混合励磁双凸极电机基本性能研究

论文摘要

本文主要致力于并列式混合励磁双凸极电机基本性能的研究。在分析和总结永磁双凸极电机、电励磁双凸极电机和混合励磁双凸极电机的结构、原理和基本特性研究现状的基础上,对并列式混合励磁双凸极电机的结构和原理、发电机运行原理和特性、电动机运行原理和特性进行了研究。首先对并列式混合励磁双凸极电机的基本结构和工作原理进行了分析。根据电路和磁路原理建立混合励磁双凸极电机的数学模型。讨论了电机中基本参量与永磁/电励磁两部分铁芯长度比例的关系。采用二维有限元法进行数值计算,得出电机磁链、电势、电感等静态特性。并结合发电运行和电动运行的实际通电区间,讨论了区间等效电感特性。结合磁场分析对双凸极电机电枢反应进行了研究,对比了发电运行和电动运行时电枢反应异同点,及永磁双凸极电机与电励磁双凸极电机电枢反应异同点,并研究了不同永磁/电励磁长度比例对静态特性的影响。研究了不同励磁方式下的双凸极无刷直流发电机。研究了滑出端发电、滑入端发电、及滑入滑出端均发电的三种发电方式。阐述了各种发电方式下的工作原理。揭示了不同发电方式下换相重叠及电枢反应的异同,重点研究了滑入滑出端均发电方式下发电机的工作模态,讨论了励磁电流、转速、负载性质和大小对换相重叠的影响。研究了不同发电方式下电流区间差异及电枢反应影响的不同。对双凸极无刷直流发电机的空载特性、外特性、短路特性和调节特性进行了研究。给出了三种发电方式下的特性对比研究,及直槽、斜槽转子电机特性的区别。研究了永磁与电励磁两段长度比例lpm/lem对发电机运行特性的影响。揭示了并列式混合励磁双凸极发电机负励磁电流下,发电中有电动的特殊规律。研究了不同励磁方式下的双凸极无刷直流电动机。适应斜槽转子双凸极电机的电势波形特点,把三相六状态换流模式引入到斜槽转子双凸极电动机的控制中,对比了直槽与斜槽两种不同转子结构电动机控制方式的异同点。研究了用于双凸极电动机调速控制的单斩电流滞环PWM控制方式,揭示了双凸极电动机中一类特殊的浮空相电流尾巴的产生机理,探讨了浮空相电流尾巴对系统运行的影响。计及换相过程、电流尾巴出现区域给出双凸极电动机工作原理,提出同时考虑绕组端电压和绕组电流方向的模态分析方法。提出“发电粗调,电动微调”的霍尔位置调整方法。研究了双凸极无刷直流电动机的转矩电流特性、机械特性、调速特性和效率特性。阐述了并列式混合励磁双凸极电动机中电动中有发电的特殊规律。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 图表清单
• 第1章 绪 论
• 1.1 课题背景和研究意义
• 1.2 双凸极电机的研究现状
• 1.2.1 永磁双凸极电机研究现状
• 1.2.2 电励磁双凸极电机研究现状
• 1.2.3 混合励磁双凸极电机研究现状
• 1.3 本课题的研究内容
• 1.3.1 混合励磁双凸极电机新结构
• 1.3.2 研究内容
• 第 2 章 混合励磁双凸极电机的基本原理
• 2.1 引言
• 2.2 双凸极电机的结构和工作原理
• 2.2.1 三相双凸极电机结构
• 2.2.2 电机旋转正方向和转子位置角的定义
• 2.2.3 电机的磁链、电势和频率
• 2.2.4 电机滑入过程、滑出过程的定义
• 2.2.5 电机相绕组磁链、电势、电流正方向及同名端的定义
• 2.2.6 直槽与斜槽转子结构
• 2.2.7 电机正、负励磁的定义
• 2.3 双凸极电机的数学模型
• 2.3.1 磁链方程
• 2.3.2 感生电势
• 2.3.3 电压方程
• 2.3.4 转矩方程
• 2.3.5 机械运动方程
• 2.3.6 DSHE 电机中基本参量与永磁/电励磁长度比例的关系
• 2.4 电机的电磁场仿真分析与静态特性
• 2.4.1 空载磁场分析
• 2.4.2 空载磁链、电势、电感特性
• 2.4.3 负载分析
• 2.5 不同长度比例 LPM/LEM下 DSHE 电机电势和电感的规律
• 2.6 小结
• 第 3 章 混合励磁双凸极无刷直流发电机基本运行特性
• 3.1 不同励磁方式下的双凸极无刷直流发电机
• 3.2 三相双凸极无刷直流发电机的几种发电方式
• 3.2.1 SRG 发电方式（滑出端发电方式）
• 3.2.2 DSG1 发电方式（滑入端发电方式）
• 3.2.3 DSG2 发电方式（滑入、滑出端均发电）
• 3.3 双凸极无刷直流发电机原理分析
• 3.3.1 空载分析
• 3.3.2 负载分析
• 3.3.3 短路分析
• 3.3.4 小结
• 3.4 工作特性
• 3.4.1 空载特性
• 3.4.2 外特性
• 3.4.3 短路特性
• 3.4.4 调节特性 If= f（I0）
• 3.5 两段长度比例 LPM/LEM的影响
• 3.5.1 空载特性
• 3.5.2 外特性
• 3.5.3 调节特性
• 3.5.4 小结
• 3.6 DSHE 电机发电工作的运行模式
• 3.6.1 DSHE 电机的三种运行模式
• 3.6.2 小结
• 3.7 三种发电方式下电枢绕组铜损对比分析
• 3.8 本章小结
• 第 4 章 混合励磁双凸极无刷直流电动机基本工作特性
• 4.1 双凸极无刷直流电动机
• 4.1.1 系统结构
• 4.1.2 电机本体
• 4.1.3 功率变换器
• 4.1.4 控制电路
• 4.1.5 位置检测器
• 4.2 双凸极电机电动工作方式
• 4.2.1 直槽转子双凸极电动机通电规律
• 4.2.2 斜槽转子双凸极电动机通电规律
• 4.2.3 三相桥式功率变换器及三相六状态工作方式
• 4.3 单斩式电流滞环控制方式
• 4.4 稳态工作原理分析
• 4.4.1 原理分析
• 4.4.2 实验验证
• 4.5 电流尾巴
• 4.5.1 电流尾巴产生机理
• 4.5.2 电流尾巴的脉动特性
• 4.5.3 电流尾巴出现时刻及消失时刻
• 4.5.4 电流尾巴对电机运行的影响
• 4.5.5 电流尾巴的大小
• 4.5.6 其它因素对电流尾巴的影响
• 4.5.7 不产生电流尾巴的双斩调制
• 4.5.8 小结
• 4.6 模态分析方法
• 4.6.1 同时考虑绕组端电压和电流方向的模态分析方法
• 4.6.2 单斩上管 PWM 调制方式下的模态分析
• 4.6.3 小结
• 4.7 霍尔位置调整方法
• 4.7.1 两种基本的发电态位置调整方法
• 4.7.2 “发电粗调,电动微调”位置调整方法
• 4.8 双凸极电动机运行特性
• 4.8.1 双凸极电动机的机械特性
• 4.8.2 双凸极电动机转矩电流特性
• 4.8.3 调速特性
• 4.8.4 双凸极电动机的效率特性
• 4.9 本章小结
• 第 5 章 全文总结与展望
• 5.1 全文工作总结
• 5.2 后续研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A
• 附录 B