宽弱磁调速范围永磁同步主轴电机的研究

论文摘要

永磁同步电机具有高效率、低转矩脉动、高动态性能和高能量密度等特点,现已获得广泛研究和应用。但永磁同步电机永磁体的磁导率接近空气,弱磁升速困难,永磁同步电机是在定子绕组中通入很大的直轴电流,达到弱磁升速的目的,这种方法会增加定子损耗,降低驱动系统效率,并可能导致不可逆退磁。本文的研究工作围绕提升永磁同步电机弱磁扩速能力展开,并进行以下几个方面的研究。首先,从弱磁扩速原理着手,建立永磁同步电机等效矢量磁路,推导其弱磁困难的根源。提出分流齿定子电磁结构,通过该结构电机等效矢量磁路分析其弱磁扩速能力和转矩输出,研究该结构电机的设计方法。其次,借助于FLUX建立永磁同步电机的有限元仿真模型,通过有限元分析,将分流齿永磁同步电机与普通永磁同步电弱磁进行比较,总结分流齿对电机性能的影响规律,为电机优化设计提供理论依据。另外,对电机参数如永磁磁链、直交轴电感进行准确计算,来验证等效矢量磁路分析。再次,研究永磁同步电机弱磁扩速对电机性能的影响,推导电机功率因数与弱磁扩速的关系,给出提高电机低速功率因数的有效方法,而后分析弱磁对电机转矩波动的影响,提供减小转矩波动的优化措施。最后,在前面分析的基础上,研制了一台分流齿结构永磁同步电机的样机,并对样机进行实验研究,测试样机的弱磁扩速性能,并将实验结果和有限元计算结果进行对比,验证样机设计的合理性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究状况
• 1.2.1 变磁路磁阻
• 1.2.2 变磁路磁源
• 1.2.3 增大凸极率
• 1.2.4 复合转子
• 1.2.5 混合励磁
• 1.2.6 增大漏磁
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 分流齿永磁同步电机及其设计方法
• 2.1 永磁同步电机弱磁特性
• 2.1.1 永磁同步电机数学模型
• 2.1.2 永磁同步电机弱磁原理
• 2.1.3 永磁同步电机弱磁困难根源
• 2.2 分流齿永磁同步电机弱磁性能
• 2.2.1 分流齿永磁同步电机电机结构
• 2.2.2 分流齿永磁同步电机弱磁扩速性能
• 2.2.3 分流齿永磁同步电机转矩输出
• 2.3 分流齿永磁同步电机的设计方法
• 2.3.1 主要尺寸和气隙长度选择
• 2.3.2 定子设计原则
• 2.3.3 转子磁路的确定
• 2.4 本章小结
• 第3章 分流齿永磁同步电机有限元分析
• 3.1 引言
• 3.2 分流齿永磁同步电机有限元模型
• 3.3 分流齿永磁同步电机有限元分析
• 3.3.1 电机内的磁场磁密
• 3.3.2 电机基本参数的有限元计算
• 3.3.3 电机弱磁性能有限元分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 分流齿永磁同步电机功率因数及转矩波动研究
• 4.1 引言
• 4.2 分流齿永磁同步电机的功率因数
• 4.2.1 恒转矩调速区电机功率因数
• 4.2.2 弱磁调速区电机功率因数
• 4.2.3 提高电机功率因数的措施
• 4.3 分流齿永磁同步电机的转矩波动
• 4.3.1 弱磁对转矩波动的影响
• 4.3.2 转矩波动抑制的有效措施
• 4.4 本章小结
• 第5章 分流齿永磁同步电机样机及其实验
• 5.1 引言
• 5.2 分流齿永磁同步电机样机
• 5.3 分流齿永磁同步电机样机实验
• 5.3.1 样机静态实验
• 5.3.2 样机空载实验
• 5.3.3 样机负载实验
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢