新型模块化定子混合励磁同步电机设计与分析

作     者：王玉坤 

作者单位：沈阳工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吴胜男;佟文明

授予年度：2022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：混合励磁同步电机 等效磁网络 三维有限元 电磁转矩 

摘      要：混合励磁电机是永磁电机和电励磁电机的结合,通过电励磁绕组可以灵活地调节气隙磁场。目前普遍采用的是传统硅钢片铁心材料,但该材料限制了定子铁耗的进一步降低。因此研究了一种基于非晶合金材料的新型模块化定子结构的混合励磁同步电机。转子采用交错磁极结构,使得表贴式结构也能获得较强的调磁能力。非晶合金作为一种新型双绿色材料,可以有效降低铁耗。并且研究的混合励磁同步电机磁通具有典型的三维特性,定子轭采用卷绕的非晶合金既可以提供轴向和周向磁通路径,又相较于类似交错磁极结构的混合励磁电机而言节约了导磁背轭的空间。三维有限元法分析该混合励磁电机耗时严重,等效磁网络法可以大幅缩减计算时间,对该电机等效磁网络进行了建模并计算。首先,研究了一种基于非晶合金的新型模块化定子交错磁极转子结构的混合励磁同步电动机。针对该新型电机的机电能量转换原理进行分析,探究并分析了电励磁的磁场调节原理,并采用三维有限元进行了仿真,验证了该混合励磁电机调磁的可行性。建立了该电机的数学模型和相量图,进一步说明了调磁原理。其次,设计了一台新型模块化定子交错磁极转子结构的混合励磁同步电动机。结合非晶合金材料和磁通路径特点对电机进行结构和电磁设计。比较分析了两种转子结构的电磁特性和模块化定子结构对电磁设计的影响。研究了电励磁绕组的设计方法。分析计算了气隙长度对电机各部分磁密与调磁能力的影响。确定了电机电磁方案。再次,采用三维有限元对该电机进行电磁计算与分析。分析了该混合励磁电机的电机在不同工作状态下的磁场分布,计算了空载下的磁链波形与反电势波形。分析计算了该电机的调磁能力。计算分析了低速时通过电励磁绕组提升转矩的能力。分析计算了传统径向电机与所研究的新型混合励磁电机的漏磁差异。对该电机结构下的硅钢片电机与非晶合金电机的铁耗进行比较,验证了采用非晶合金将极大地降低铁耗。最后,针对该台新型模块化定子混合励磁电机电磁运行机理建立三维等效磁网络模型。该解析模型可计算出空载下气隙磁场分布、磁链与反电势,为该新型模块化定子交错磁极转子的电机电磁特性的分析提供了快速的分析工具,为后续电机的优化分析奠定了基础。