永磁同步伺服电动机的设计研究

论文摘要

永磁同步电动机交流伺服系统作为交流伺服系统的主流,在工业生产自动化领域中应用广泛、前景广阔。永磁同步伺服电动机作为伺服系统的执行机构,其性能的优劣在很大程度上决定了整个伺服系统的性能。因此,精心设计性能优异的永磁同步伺服电动机具有重要的理论意义和应用价值。本课题系统研究了永磁同步伺服电动机的本体设计,包括设计方法、性能计算、有限元分析、参数计算、控制仿真、实验测试等。首先,综述和分析了永磁同步伺服电动机的研究现状、存在问题和发展前景,研究了永磁同步伺服电动机的设计特点和方法。开发了永磁同步伺服电动机的电磁计算程序,结合有限元计算数值的校正,完成对样机的性能计算,计算结果较为准确。接着,深入分析永磁同步伺服电动机的气隙磁场,得到充磁方式、极弧系数、不均匀气隙、永磁体厚度等因素对气隙磁场的影响,绘制了各因素对气隙磁场基波和谐波总量影响的曲线,通过优化设计,得到了明显改善的正弦气隙磁场。并拓展研究总结了不同永磁体形状和尺寸对永磁直流电动机在换向和性能上的影响,取得有实用价值的研究成果。然后,基于Ansoft、MagNet电磁分析软件建立了永磁同步伺服电动机的有限元分析模型,深入研究了电机的反电势波形、稳态运行性能和齿槽转矩,计算了直、交轴同步电抗等重要参数。建立了永磁同步伺服电动机I_d=0控制的Matlab/simulink仿真模型,并进行了仿真研究。最后,对永磁同步伺服电动机进行了实验测试和分析,包括反电势波形与磁场波形测试、性能曲线测试、直交轴同步电抗的测量。对测试结果与设计结果进行了比较分析,验证了设计方法的正确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 永磁同步伺服电动机的研究现状和发展前景
• 1.2.1 永磁同步伺服电动机简介
• 1.2.2 永磁同步伺服电动机的研究现状
• 1.2.3 永磁同步伺服电动机设计所存在问题和发展前景
• 1.3 本文主要研究内容与论文章节安排
• 第2章 永磁同步伺服电动机的设计分析
• 2.1 永磁同步伺服电动机的基本理论
• 2.1.1 永磁同步伺服电动机的基本原理
• 2.1.2 永磁同步伺服电动机的数学模型
• 2.2 永磁同步伺服电动机的设计
• 2.2.1 设计思路和方法
• 2.2.2 主要尺寸及气隙选择
• 2.2.3 定子槽形与绕组设计
• 2.2.4 转子磁路结构的选择
• 2.2.5 永磁材料和极数的选择
• 2.3 永磁同步伺服电动机的磁路法计算
• 2.3.1 电磁计算程序及结果
• 2.3.2 磁路法计算值和有限元法或测试值的比较
• 2.4 本章小结
• 第3章 永磁同步伺服电动机的有限元分析
• 3.1 电磁场有限元分析软件简介
• 3.2 永磁同步伺服电动机的气隙磁场分析与优化
• 3.2.1 影响气隙磁场的因素分析
• 3.2.2 永磁同步伺服电动机气隙磁场的优化
• 3.3 永磁直流电动机的永磁体形状分析
• 3.3.1 永磁体形状和尺寸对电机性能的影响
• 3.3.2 永磁体形状和尺寸的比较分析及实验测试
• 3.4 永磁同步伺服电动机的稳态性能分析
• 3.4.1 反电势计算与仿真
• 3.4.2 稳态运行分析
• 3.4.3 齿槽转矩分析
• 3.5 重要参数的计算
• 3.5.1 直、交轴同步电抗的计算
• 3.5.2 其它重要参数的计算
• 3.6 本章小结
• 第4章 永磁同步伺服电动机的控制仿真
• 4.1 永磁同步伺服电动机的控制方法
• d=0控制仿真'>4.2 基于Matlab/simulink的I_d=0控制仿真
• 4.2.1 电压源逆变器的SVPWM实现
• 4.2.2 控制系统的建立及仿真结果
• 4.3 本章小结
• 第5章 永磁同步伺服电动机的实验测试与分析
• 5.1 性能测试的实验装置简介
• 5.2 永磁同步伺服电动机的反电势与磁场波形测试及分析
• 5.2.1 反电势波形测试与分析
• 5.2.2 转子磁密波形测试与分析
• 5.3 永磁同步伺服电动机的性能测试
• 5.3.1 电机在不同转速下的性能测试
• 5.3.2 电机在额定负载下的性能测试
• 5.3.3 电机过载能力与恒转矩运行区间的测试
• 5.4 永磁同步伺服电动机的直、交轴同步电抗测试
• 5.4.1 测试系统简介
• 5.4.2 电压积分法测直、交轴同步电抗
• 5.5 本章小结
• 第6章 全文总结
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表（或录用）的学术论文
• 致谢