励磁同步电机中既有永磁体又有励磁绕组,两个磁势源同时存在,它集成了电励磁同步电机调磁方便和永磁同步电机效率高、转矩/质量比大等优点,同时又克服了永磁同步电机磁场调节难的缺陷,应用前景广泛。本文首先提出了切向/径向磁路并联结构的混合励磁同步发电机（Tangential/Radial Hybrid Excitation Synchronous Generator,以下简称T/R-HESG）的结构并详细介绍了工作原理,在此基础上给出了等效磁路,从磁路的角度分析了磁场调节的原理,总结了电机的特点。为了进一步的研究,在T/R-HESG技术参数基础上,设计了电枢绕组的连接方案,计算了电机结构的主要参数,包括主要尺寸的计算、定子槽的设计、电枢槽满率的核算和永磁体尺寸大小的确定,从而利用JMAG-Studio软件建立了二维有限元模型,通过仿真分析了T/R-HESG的各种特性,最后计算了电枢反应电抗和漏抗,为电机进一步优化设计奠定了基础。为了分析T/R-HESG的结构参数对电机性能的影响情况,建立了多种情况下的模型,包括气隙长度不同、磁钢宽度不同和铁心长度不同三种情况,并对电枢线径和每相串联匝数对电机的影响作了定性分析。另外对永磁体故障状态下的四种情况做了建模分析,分析了对电机气隙磁密和输出功率等性能参数的影响。最后,设计了T/R-HESG旋转整流器式无刷励磁系统。设计了励磁机结构,并建模分析了励磁机工作时的电流放大特性,仿真结果表明符合主发电机T/R-HESG工作时对励磁电流的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 HESM 国内外研究现状
• 1.2.1 串联磁路式HESM 的研究现状
• 1.2.2 并联磁路式HESM 的研究现状
• 1.2.3 HESM 特点及应用前景
• 1.3 本文研究的主要内容
• 1.4 本章小结
• 第二章 T/R-HESG 的基本原理
• 2.1 T/R-HESG 结构
• 2.2 T/R-HESG 的工作原理及其等效磁路分析
• 2.2.1 T/R-HESG 的工作原理
• 2.2.2 等效磁路与永磁体工作点分析
• 2.3 T/R-HESG 的特点
• 2.4 本章小结
• 第三章 T/R-HESG 有限元建模与静态特性分析
• 3.1 技术参数和性能要求
• 3.2 T/R-HESG 电机设计
• 3.2.1 绕组连接方案的确定
• 3.2.2 主要结构参数的计算
• 3.3 电机有限元建模
• 3.4 T/R-HESG 特性研究
• 3.4.1 空载特性分析
• 3.4.2 外特性分析
• 3.4.3 调节特性分析
• 3.4.4 短路特性分析
• 3.4.5 电枢反应电抗和漏抗的计算
• 3.5 本章小结
• 第四章 T/R-HESG 结构优化和永磁体故障分析
• 4.1 结构参数对电机性能的影响
• 4.1.1 气隙δ对电机性能参数的影响
• 4.1.2 磁钢宽度对电机性能参数的影响
• ef对电机性能参数的影响'>4.1.3 铁心长度l_ef对电机性能参数的影响
• 4.2 永磁体故障时电机性能的研究
• 4.2.1 一块永磁体故障时对电机性能的影响
• 4.2.2 两块永磁体故障时对电机性能的影响
• 4.2.3 三块永磁体故障时对电机性能的影响
• 4.2.4 永磁体全部故障时对电机性能的影响
• 4.3 本章小结
• 第五章 T/R-HESG 的励磁及无刷化方案
• 5.1 励磁系统方案选择
• 5.1.1 他励型式
• 5.1.2 自励型式
• 5.1.3 三次谐波励磁
• 5.1.4 旋转整流器式无刷励磁
• 5.2 无刷化结构方案设计
• 5.2.1 励磁机的设计
• 5.2.2 励磁机建模分析
• 5.2.3 无刷励磁系统建模分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 全文总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 进一步研究工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文