永磁同步高速大功率电机电磁特性及效率优化研究-机械工程专业论文.docx

Research on efficiency optimization and electromagnetic characteri sti cs of permanent magnet synchronous motors for high speed and large powerB．E．(Hunan University)20 1 3A thesis submitted in partial satisfaction of theRequirements for the degree ofMaster of EngineeringinMechanical Engineeringin theGraduate School ofHunan UniversitySupervisorProfe ssor XIONG Wanli and Lecturer LO IangMay,2016万方数据硕士学位论文湖南大学 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。作者签名：纭侮鱼日期：少巧年∥月莎日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇 编本学位论文。本学位论文属于1．必威体育官网网址口，在——年解密后适用本授权书。2．不必威体育官网网址团。 (请在以上相应方框内打“d”)作者签名：豸髟德玺日期：加／∥年厂月y Et导师签名：彻L日期：加，石年 6 月g日t亿2---浪万方数据永磁同步高速大功率电机电磁特性及效率优化研究摘要永磁同步高速大功率电机由于省去了传统的齿轮箱等中间增速环节，实现直 驱，具有结构紧凑、功率密度高、效率高、尺寸和形式灵活多样等优势，广泛应 用于鼓风机、压缩机、膨胀机、燃气余热发电和飞轮储能等领域。由于世界能源 的短缺和可持续发展的需求，工业交流电机的高效节能化已成为当今国际研究的 焦点。目前，永磁同步高速大功率电机电磁特性及效率优化方面的研究尚不充分， 亟需深化研究。针对传统等效磁路法将磁场简化为磁路，假设磁路任意截面上的磁通密度处 处均匀，难以计及漏磁影响，计算精度受限等的不足，本文采用有限元计算了对 永磁同步高速大功率电机特性具有重要影响的电磁参数，包括极弧系数和空载漏 磁系数，并结合等效磁路，研究揭示了负载和转速对电机效率、电流、电磁转矩 等综合性能的影响规律。研究表明：场路结合法相比于等效磁路法可兼顾计算效 率和计算精度。为实现永磁同步高速大功率电机的效率优化设计，采用时步有限元法分析了 定子槽口宽度、气隙长度、转子保护套材料与厚度等对永磁同步高速大功率电机 电磁损耗和效率的影响规律。以降低损耗、提高效率为优化目标，并兼顾电机起 动、调速和负载特性，提出了实现永磁同步高速大功率电机效率优化的具体设计 策略。结果表明：优化后的电机效率得到显著提高。为实现永磁同步高速大功率电机的效率优化控制，建立了考虑铁耗的永磁同 步高速大功率电机砌坐标系数学模型，提出了基于电压空间矢量脉宽调制的最小 损耗控制策略，并在MATLAB／SIMULINK控制模块基础上通过自主编程实现了 永磁同步电机起动和调速电磁过渡过程仿真。结果表明：提出方法相比于现有恒 磁控制不仅可提高电机运行效率，而且还可有效降低电流和转矩波动。参与搭建了永磁同步电机实验台，实验研究了永磁同步电机铁耗特性。研究 表明：实测与理论计算的铁耗曲线两者基本吻合，相对实测值，理论计算值误差 不超过20％，从而验证了本文有限元方法的有效性。本文研究工作对永磁同步高速大功率电机电磁分析、效率优化设计与控制等具有重要的参考价值。关键词：永磁同步；高速大功率电机；电磁特性；最小损耗控制；效率优化II万方数据AbstractPermanent magnet synchro nous motors pMSM)for high speed and large power have嫩ny advantages，such as compact structure，high power density,high efficiency and flexibly varied form and size，due to eliminating the traditional gear box andactualizing s