圆筒型直线电机推力计算及其设计方法的研究

论文摘要

直线电机作为新型动力日益受到人们的重视,在多个领域已经开始应用。直线电机属于特种电机领域,根据工作条件和应用场合不同,直线电机又有了很多的结构,本文研制的应用于油田抽油机的圆筒型直线电机就属于其中的一种。随着数值计算方法的发展及计算机容量的增加,已使我们能有效地解决瞬态电磁场问题。尤其是有限元法的应用,已被证明在处理复杂结构的问题时是非常有效的。所做工作主要包括以下几个部分:首先,分析了圆筒型直线电机的初级和次级的基本工作原理和基本结构,不同于扁平型的直线电机,圆筒型直线电机的初级绕组线圈为饼式线圈,不存在横向端部,大大的提高了绕组的利用率。其次,给出了具体的等效电路,对等效电路的参数从路的角度给出了计算方法。针对于目前应用最广泛的电机电磁场有限元计算方法进行简单的介绍,并把它应用到圆筒型直线电机的磁场分析中,介绍了应用Ansoft软件分析圆筒型直线电机的具体操作步骤和方法,着重介绍坐标系的选取,模型建立,材料属性,以及气隙的处理等等。再次,应用Ansoft软件分析了不同极对数,不同的次级材料和低频时圆筒型直线电机的空载气隙磁场,反电势,绕组电流以及推力。在分析不同极对数时的气隙磁场和推力曲线时,极数越多的直线电机在空载时的气隙磁场分布越具有周期性,推力的波动也随着极数的增加而减小。次级材料的选择对直线电机的性能影响较大,本课题考虑了三种次级材料对直线电机推力的影响。为了提高直线电机的推力,提出了通过降低电源频率来实现的方法,通过Ansoft软件的分析和试验验证了这一结论。最后,通过样机试验,验证了理论的正确性。同时,试验中也发现了一些新的问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景与意义
• 1.2 圆筒型直线电机研究现状和水平
• 1.3 直线电机今后的发展方向
• 1.3.1 实际应用方面
• 1.3.2 理论研究方面
• 1.4 本课题研究的方法和内容
• 1.4.1 本文研究的方法
• 1.4.2 本文研究的内容
• 第二章 圆筒型直线电机结构和绕组设计
• 2.1 直线电机的基本结构和工作原理
• 2.1.1 基本结构
• 2.1.2 工作原理
• 2.2 圆筒型直线电机的初级结构
• 2.3 不同次级材料的圆筒型直线电机的对比
• 2.3.1 渗透深度
• 2.3.2 次级材料的影响
• 2.4 圆筒型直线电机的结构绕组设计分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 圆筒型直线电机参数计算及有限元分析
• 3.1 圆筒型直线电机参数计算
• 3.1.1 主要尺寸的确定
• 3.1.2 电磁负荷
• 3.1.3 等效电路及参数的计算
• 3.2 圆筒型直线电机有限元分析计算
• 3.2.1 有限元法的基本原理
• 3.2.2 变分问题的离散化与有限元方程
• 3.2.3 直线感应电机瞬态磁场的分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 圆筒型直线电机推力的分析
• 4.1 圆筒型直线电机推力的计算原理
• 4.1.1 虚位移原理
• 4.1.2 麦克斯韦张量法原理
• 4.2 圆筒型直线电机的空载气隙磁场
• 4.3 端部效应对圆筒型直线电机推力的影响
• 4.4 不同极对数下对应圆筒型直线电机的推力分析
• 4.5 不同次级材料圆筒型直线电机的推力分析
• 4.6 低频率圆筒型直线电机的推力分析
• 4.7 圆筒型直线电机样机试验
• 4.8 本章小结
• 第五章 结论
• 5.1 总结
• 5.2 存在的问题
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢