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高动态性能永磁同步电动机的设计研究

作　者: 李波
导　师: 黄守道；王旻晖
学　校: 湖南大学
专　业: 电气工程
关键词: 永磁同步电动机电磁设计有限元分析转动惯量
分类号: TM341
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

稀土永磁同步电动机是20世纪70年代初期出现的一种新型永磁电机,其具有体积小、童量轻、效率高、特性好等一系列优点,成为新一代航空、航天和航海用电机的重要发展方向。由于稀土永磁同步电动机结构复杂多样,媒质交界面曲直交错,使得稀土永磁同步电动机的设计变得比较复杂,计算准确度比较差；另外,稀土永磁同步电动机中一些特殊的电磁过程和一些专门问题如磁极结构形状与尺寸的优化、永磁体的局部失磁问题等都是设计的难点。本文在掌握稀土永磁同步电动机结构和磁路特点的基础上,致力于研究稀土永磁同步电动机的电磁设计。对稀土永磁同步电动机的设计过程和在设计上如何提高其动态性能,及如何提高稀土永磁同步电动机设计的计算准确程度,进行了深入的研究。文章介绍了永磁同步电动机各种不同的转子结构及其特点；分析了永磁同步电动机的磁路特点和运行原理；重点分析其电枢反应及转子惯量计算。由于本文所设计的永磁同步电动机具有体积小、质量轻、效率高、功率密度大、热负荷高的显著特征,因而设计难度比较大。本文采用磁路计算与有限元分析相结合的方法对电机进行优化设计。因电机重量的苛刻要求,采取了转子挖孔减重技术,并运用Maxwell 2D软件对减重后的电机进行电磁场分析和仿真,检验电机电磁性能指标。文章最后介绍了无速度传感器矢量控制方法。由于本文所研究的电机对体积和重量有严格的限制,且考虑到工作环境恶劣,安装环境有剧烈振动,对电机的可靠性要求非常高,所以本文所设计的永磁电机伺服系统采用无速度传感器控制系统。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
插图索引  9-11
附表索引  11-12
第1章绪论  12-16
  1.1 课题背景  12-13
  1.2 永磁同步电机研究的主要内容  13-14
  1.3 永磁同步电动机的转子转动惯量  14-15
  1.4 本文的主要研究内容  15-16
第2章永磁同步电动机的基本理论  16-37
  2.1 永磁同步电动机的基本结构  16-21
    2.1.1 永磁同步电动机的总体结构  16-17
    2.1.2 永磁同步电动机的转子磁路结构  17-21
  2.2 永磁同步电动机的空载磁路及空载运行  21-23
    2.2.1 永磁同步电动机的空载磁路  21-22
    2.2.2 永磁同步电动机的空载运行  22-23
  2.3 永磁同步电动机的稳态运行性能  23-30
    2.3.1 稳态运行的向量图  23-25
    2.3.2 稳态运行性能  25-29
    2.3.3 损耗和效率  29-30
  2.4 永磁同步电动机的电枢反应  30-34
    2.4.1 永磁同步电动机电枢反应  30-32
    2.4.2 永磁同步电动机电枢反应电抗  32-34
  2.5 永磁同步电动机的转子转动惯量  34-36
  2.6 本章小结  36-37
第3章电磁设计与有限元仿真  37-55
  3.1 永磁同步电动机的设计特点和方法  37-40
  3.2 基于RMxprt软件的电机设计  40-42
  3.3 有限元分析方法  42-45
    3.3.1 有限元分析软件Ansoft介绍  44-45
  3.4 样机的有限元分析  45-53
    3.4.1 建立电机模型  45-46
    3.4.2 网格剖分  46-47
    3.4.3 空载场分析  47-49
    3.4.4 负载场分析  49-50
    3.4.5 电机优化设计减重后的有限元计算  50-53
    3.4.6 设计结果分析  53
  3.5 本章小结  53-55
第4章样机系统实验研究  55-64
  4.1 新型滑模观测器算法分析  57-61
  4.2 实际运行实验结果及分析  61-63
  4.3 小结  63-64
结论  64-66
参考文献  66-71
附录A 攻读学位期间发表的论文目录  71-72
致谢  72

高动态性能永磁同步电动机的设计研究

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