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汽车用爪极发电机的分析与研究

倪有源  
【摘要】:本论文主要分析和研究了汽车用电励磁爪极发电机和混合励磁爪极发电机。由于爪极特殊的结构,爪极发电机的磁场具有明显的三维特性,需要用三维数值方法进行求解。由电磁场计算可以进一步得到发电机相关性能和参数,目前国内这方面的研究较为匮乏。 汽车用混合励磁爪极发电机是一种新型结构电机,是电励磁和永磁励磁相结合,具有可以控制磁场的优点。与传统的电励磁爪极发电机相比,具有低速性能好、输出性能较好以及效率较高的优点,因此具有很好的研究前景。 本论文主要对电励磁爪极发电机和混合励磁爪极发电机进行了三维磁场计算以及参数计算。具体包括以下几个方面: 1.用三维有限元方法对电励磁爪极发电机进行了分析、建模和计算,用三维有限元方法计算了不同参数下的电励磁爪极发电机的漏磁系数。在此基础上,用三维有限元方法计算不同参数下的混合励磁爪极发电机的漏磁系数。所得结论对进一步研究、分析和优化该类电机具有一定的参考价值。 2.在得到电励磁爪极发电机三维磁场的基础上,用能量摄动法计算绕组电感参数。用三维有限元方法经过迭代计算得到电励磁爪极发电机的负载特性,并用实测值进行验证。 3.用三维有限元方法对混合励磁爪极发电机进行了分析、建模和计算,在计算混合励磁爪极发电机三维磁场的基础上,得到绕组电感参数。建立了混合励磁爪极发电机的三维等效磁网络模型,进一步分析计算得到混合励磁爪极发电机的负载特性和效率。对混合励磁爪极发电机进行了优化,优化变量为永磁体的几何参数,目标函数是发电机的输出电流。文中给出了优化结果。 4.在理论分析的基础上,投入了混合励磁爪极发电机样机,并且实际制作了这种电机的测试平台。 5.传统汽车用爪极发电机系统中是用二极管整流桥对输出的三相电压进行整流,缺点是效率低且不可控。因此需要研制新型汽车用爪极发电机控制系统,以提高系统的效率。本论文建立了基于模糊自适应PI的混合励磁爪极发电机控制系统,通过斩波电路对占空比进行控制,从而按需改变励磁电流,可以实时调节输出电压,用simulink仿真输出电压波形以及电流波形。最后阐述汽车用爪极发电机控制系统的现状及发展趋势。


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