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并列结构混合励磁无刷直流发电机特性研究

作　者: 周竞捷
导　师: 杨善水；张卓然
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 并列结构混合励磁同步电机有限元调磁特性轴向漏磁整流电路瞬态场路耦合分析无刷直流发电机
分类号: TM31
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

混合励磁同步电机是永磁同步电机与电励磁同步电机两种电机形式的有机结合。混合励磁同步电机(HESM)继承了永磁同步电机的优点,同时又具有气隙磁场调节能力。本文针对新型结构的并列结构混合励磁无刷直流发电机,在电机的结构原理、有限元分析、设计规律和整流电路的工作特性等方面开展深入的研究,并进行实验验证与分析。对所研究的并列结构HESM通过三维有限元仿真计算得到电机内的磁场分布特点和调磁特性,对比分析不同铁心长度的仿真模型,总结出铁心长度的设计原则。指出并列结构HESM中存在着轴向漏磁现象,并通过三维有限元静磁场分析揭示双向励磁作用下的轴向漏磁通变化规律,为并列结构HESM内永磁及电励磁两部分之间轴向距离的选择提供了理论依据。永磁同步发电机采用新型的共阳极12相零式整流输出以构成12相永磁无刷直流发电机。系统地对比研究了六相双Y整流和12相零式整流两种不同整流方式输出的整流二极管电流应力、发电机损耗和容错能力等特性,验证了12相零式整流输出相比六相双Y整流输出在低压直流电源系统中的应用优势。完成了并列结构混合励磁无刷直流发电机的三维有限元场路耦合分析和实验验证,表明该并列结构HESM继承了永磁电机电压调整率低的优点,且励磁电流能实现良好的双向电压辅助调节功能。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-14
第一章绪论  14-20
  1.1 混合励磁同步电机的提出和基本特点  14-15
  1.2 混合励磁同步电机的研究现状  15-16
  1.3 混合励磁HESM 在航空电源系统中的应用  16-17
  1.4 整流电路类型与特点  17-18
  1.5 课题研究目的和研究内容  18-20
第二章并列结构混合励磁同步电机的基本结构与运行原理  20-26
  2.1 并列结构HESM 结构的提出  20-24
    2.1.1 并列结构HESM 的基本结构  20-22
    2.1.2 并列结构HESM 的工作原理  22-23
    2.1.3 并列结构HESM 的特点  23-24
  2.2 并列结构HESM 的磁场分布特点  24-25
    2.2.1 并列结构HESM 的两部分磁路  24
    2.2.2 气隙磁场调节原理与励磁电流方向定义  24-25
  2.3 本章小结  25-26
第三章并列结构混合励磁同步电机静磁场分析  26-49
  3.1 并列结构HESM 的三维有限元仿真模型  26-28
    3.1.1 电机电磁场计算的有限元方法  26-27
    3.1.2 并列结构HESM 的三维有限元仿真模型建立  27-28
  3.2 并列结构HESM 三维有限元静磁场分析  28-33
    3.2.1 并列结构HESM 永磁部分磁场分析  28-30
    3.2.2 并列结构HESM 电励磁部分磁场分析  30-32
    3.2.3 并列结构HESM 电励磁部分气隙磁场调节性能研究  32-33
  3.3 电励磁部分气隙磁场调节范围变化规律  33-39
    3.3.1 不同定子铁心长度下的气隙磁场调节范围  33-37
    3.3.2 定子铁心长度设计规律  37-39
  3.4 并列结构HESM 的轴向漏磁及其影响  39-47
    3.4.1 轴向漏磁的存在及漏磁通路径  39-41
    3.4.2 不同励磁下的轴向漏磁三维有限元仿真  41-45
    3.4.3 轴向漏磁对电励磁部分气隙磁场调节的影响  45
    3.4.4 双向励磁电流下的轴向漏磁  45-46
    3.4.5 轴向漏磁对永磁部分气隙磁场的影响  46-47
  3.5 本章小结  47-49
第四章新型整流电路工作特性研究  49-72
  4.1 六相双Y 整流电路的结构原理与特点  49-58
    4.1.1 六相双Y 整流电路的研究现状  49
    4.1.2 六相双Y 整流电路结构与原理的理论分析  49-52
    4.1.3 六相双Y 永磁无刷直流发电机的场路耦合模型  52
    4.1.4 六相双Y 永磁无刷直流发电系统的有限元分析与实验验证  52-58
  4.2 基于零式整流电路的新型12 相永磁无刷直流发电系统  58-61
    4.2.1 共阳极连接12 相永磁无刷直流发电机  58-60
    4.2.2 电枢绕组设计原则  60-61
    4.2.3 12 相零式整流电路的特点  61
  4.3 12 相永磁无刷直流发电机的瞬态场路耦合仿真分析与实验验证  61-66
    4.3.1 12 相永磁无刷直流发电机的场路耦合模型  61
    4.3.2 12 相永磁无刷直流发电系统的有限元分析与实验验证  61-66
  4.4 两种整流模式下发电系统的对比分析  66-71
    4.4.1 整流系数与二极管电流应力  66-67
    4.4.2 谐波含量分析  67-68
    4.4.3 电机损耗对比  68-70
    4.4.4 容错能力分析  70-71
  4.5 本章小结  71-72
第五章基于3D 瞬态场分析的并列结构混合励磁无刷直流发电机输出特性研究  72-80
  5.1 并列结构混合励磁无刷直流发电机的场路结合模型  72-73
  5.2 空载特性与实验验证  73-75
  5.3 外特性与实验验证  75-77
  5.4 永磁部分与电励磁部分转子相对位置问题  77-79
  5.5 本章小结  79-80
第六章总结与展望  80-82
  6.1 本文工作总结  80
  6.2 后续研究展望  80-82
参考文献  82-86
致谢  86-87
在学期间的研究成果及发表的学术论文  87-88

并列结构混合励磁无刷直流发电机特性研究

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