與傳統(tǒng)感應電機相比,自起動永磁同步電機具有高功率密度、高功率因數(shù)、高效率和寬經濟運行范圍的優(yōu)點,能夠有效地提升電機能效等級,減小電能損耗。在全球能源資源日益緊張的背景下,對自起動永磁同步電機的研究也愈發(fā)重要。本文基于二維有限元法和解析法,深入研究了繞組匝數(shù)、連接方式、網側電壓不平衡和變頻器側高頻諧波電壓等因素對自起動永磁同步電機性能的影響。首先,針對自起動永磁同步電機設計過程中繞組匝數(shù)和連接方式的設計問題,利用有限元法和相量圖法,確定了繞組匝數(shù)和連接方式對電樞電流、功率因數(shù)、最大轉矩、起動轉矩和損耗等電機性能的影響規(guī)律,并分析了其中的影響機理,為自起動永磁同步電機繞組匝數(shù)和連接方式的設計提供了理論基礎。其次,針對自起動永磁同步電機供電電壓不平衡問題,研究了電壓不平衡對自起動永磁同步電機穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能的影響。探究了電壓不平衡對自起動永磁同步電機繞組銅耗,定子鐵心損耗和轉子渦流損耗的影響規(guī)律。結合對稱分量法,分析了不同電壓不平衡率下正序和負序電壓產生的諧波轉矩分量,確定了影響自起動永磁同步電機轉矩脈動的主要因素。通過對自起動永磁同步電機電樞磁場,永磁體磁場和轉子繞組感生磁場之間耦合作用的分析,確定了起動過程中各磁場之間相互作用產生的具有特征頻率和大小的脈動轉矩和恒定轉矩,并得到了不同電壓不平衡率下電機起動轉矩,最小轉矩和臨界轉動慣量的變化規(guī)律。最后,探究了應用于變頻驅動場合時,變頻器輸出電壓中高次諧波分量對自起動永磁同步電機性能的影響�；诮馕龇ㄍ茖Р⒌贸隽俗冾l器輸出時間諧波和電機內空間諧波磁場的耦合關系,并結合有限元法分析了高頻諧波對電機損耗的影響機理,為變頻器驅動自起動永磁同步電機的設計提供了參考。
【學位單位】：鄭州輕工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TM341
【部分圖文】：

對于該類型電機的優(yōu)化設計有著重要的意義。為了簡化分析，本章所指繞組匝數(shù)為每槽??導體數(shù)。在本章的研宄過程中，首先基于電機的常規(guī)設計方法設計了一臺自起動永磁同??步電機并基于樣機的設計參數(shù)搭建了二維瞬態(tài)電磁場有限元分析模型，如圖２－１所示。??然后，保持其他設計參數(shù)不變，分別逐匝增加或減小匝數(shù)并計算電機的性能參數(shù)，直到??得到穩(wěn)定的變化規(guī)律，最終得到每槽匝數(shù)變化區(qū)間為（２７－３３）。??２．２自起動永磁同步電機二維瞬態(tài)磁場有限元模型的建立??本文所研宄的電機是自起動永磁同步電機，其通常采用內置式轉子結構。為了放置??較多的永磁體，提升電機的性能表現(xiàn)，本文所研宂的電機每極永磁體采用Ｖ形結構。本??章二維瞬態(tài)電磁場有限元模型的建立方法同樣適用于本文其它章節(jié)有限元研究模型的??建立。本章所研宄的樣機參數(shù)見表２－１，樣機的有限元分析模型如圖２－１所示。??ｉｆ??圖２－１自起動永磁同步電機有限元計算模型??７??

在有限元計算過程中，為了便于分析做出以下假設：①不考慮位移電流的影響；②??硅鋼片、定轉子繞組等材料具有恒定的電導率和磁導率。根據(jù)表２－１中電機的基本參數(shù)??建立了電機的二維有限元分析模型，如圖２＿１所示�？紤]到上述假設，２Ｄ瞬態(tài)電磁場的??計算公式為１７２］：??＇ｄ（?＼?ｄＡ＼?ｄ?（＼?ｄＡ．＼?（?ｒ?ｄＡ：＼??ｄｘ?＾?／／?ｄｘ?）?ｄｙ＼ｆ．ｉ?ｄｙ?）?＼?ｄｔ?）??＜?Ｓ：?＝?０?（２－１）??ｐ：丄?ｉ—－－＾＝／ｔ??ｆｕ｛?ｄｎ?ｆ．ｉ２?ｄｎ?、??其中ｎ為有限元模型的求解域，包含整個截面模型；ｓ為定子外徑邊界條件；ｐ表??示永磁體的邊界條件。???表２－１樣機基本參數(shù)????基本參數(shù)?參數(shù)大小???額定功率／ｋＷ?１１??每槽繞組匝數(shù)?２９??極數(shù)?４??定子槽數(shù)?３６??氣隙長度?０．５??定子外徑／ｍｍ?２６０??定子內徑／ｍｍ?１７０??轉子直徑／ｍｍ?１６９??接法?Ａ??鐵心長度／ｍｍ?１３５??２．３繞組匝數(shù)對電機電樞電流、功率因數(shù)和最大轉矩的影響研究??電機的電樞電流，功率因數(shù)不僅直接影響電機的效率，也將對電網電力線路損耗以??及電網無功容量產生一定影響。此外，實際應用中需要電機有一定的過載能力來應對一??些復雜工況。針對上述問題，本節(jié)將圍繞繞組匝數(shù)對電機的電樞電流、功率因數(shù)和最大??轉矩的影響進行研宄。??２．３．１電樞電流及功率因數(shù)的變化機理分析??通過有二維有限元計算得到不同匝數(shù)下定子電流和功率因數(shù)變化隨負載變化的規(guī)??律分別如圖２－２、

０?２?４?６?８?１０?１２?１４?１６?１８?２０?２２?２４??負載功率／ｋＷ??圖２－２不同匝數(shù)下，功率因數(shù)隨負載的變化??本??—�！玻�?＂＊＂２８?＊＂＊＊？２９?＊＂￥４—３０??１４．〇?＊＊＾？＊？３１?？＊＾３３?—?＿?＿?—??５０．０－?１２．０?Ｉ?，１??４５．０－?＞〇？〇?／?１??４０．０－?８０?Ｉ?Ｉ??１?３５＇０－?－??：＾－Ｃ」??＾?３０．０－?，〇??２５＇０＇?〇－？?，?２?Ｙ］?５?６?Ｉ??２０－°－?／?丨二＾?Ｂ??１５．０＿「丄????１０．０－
【參考文獻】

相關期刊論文 前9條

1 唐旭;王秀和;李瑩;;三相不對稱供電異步起動永磁同步電動機的退磁研究[J];中國電機工程學報;2015年23期

2 繆新明;;電機及其系統(tǒng)節(jié)能技術發(fā)展綜述[J];企業(yè)導報;2014年21期

3 盧偉甫;趙海森;劉明基;羅應立;;自起動永磁電機復合材料轉子導條的優(yōu)化[J];電機與控制學報;2013年01期

4 張漢允;上官璇峰;;分數(shù)槽自起動永磁同步電機的設計研究[J];微電機;2011年05期

5 曲鳳波;李志鵬;李偉力;;高壓永磁同步電動機轉子不同結構的起動性能分析[J];電機與控制學報;2010年09期

6 陳超;劉明基;張健;陳偉華;羅應立;;利用不均勻氣隙優(yōu)化自起動永磁電機的氣隙磁密波形[J];電機與控制應用;2010年07期

7 傅豐禮;;高效異步電動機國內外發(fā)展概況[J];大眾用電;2006年04期

8 王道涵,王秀和,仲慧,申寧,張鑫;三相不對稱供電自起動永磁同步電動機的仿真研究[J];中國電機工程學報;2005年19期

9 程明，周鶚;永磁同步電機牽入同步性能的分析與計算[J];中國電機工程學報;1996年02期

本文編號：2872037