永磁同步发电机的电磁场分析

论文摘要

永磁同步发电机由于一系列高效节能的优点,在工农业生产、航空航天、国防和日常生活中得到广泛应用,并且受到许多学者的关注,其研究领域主要涉及永磁同步发电机的设计、精确性能分析、控制等方面。本课题作为国家自然科学基金项目《无刷无励磁机谐波励磁的混合励磁永磁电机的研究》的课题,主要研究永磁电机的电磁场空载和负载计算,求出永磁电机的电压波形和电压调整率,为分段式转子的混合励磁永磁电机的研究奠定基础,主要做了以下工作:首先介绍了永磁同步发电机的基本原理,包括永磁同步发电机的结构形式和永磁同步发电机的运行性能,采用传统解析理论给出了电压调整率的计算方法及外特性的计算模型;然后用有限元ANSYS对永磁同步发电机样机进行实体建模,经过定义分配材料、划分网格、加边界条件和载荷、求解计算等,得到矢量磁位A_Z、磁场强度H、磁感应强度B等结果,直观地看出电机内部的磁场分布情况。其次根据电磁场计算结果,应用齿磁通法对其进行后处理。该方法求解转子在一个齿距内不同位置处的磁场,以定子齿的磁通为计算单位,根据绕组与齿的匝链关系,计算出磁链随时间的变化,进而得到永磁同步发电机空、负载时电压大小及波形。通过计算结果与实验结果对比,验证了齿磁通法的正确性,为计算永磁同步发电机各种性能特性提供有力工具。最后,基于齿磁通法对永磁同步发电机的外特性进行了深入研究,定量分析了结构参数对外特性的影响规律,提出了有效降低电压调整率的方法的是:增加气隙长度g的同时,适当增加永磁体的磁化方向的长度hm;此外,要尽量的减少每相串联匝数N和增大导线面积以减小阻抗参数。通过改变电机的结构参数,对其电磁场进行计算,找到永磁电机电压调整率的变化规律,为加电励磁的混合励磁永磁电机做准备,达到稳定输出电压的目的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景及其意义
• 1.2 国内外研究现状和存在的问题
• 1.2.1 永磁电机性能分析方法综述
• 1.2.2 国内外永磁电机电磁场性能分析的研究进展
• 1.2.3 国内外永磁发电机磁场调节的方法
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 永磁同步发电机的基本理论
• 2.1 永磁同步发电机的结构
• 2.1.1 永磁同步发电机的总体结构
• 2.1.2 永磁同步发电机的转子磁路结构
• 2.2 永磁同步发电机的运行性能分析
• 2.2.1 励磁电动势和气隙合成电动势
• 2.2.2 交、直轴电枢反应及电枢反应电抗
• 2.2.3 固有电压调整率
• 2.3 外特性的数学计算模型
• 2.4 小结
• 第3章 永磁同步发电机电磁场的数值计算
• 3.1 概述
• 3.2 有限元方法
• 3.2.1 有限元电磁场理论和边界条件
• 3.2.2 边界条件的确定
• 3.2.3 有限元法的求解步骤
• 3.3 ANSYS软件
• 3.3.1 简介
• 3.3.2 用ANSYS进行电机电磁场分析计算
• 3.3.3 ANSYS电磁场计算的二次开发
• 3.4 用ANSYS进行永磁同步发电机电磁场的计算实例
• 3.4.1 样机的基本参数
• 3.4.2 电磁场计算
• 3.5 小结
• 第4章 永磁同步发电机绕组电压计算
• 4.1 概述
• 4.2 计算绕组感应电动势的傅立叶分解法
• 4.3 计算绕组感应电动势的齿磁通法
• 4.3.1 空载电势计算
• 4.3.2 负载电势计算
• 4.4 端电压计算
• 4.5 计算结果与实验结果的比较
• 4.6 小结
• 第5章 永磁同步发电机外特性的分析研究
• 5.1 概述
• 5.2 结构参数对外特性的影响规律
• 5.2.1 永磁体磁化方向长度hm对外特性的影响
• 5.2.2 线径d对性能参数的影响
• 5.2.3 每相串联匝数N对性能参数的影响
• 5.2.4 气隙g对性能参数的影响
• ef对性能参数的影响'>5.2.5 铁心长度L_ef对性能参数的影响
• 5.3 小结
• 第6章 总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间的研究成果