基于有限元方法的DSPM电机电磁场分析

论文摘要

双凸极永磁电机(Doubly Salient Permanent Magnet Machine,简称DSPM)是一种新型的交流电机,它是随着功率电子学和微电子学的飞速发展而在90年代初出现的。双凸极永磁电机具有结构简单、控制灵活、动态响应快、高可靠性和高效率的优点,可实现各种特殊要求的转矩/转速特性,已成为电机和调速系统研究领域中的一个重点课题。目前,国内外对双凸极永磁电机的研究主要集中在两个方面,一方面是电机的基础理论,另一方面是电机的控制。在回顾了双凸极永磁电机的发展历史、介绍国内外对DSPM电机研究状况及了解系统组成后,本文根据双凸极永磁电机设计的基本理论设计了一台新型的12/8极定子型双凸极永磁电机作为样机,并主要对该样机进行了一些基础研究,主要内容如下:首先简要介绍了双凸极永磁电机的基本结构、工作原理和数学模型;其次,针对DSPM电机定、转子极存在显著的边缘效应和高度的局部饱和的特点,本文运用全场域二维有限元方法进行了电磁场的计算仿真,得到了电机在各种转子位置下的磁场分布规律,分析了电机的静态特性,主要包括电机的磁链特性、电感特性和转矩特性;最后,分析了气隙大小对电机静态特性的影响,发现气隙对DSPM转矩大小及转矩脉动的影响都较大,得到了样机的气隙厚度与输出转矩及转矩脉动的关系,为双凸极永磁电机的进一步研究和优化设计提供理论依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 DSPM电机调速系统的构成及特点
• 1.3 DSPM电机国内外研究概况
• 1.4 本课题研究的主要内容
• 第二章 DSPM电机的工作原理及设计
• 2.1 DSPM电机的基本结构及工作原理
• 2.1.1 DSPM电机的基本结构
• 2.1.2 DSPM电机的工作原理
• 2.2 DSPM电机的数学模型
• 2.2.1 DSPM电压方程
• 2.2.2 DSPM磁链方程
• 2.2.3 DSPM转矩方程
• 2.3 DSPM电机的样机设计
• 2.3.1 DSPM电机的结构特点
• 2.3.2 DSPM电机的尺寸选择
• 2.3.3 DSPM样机设计
• 第三章 DSPM电机的二维有限元分析
• 3.1 电机电磁场的基本理论
• 3.1.1 电磁场的基本方程
• 3.1.2 稳态标量位和矢量位微分方程
• 3.1.3 微分方程及其边界条件的建立
• 3.2 有限元分析方法
• 3.2.1 研究电机电磁场问题的基本方法
• 3.2.2 ANSYS软件介绍
• 3.3 DSPM电机的二维有限元分析
• 3.3.1 DSPM二维有限元计算的基本假设
• 3.3.2 DSPM二维有限元计算模型
• 3.3.3 DSPM二维有限元计算的网格剖分
• 3.3.4 DSPM二维有限元计算边界条件与载荷
• 3.3.5 DSPM二维有限元计算与分析
• 3.3.6 DSPM电机的静态特性
• 第四章 气隙厚度对双凸极永磁电机转矩的影响
• 4.1 DSPM 电机的转矩脉动
• 4.2 DSPM电机的气隙厚度对转矩脉动的影响
• 4.2.1 不同气隙下的永磁磁链特性
• 4.2.2 不同气隙下电机相绕组的电感特性
• 4.2.3 不同气隙下的电机转矩特性
• 第五章 总结
• 参考文献
• 致谢