基于保角变换的多相表贴式永磁电机电磁性能研究

作     者：丁壮 

作者单位：青岛大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吴新振

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：多相永磁电机 保角变换 等效面电流 复势函数 气隙磁场 

摘      要：作为一种高效率、低振动噪声的驱动装置,大容量多相表贴式永磁同步电机近年来被广泛应用于大型舰船电力推进系统。永磁电机的电磁性能与气隙磁场密切相关,因此,快速精确计算出永磁电机的气隙磁场对电机运行性能的分析以及电机优化设计具有重要意义。本文以舰船大容量多相永磁电机为研究目标,基于改进的保角变换法对一台九相表贴式永磁小样机展开具体研究。以等效面电流法和保角变换法为基础建立了永磁电机解析计算模型。将永磁体等效成沿其表面分布的等效电流模型,采用基于Hague方程的传统保角变换法和基于复势函数的改进保角变换法分别建立电机开槽气隙区域与无槽气隙区域之间的保角变换关系,求出等效电流在无槽气隙区域的对应位置,并且得到永磁电机气隙磁密的计算表达式。最后,对比两种保角变换法的求解过程,表明改进保角变换法的便捷性。根据永磁电机的气隙磁场分析了不同工况下的电机运行性能。首先,采用两种保角变换法分别对永磁电机的空载、电枢反应以及负载气隙磁场进行了解析计算,并通过有限元仿真对传统保角变换法及改进保角变换法的求解结果进行验证,进一步说明了改进保角变换法的准确性、快速性及通用性;其次,根据气隙磁场计算结果,对永磁电机的空载感应电动势、齿槽转矩、负载感应电动势和负载转矩进行解析计算,并在实验样机上分别进行空载和负载实验,再次验证了本文所提解析计算方法的正确性。以改进永磁电机的转矩脉动、气隙磁密等电磁性能为目标进行优化设计。首先,根据优化目标和优化变量,采用Taguchi法建立正交试验表,确定不同的电机参数组合方案;其次,结合改进保角变换法对不同优化方案下电机的电磁性能进行解析计算,并对计算结果进行平均值分析和方差分析;最后,根据分析结果确定能够最大程度上满足各优化目标的设计方案。本文研究可为具有各种复杂气隙结构的多相表贴式永磁电机气隙磁场计算、电磁性能分析以及电机优化设计等方面提供理论指导。