开关磁通永磁同步电机系统的实验研究

论文摘要

随着国内外对于混合动力汽车研究的深入,如何设计小型高效的电机是当今世界电机研究的一个重要的方向。开关磁通永磁同步电机同时拥有永磁电机和开关磁阻电机的优点,是一种新型的可调速永磁电机。本文对于开关磁通永磁同步电机系统的分析研究,建立在国内外对于该种电机的结构以及理论分析之上,通过实验、理论分析与Ansoft Maxwell仿真相结合的方法,对电机永磁体和电机气隙结构进行了研究。介绍了12/10极三相开关磁通永磁同步电机的结构特点、旋转变压器的工作原理、逆变器的原理及其导通顺序、电机的运行原理、控制策略以及在FSPM的基础之上衍生出来的一些新型结构电机。建立了电机的三相数学模型和d-q轴上的数学模型。通过用Ansoft Maxwell仿真和理论分析相结合的方法,对比分析了铁氧体永磁体材料和稀土永磁体材料对电机性能的影响,并结合电机的使用环境,总结了如何在不同应用场合下选择合适的永磁体材料。采用有限元分析的思想,将电机内部实际存在的多种三维交变磁场进行简化,构建了电机定子和转子之间的气隙模型。根据有源网络的戴维南定理（Thevenin theorem）,等效和简化了电机的磁路。结合理论分析和Ansoft Maxwell仿真对两种不同气隙结构的电机进行了仿真,研究非对称气隙对于电机性能影响。总结了开关磁通永磁同步电机设计的一般方法,介绍了逆变器自身电参数的设置对于开关磁通永磁同步电机性能的影响,以及电机参数的选择对于逆变器的影响,总结了兼顾电机性能和逆变器影响的电机设计方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 课题研究的背景和意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 应用前景
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第2章 电机原理及主要参数确定
• 2.1 电机系统的基本结构
• 2.1.1 电机机械本体结构
• 2.1.2 位置传感器
• 2.1.3 功率驱动变换器
• 2.2 电机工作原理
• 2.2.1 磁通切换原理
• 2.2.2 电机的运行原理
• 2.3 电机的数学模型
• 2.3.1 基本假设
• 2.3.2 电机磁链方程
• 2.3.3 电机电压平衡方程
• 2.3.4 电机的功率及转矩方程
• 2.4 矢量控制原理
• 2.5 电机的改进与测试
• 2.6 本章小结
• 第3章 对电机永磁体的研究
• 3.1 Ansoft Maxwell简介
• 3.2 永磁体材料
• 3.2.1 永磁体主要参数
• 3.2.2 常用的永磁体材料及其优缺点
• 3.2.3 永磁材料的选择
• 3.3 分析对比条件
• 3.4 有限元分析
• 3.5 弱磁特性
• 3.6 分析结果对比
• 3.6.1 对启动转矩的影响
• 3.6.2 对转速的影响
• 3.7 本章小结
• 第4章 对电机非对称气隙的研究
• 4.1 电机气隙磁路建模
• 4.2 电机磁路简化
• 4.3 气隙结构
• 4.4 磁场对比分析
• 4.5 启动性能分析
• 4.5.1 对转矩的影响
• 4.5.2 对转速的影响
• 4.6 本章小结
• 第5章 FSPM的一般设计方法
• 5.1 电机尺寸的确定
• 5.2 逆变器的影响
• 5.3 线圈绕组匝数的确定
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢