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《沈阳工业大学》 2011年
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变频电源供电永磁同步电动机几个关键技术研究

赵国新  
【摘要】:随着电力电子技术的发展,以变频器作为电源供电的永磁电机应用越来越多,变频器的应用,使电机的设计方法和应用场合都发生很大的变化,对电机的要求也越来越高。变频器对电机产生很大的影响,反过来电机的设计参数又影响变频器特别是整个系统的性能,所以在变频器供电后对电机的设计和参数的准确计算要求越来越高。采用变频器供电后,电机不再是一个单独的个体,需要针对变频器的特点和要求进行设计和计算。 本课题来源于辽宁省科技厅科学技术计划项目:高效高功率密度船用永磁电机开发及关键技术研究,项目编号为:20084022023。本文的部分研究成果得到了东元-西屋电机公司的资助。本文主要研究变频器时间谐波对永磁电机的影响,研究对变频调速系统性能影响较大的电机电枢反应电抗参数计算方法;分析永磁电机最大去磁磁动势特征并计算永磁体最大局部去磁工作点;最后,结合变频器的特点研制成一台300r/min、转矩6366Nm的高性能样机。具体工作分为如下几个部分: 第一部分主要通过建立谐波等效电路去研究变频器的时间谐波对电机性能的影响。首先,利用Simulink软件对变频器产生的电压波形进行仿真并得出其谐波分析结果,得出载波频率与谐波幅值和谐波次数的关系;通过气隙的相对磁导函数去分析计算反电动势谐波,特别是研究有起动绕组永磁电机相对磁导函数和反电动势谐波的计算方法;其次,以电压谐波为主,反电动势谐波为辅建立谐波等效电路,研究谐波等效中各参数的计算方法;最后总结出考虑时间谐波后电机性能的变化,编制出谐波计算子程序,并给出两台电机考虑时间谐波后的计算和测试结果对比。 第二部分研究考虑交叉饱和后电枢反应电抗的计算方法和直、交轴电流的确定方式以及交叉饱和对不同结构永磁电机的影响规律。从有限元模型的电流加载方式入手,研究考虑交叉饱和电枢反应电抗的计算方法,通过对不同永磁体结构电机电枢反应电抗的计算总结出交叉饱和对电抗参数的影响规律,并分析考虑交叉饱和后电枢反应电抗变大的原因。分析电枢反应电抗测试方法的优缺点,把电枢反应电抗的计算值与实测值进行对比。对分数槽绕组电机的漏抗参数进行分析推导,提出槽漏抗和谐波漏抗的计算方法。 第三部分分析永磁电机三相对称短路的物理过程,总结出短路电流解析表达式,把短路电流看成空间矢量,利用解析法分析去磁磁动势的特征。用瞬态有限元法对电机的短路过程进行计算,得出永磁体的最大局部去磁工作点,计算结果和解析法的分析结果一致。最后研究影响永磁体最大局部去磁的因素,改变永磁体安装形式,增加永磁体厚度,增加漏抗都可以提高永磁体的最大局部去磁工作点。 第四部分结合变频器的特点研制成一台300r/min、转矩6366Nm的高性能的低速大转矩永磁同步电动机样机。首先分析变频器控制策略与电机结构的关系,研究不同次数的时间谐波产生的空间磁动势谐波次数,从而确定样机相数;其次,研究极槽配合,计算漏磁系数,通过温度场的计算设计出合理的通风散热系统,完成电机设计;最后,通过研究制造工艺,解决大功率表面式永磁电机的制造装配难题,成功制作出样机,并对样机完成实验测试。该样机经专家组鉴定为“达到国际先进水平”。
【学位授予单位】:沈阳工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TM351

【引证文献】
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【参考文献】
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【同被引文献】
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