十二相低速永磁同步电动机电磁设计与分析

作     者：马中 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈益广

授予年度：2016年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：十二相 永磁同步电动机 绕组磁动势 脉动转矩 

摘      要：论文的主要内容是研究了多相永磁电动机的电磁设计与分析。多相永磁电机以其高功率密度、高效率、高可靠性以及高容错能力等优点被广泛应用于航空航天、船舰推进、电力机车等电力驱动系统中,得到了越来越多的关注。关于多相永磁电动机设计与控制策略的研究逐渐发展为电机学科的热点,成为电机研究领域的新方向。结合所设计电机的主要力能指标,针对潜艇推进用低速大转矩永磁同步电动机功率密度高、可靠性高、振动噪声低的特点,分析了不同定子绕组形式和极槽数配合对电机性能的影响。从减少谐波含量和降低振动噪声的角度出发,选择了40极192槽双层短距分布绕组。整个电机可以看作是由4个10极48槽的单元电机组成的。每个单元电机内十二相绕组由4套Y接三相绕组相移15°拼接而成的。分析了单元电机的永磁电动势特点和绕组电枢反应磁动势特点,得到永磁电动势绕组系数和电枢反应磁动势绕组系数,为电机设计与优化提供思路。分析了通入基波电流和主要次数谐波电流绕组产生的电枢反应合成磁动势的特点。在分析电机永磁电动势和电枢反应磁动势的基础上,分析了电机输出恒定电磁转矩和6、12、18、24倍频交变电磁转矩特点,得到电机正常工作时存在恒定电磁转矩以及24、48、72、96、…等倍频的交变电磁转矩的结论。确定了电机主要尺寸、定转子结构、气隙长度和各部件材料。分析了永磁体不同极弧系数下产生的气隙磁场各次谐波含量,根据对永磁电动势分析的结果,综合考虑选取了合适的极弧系数。利用有限元软件分析了电机空载和额定负载情况下的电磁特性,计算了气隙磁密、空载反电动势和同步电感等电机参数,并对电机进行优化。分析了电机齿槽转矩特点,采用错极方法削弱齿槽转矩。分析结果表明电机具有较好的力能指标,满足设计要求。分析了电机定子铜耗、铁耗、永磁体涡流损耗等主要损耗,并利用有限元软件进行损耗计算。