永磁辅助同步磁阻电机设计及转矩脉动抑制研究

作     者：杨晨 

作者单位：沈阳工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：白保东

授予年度：2019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：永磁辅助同步磁阻电机 可变磁通 有限元 等效磁路 转矩脉动 

摘      要：永磁辅助同步磁阻电机是一种高磁阻转矩少稀土消耗的新型电机,具有成本低,结构坚固,转子发热小等优势。在目前稀土供应不断缩紧价格不断走高的市场形势下,少稀土的高性能电机具备良好的发展和应用前景。因此本文研究这种电机的设计方法和可变磁通设计对电机性能的优化;针对这种电机存在转矩脉动大的缺点,研究了从本体设计上抑制电机的转矩脉动的方法。最后针对多层磁障转子设计参数复杂,在初始设计阶段采用有限元法预测转矩脉动建模复杂和计算时间长的问题,研究了用解析法快速预测转矩脉动的方法。具体内容如下:首先,从永磁辅助同步磁阻的绕组设计,定子裂比和极槽配合的选择对平均转矩,转矩脉动和功率因数的影响进行了分析。基于同步磁阻电机的“U型转子磁障设计,分析了永磁磁链对电机恒转矩区和弱磁区的转矩的影响,指出永磁体添加量的设计在提高两种速度范围内的转矩时在一定程度上存在矛盾,并据此完成了电机的设计和性能计算。分析结果证明了本文采用的设计方法的合理性,该电机做为本研究的基础模型。然后,基于该基础模型研究永磁辅助同步磁阻电机的可变磁通设计方法和该方法对电机性能的影响。从过载能力,调磁范围和永磁体的选择与串联混合永磁高低矫顽力永磁体的配比等方面分析了可变磁通理论下电机的转子设计方法。基于基础模型的定子设计,提出了可变磁通设计的转子设计方法,并设计了一台可变磁通永磁辅助同步磁阻电机。根据电机效率,转矩和机械特性以及不同电压下机械特性计算结果分析了永磁辅助同步磁阻电机设计中可变磁通设计的适用范围;从优化电机转矩和效率的角度分别阐述了可变磁通设计对调磁范围和最大永磁磁链设计的需求。最后,针对转子结构参数复杂在初始设计阶段难以准确地快速预测转矩脉动的问题。采用求解电机的非线性磁阻网络的方法计算电机定转子磁势,而求出气隙磁压降。用气隙磁压降和气隙磁导函数计算考虑定子开槽影响下的气隙磁密。最后利用Lorentz力密度积分计算电机的转矩脉动,计算结果证明该方法能够在空载和负载下准确计算气隙磁密并准确预测电机额定负载和轻度弱磁下的转矩脉动。