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新型ALA+SPM组合式转子电机设计及实验研究

陈学珍  
【摘要】:组合式转子电机集高密度轴向叠片各向异性(ALA)转子宽弱磁扩速范围和面贴式永磁同步电机(SPM)高转矩密度、高效率、高过载倍数等优点于一体,且克服了它们各自的缺点。实际上,在转子总长度一定的情况下,ALA段和SPM段长度关系及两段转子d轴偏转角对组合式转子电机的性能有着特别的影响和特殊的意义,两段转子长度合理分配和偏转角合适调节的组合式转子电机在高品质交流传动中具有广阔的发展前景。本文深入研究ALA+SPM组合式转子电机的运行性能,为该新型电机走向实用化提供更有力的技术支撑。 论文从交流传动系统的发展出发,介绍了组合式转子电机的研究现状,并对ALA转子电机和永磁同步电机的工作原理、转子结构、电磁关系和数学模型进行了全面分析。在此基础上,提出以电流限幅控制方式为组合式转子电机的安全运行条件,相量图为基本分析工具,研究永磁段占全长的比值k和两段转子d轴偏转角α的基本设计规律。 提出了两段转子长度固定,偏转角可调的实验样机结构方案,首次制作了一台4极偏转角可调的ALA+SPM组合式转子电机,并开展了系统而全面的实验研究。 电磁参数是评估电机运行性能的关键数据。为此,对不同偏转角的组合式转子样机参数进行了详细测定,结果表明,永磁段各向同性的组合式转子电机,偏转角基本不影响直轴电感、交轴电感和空载电动势大小。 空载起动能力是电机走向实用化的基本要求。本文比较了不同偏转角的组合式转子电机开环变频空载起动性能。结果证实了合适偏转角的组合式转子电机在逆变器电源供电下能同步升速到额定转速稳定运行,且具有良好的快速响应能力和较强的过载能力,与理论分析一致。 弱磁扩速是电机高速发展的关键。本文采用发电机组电源供电简易验证了不同偏转角的组合式转子电机的弱磁扩速能力,结果证实了合适偏转角的组合式转子电机具有更宽的扩速范围。 稳定运行是电机性能指标的基本要素。提出用小信号扰动法分析组合式转子电机稳定性,得出组合式转子电机轴上附加惯性阻尼器能减弱或消除系统振荡,提高系统的稳定性,改善系统的动稳态性能,仿真和实验验证了此方法有效可行。


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