基于Motor-CAD的移动式永磁同步发电机设计研究

作     者：李祥祥 

作者单位：福建工程学院 

学位级别：硕士

导师姓名：刘仲恕

授予年度：2023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：移动式发电机 PMSG 结构设计 Motor-CAD仿真 样机分析 

摘      要：移动式发电机又称便携式发电机,是一种既能发电又能带负载的便携式发电设备,应用场景丰富,为日常生活,施工抢险提供极大便利。永磁发电机的具有天然的高可靠性,同时效率较相同容量的电励磁发电机也有显著提高。对采用永磁结构的移动式发电机进行研究与设计,对我国节约能源,降低排放具有重要意义。本文参考国内外永磁发电机的发展和相关研究,总结了移动式发电机的性能要求与相关参数,设计了一款移动式永磁同步发电机,对永磁发电机的各个组成部件进行参数设计与选择,并导入Motor-CAD进行仿真,并对各个仿真结果进行分析,结果显示模型符合设计预期,参数设置合理。最后进行样机的研制,对样机分别进行了冷态直流电阻、空载反电动势、负载测试,样机结果与仿真结果基本一致。本文所设计的移动式永磁发电机充分满足移动式发电机各个特征要求,同时具有具有体积小,噪声振动小,电压调整率低,散热能力强,发电机效率高,齿槽转矩低等优点,完全符合设计目标。主要完成以下工作:1、详细介绍了永磁同步发电机的相关理论,包括电动势产生、发电机的功角特性。例举了常见的电机转子磁路结构,并对其优缺进行分析,阐述了永磁同步发电机的运行方式及功率特性。结合了移动式发电机特点,确定移动式永磁发电机的参数和性能指标。2、依据移动式永磁发电机的参数,对电机尺寸,定子,转子等进行设计。例如实验不同斜槽宽度下波形畸变率,采用1.5倍的斜槽宽度可以有效提高波形的正弦性。槽数上选为24槽,对比12槽的谐波含量明显降低。对于本文所设计发电机的4极24槽的配合可以有效降低齿槽转矩。另外对槽型、气隙、永磁体等具体尺寸都进行了详细的介绍与设计。并对相关经验参数进行验证,反复仿真模拟。3、介绍了同步电机磁场理论后,利用Motor-CAD对所设计的电机进行仿真并建立了电机的电磁场模型。对电机空载时的磁密云图、反电动势波形、电压调整率、齿槽转等进行了详细的分析,各参数都符合移动式发电机的相关要求。另外,对电机运行时温度场也进行了仿真,验证运行时温度不会引起永磁体的退磁现象,保障了永磁体选择的合理性。4、依据设计结果制造了样机并对样机展开基础的性能测试,包括样机的冷态直流电阻、空载反电动势、样机负载,测试结果表明符合预期,满足移动式永磁发电机的设计需求。