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混合励磁永磁同步发电机的设计研究

作　者: 王惠军
导　师: 唐任远
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 电机与电器
关键词: 混合励磁电压调整率波形畸变率
分类号: TM341
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

混合励磁永磁同步发电机(HEPMSG)结构简单、运行可靠,解决了常规永磁发电机励磁磁场不可调的问题,大大拓宽了永磁电机的应用领域。本文围绕HEPMSG的设计研究展开,所做工作主要包括以下几个部分: 首先,基于3D有限元分析,对混合励磁永磁同步发电机的磁路进行简化,提出了永磁体磁路和铁磁极磁路两部分气隙磁密的数学模型,并用有限元加以验证。其次,在对永磁电机电抗参数计算方法研究的基础上,提出了该种结构电机的交、直轴电抗参数的有限元计算和测试方法。应用双反应理论对混合励磁永磁同步发电机的外特性和固有电压调整率进行了深入的分析研究,推导了固有电压调整率与混合励磁永磁同步发电机性能参数之间关系的数学计算模型。定量分析了混合励磁永磁同步发电机的性能参数对外特性的影响规律和电机的结构参数对性能参数的影响规律。对混合励磁永磁同步发电机电磁计算中的重要系数如漏磁系数、气隙系数以及电枢反应磁密的波形系数进行了研究,并利用电磁场计算软件ANSOFT加以验证。提出了混合励磁发电机的主要结构尺寸如定子冲片、永磁体以及直流励磁槽等的选择原则和混合励磁发电机的电磁设计原则,并编制了混合励磁发电机的电磁计算程序。在对影响永磁电机电压波形畸变率因数研究的基础上,利用有限元法和傅立叶分析求解永磁电机波形畸变率,从而对永磁体的形状进行优化来满足电压畸变率的要求。在上述研究的基础上,本文设计制造了一台7.5kW、4极混合励磁永磁同步发电机样机,实验结果与理论分析基本一致,通过调节直流励磁电流能够有效的调节发电机的输出电压,表明永磁同步发电机采用混合励磁结构是合理和可行的。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
1 绪论  11-19
  1.1 课题的背景与意义  11-12
  1.2 混合励磁永磁同步发电机研究的现状和水平  12-16
  1.3 本课题的研究内容  16-19
2 混合励磁永磁同步发电机的3D磁场分析及磁路简化  19-37
  2.1 混合励磁永磁同步发电机的结构与原理  19-21
  2.2 混合励磁永磁同步发电机的3D磁场分析  21-26
  2.3 混合励磁永磁同步发电机的等效磁网络  26-36
    2.3.1 混合励磁永磁同步发电机的等效磁网络  26-31
    2.3.2 铁磁极的磁路分析  31-32
    2.3.3 永磁体的磁路分析  32-33
    2.3.4 气隙磁通及磁密  33-34
    2.3.5 有限元验证  34-36
  2.4 本章小结  36-37
3 混合励磁永磁同步发电机的电抗参数计算与测试  37-47
  3.1 混合励磁永磁同步发电机电抗参数的计算  37-42
  3.2 混合励磁永磁同步发电机电抗参数的测试  42-46
    3.2.1 实验原理  42-44
    3.2.2 交、直轴同步电抗X_q、X_d的测量原理  44-46
  3.3 本章小结  46-47
4 混合励磁永磁同步发电机的外特性分析  47-59
  4.1 外特性的数学计算模型  47-51
  4.2 电机各参数对外特性的影响规律  51-55
  4.3 结构尺寸对电机各参数的影响规律  55-58
  4.4 本章小结  58-59
5 混合励磁永磁同步发电机的波形畸变率分析及采取措施  59-63
  5.1 电压波形畸变的原因及研究的意义  59
  5.2 基于有限元的电压波形畸变率的计算  59-62
    5.2.1 永磁体形状的选取  60
    5.2.2 空载电压谐波及波形畸变率的计算  60-61
    5.2.3 优化结果  61-62
  5.3 本章小结  62-63
6 样机的研制及测试结果  63-82
  6.1 主要尺寸的确定  63-66
    6.1.1 永磁体尺寸的确定  63
    6.1.2 定子冲片的选择  63-64
    6.1.3 定子背辘尺寸的确定  64-65
    6.1.4 直流励磁绕组槽尺寸的确定  65-66
  6.2 漏磁系数  66-67
  6.3 气隙系数  67-68
  6.4 波形系数  68-70
    6.4.1 直轴电枢反应磁密的波形系数  68-69
    6.4.2 交轴电枢反应磁密的波形系数  69-70
    6.4.3 有限元验证  70
  6.5 混合励磁永磁同步发电机电磁计算程序的编制  70-73
  6.6 混合励磁永磁同步发电机的设计原则  73
  6.7 混合励磁永磁同步发电机样机  73-76
  6.8 混合励磁永磁同步发电机样机测试结果  76-81
    6.8.1 不加电励磁的外特性  76
    6.8.2 励磁特性  76-77
    6.8.3 调节特性  77-78
    6.8.4 效率特性  78-79
    6.8.5 温升实验  79
    6.8.6 电压波形以及畸变率  79-80
    6.8.7 交、直轴电抗参数  80-81
  6.9 本章小结  81-82
结论  82-83
参考文献  83-87
在学研究成果  87-88
致谢  88

混合励磁永磁同步发电机的设计研究

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