低压大功率多支路永磁同步电动机参数计算及绕组端部电磁力分析

论文摘要

大型机械装备通常采用高压感应电动机作为驱动系统,同时需要变速的场合常采用高压变频器来进行调速。采用高压变频调速系统带来的问题主要是高压变频器的谐波大,对电网和电机都有影响。另外,其价格也是非常昂贵；而且感应电机的效率和功率因数都与其负载率密切相关,在负载率较低的情况下,其效率和功率因数下降非常明显。为了解决上述问题,本文提出了低压大功率多支路永磁同步电动机（LHMB-PMSM）的思想。本文的主要工作如下：通过分析低压大功率多支路永磁同步电动机的结构特点,结合传统永磁电机的数学模型,给出了低压大功率多支路永磁同步电动机的电压、磁链及转矩方程。并介绍了其定子绕组和接线端子排的结构特点。把低压大功率多支路永磁同步电动机的运行状态分解为等效的直轴状态和等效的交轴状态,利用Ansoft软件分别求解样机在等效直轴状态和等效交轴状态下的气隙磁通密度,利用Matlab软件对气隙磁通密度波形进行傅立叶分解,求取基波磁通密度,再根据永磁同步电动机的相量图,电枢反应电动势,最后求取电枢反应电抗参数。并通过实验测得不同位置下,样机定子绕组的电感,进而求出同步电抗。将计算值与实测值进行比较。最后利用Ansfot12.0软件建立30kW、8极、8支路样机端部的3D有限元分析模型,并对其进行计算。通过后处理,给出了定子冲片和端部空气中的磁感应强度分布图,和定子绕组的电流密度分布图。并对一个极下的绕组受力进行分析与计算,通过数值计算结果给出了每一相绕组受到最大电磁力的时间和位置。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 选题依据
• 1.3 有限元法在计算电磁学发展中的地位
• 1.4 电机端部磁场计算在国内外发展的趋势
• 1.5 本课题研究的主要工作
• 第二章 多支路永磁电动机的结构分析与数学模型
• 2.1 多支路永磁电动机结构分析
• 2.1.1 定子绕组特点
• 2.1.2 多支路永磁同步电动机电源接线端子排特点
• 2.1.3 多支路永磁同步电动机的供电系统
• 2.2 低压大功率多支路永磁同步电动机数学模型
• 2.2.1 多支路永磁同步电机的相间互感研究
• 2.2.2 多支路永磁同步电动机不同支路间的互感研究
• 2.2.3 多支路永磁同步电动机dq0坐标系下的电压方程
• 2.2.4 多支路永磁同步电动机dq0坐标系下的磁链方程
• 2.2.5 多支路永磁同步电动机dq0坐标系下的转矩方程
• 第三章 低压大功率多支路永磁同步电动机参数计算
• 3.1 概述
• 3.2 样机2D有限元模型
• 3.3 利用有限元法求解多支路永磁同步电动机的电抗参数
• 3.3.1 等效直轴状态下计算Xad
• 3.3.2 等效交轴状态下计算Xaq
• 3.4 电抗参数的测试
• 3.5 本章小节
• 第四章 基于Ansoft12.0软件的绕组端部电磁力分析
• 4.1 定子端部磁场的分析与计算
• 4.1.1 端部磁场的求解方法
• 4.1.2 端部的边界条件
• 4.2 端部的磁感应强度和电磁力
• 4.3 样机的有限元模型
• 4.4 样机的有限元分析
• 4.5 定子端部绕组受力分析
• 4.6 本章小节
• 第五章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢