【正文】 aracteristics of the doubly salient machine with field excitation (DSEM) are carried out based on twodimensional (2D) finite element analysis (FEA). This text has carried on more detailed discussion to Ansoft artificial software while studying performance of the electrical machinery, understanding that this software is preliminary. Key words: doubly salient machine with field excitation, finite element analysis, Ansoft 畢業(yè)設(shè)計 (論文 )報告紙 共 33 頁 第 5 頁 第一章 緒論 電勵磁雙凸極電機(jī)的發(fā)展 在上世紀(jì) 80 年代，新的調(diào)速電機(jī) ——開關(guān)磁阻電機(jī)正式得到國際社會的承認(rèn) [1]。 畢業(yè)設(shè)計 (論文 )報告紙 共 33 頁 第 1 頁 電勵磁雙凸極電機(jī)的建模與仿真方法研究 目 錄 摘 要 ……………………………………………………………………………………………… 3 Abstract…………………………………………………………………………………………… .4 第一章 緒論 ………………………………………………………………………………… ....5 電勵磁雙凸極電機(jī)的發(fā)展 ……………………………………………………………… .… .5 飛機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展 ……………………………………………………………………… ..6 課題研究的目的和內(nèi)容 …………………… ……………………………………………… ..6 第二章 電勵磁雙凸極電機(jī) ………………………………………………………………… ....7 電勵磁雙凸極電機(jī)的結(jié)構(gòu) ………………………………………………………………… ..7 電勵磁雙凸極發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 ………………………………………………………… ..7 發(fā)電運(yùn)行工作原理 …………………………………………….................……………… .....8 第三章 電磁場有限元分析簡介 …………………………………………………………… ...11 電磁場基 本理論 …………………………………………………………………………… .11 麥克斯韋方程 ………………………………………………………………………….. ..11 一般形式的電磁場微分方程 ………………………………………………………… ... 12 電磁場中常見的邊界條件 ……………………………………………………………… 13 電磁場求解的有限元法 …………………………………………………………………… .14 一維有限元法 …………………………………………… ……………………………… 14 電磁場解后處理 ………………………………………………………………………… 16 第四章 電勵磁雙凸極電機(jī)模型的建立 …………………………………………………… ..17 建模工具的探討 …………………………………………………………………………… .17 電機(jī)模型的建立 …………………………………………………………………………… .17 定轉(zhuǎn)子模型 ……….…………………………………………………………………… ...17 繞組模 型 ………………….…………………………………………………………… ...18 電機(jī)材料的分配 ………………………………………………………………………… 19 勵磁電流方向和大小的判定 …………………………………………………………… 19 相繞組電流方向和大小的判定 ………………………………………………………… 20 畢業(yè)設(shè)計 (論文 )報告紙 共 33 頁 第 2 頁 給定邊界條件 …………………………………………………………………………… 21 其它條件的設(shè)定 ………………………………………………… ……………………… 22 第五章 電勵磁雙凸極電機(jī)的靜態(tài)特性 ………………………………………………………… 23 雙凸極電機(jī)的空載磁鏈與電勢 …………………………………………………………… .24 空載特性 …………………………………………………………………………………… .25 負(fù)載特性 …………………………………………………………………………………… .27 第六章 總結(jié)與展望 ……………………………………………………………………………… 28 致 謝 ………………………………………………………… …………………………………… 29 參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………………………………… ..30 附 錄 ……………………………………………………………………………………………… 31 畢業(yè)設(shè)計 (論文 )報告紙 共 33 頁 第 3 頁 電勵磁雙凸極電機(jī) 的建模與仿真方法研究 摘 要 電勵磁雙凸極電機(jī)是一種較為新型的電機(jī)，本文研究的是 12/8 極電勵磁雙凸極電機(jī)，首先簡要介紹了電機(jī)的 基本結(jié)構(gòu)、工作原理和 數(shù)學(xué)模型 ，并給出了電磁場有限元分析的理論依據(jù)，在此基礎(chǔ)上建立了 Ansoft 模型，利用二維電磁場有限 元的方法分析了其靜態(tài)特性，得出了其空載和負(fù)載特性。 本文在研究電機(jī)性能的同時，對 Ansoft 仿真軟件也進(jìn)行了比較詳細(xì)的探討，在沒有具體資料的情況下，對該軟件有了初步的認(rèn)識。開關(guān)磁阻 電機(jī)的結(jié)構(gòu)非常簡單，定、轉(zhuǎn)子都是凸極齒槽結(jié)構(gòu)，其轉(zhuǎn)子上無任何繞組，因此轉(zhuǎn)子上沒有銅耗，且轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單、堅固，所以特別適合高速運(yùn)行，其定子上只有集中繞組，制造工藝簡單。 1992 年，美國著名電機(jī)專家 等人在對開關(guān)磁阻電機(jī)深入研究的基礎(chǔ)上，提出在開關(guān)磁阻電機(jī)定子上 (或轉(zhuǎn)子上 )增加一套簡單的勵磁裝置，如永磁體，并進(jìn)行了初步的理論和實(shí)驗(yàn)研究 [2]。改進(jìn)后的電機(jī)在結(jié)構(gòu)上與原開關(guān)磁阻電機(jī)類似，仍呈雙凸極結(jié)構(gòu)，故稱為永磁式雙凸極電機(jī)(DSPM)。 雙凸極電機(jī)由于全周期內(nèi)出力，力矩 /電流比大。 永磁式雙凸極電機(jī)的不足之處在于： (1)由于采用了永磁材料，電機(jī)高溫運(yùn)行能力降低，削弱了開關(guān)磁阻電機(jī)原有的高溫能力強(qiáng)的優(yōu)勢； (2)不能用作無刷起動發(fā)電機(jī) (起動發(fā)電機(jī)在發(fā)動機(jī)起動時，作為無刷直流電動機(jī)工作，起動結(jié)束后作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行 )，因?yàn)閯畲糯艌鲇捎来挪牧咸峁?，發(fā)電時調(diào)壓困難，且沒有故障滅磁能力。電勵磁雙凸極電機(jī)是在雙凸極永磁電機(jī)基礎(chǔ)上，用電勵磁代替原電機(jī)的永磁結(jié)構(gòu)，這種新型電機(jī)可作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行， 畢業(yè)設(shè)計 (論文 )報告紙 共 33 頁 第 6 頁 也可作電動機(jī)使用。 電勵磁雙凸極電機(jī)以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的電氣性能正成為一種應(yīng)用前景看好的新型電機(jī)，可望成為一種有競爭力的新型無刷電機(jī)。相應(yīng)的飛機(jī)發(fā)電系統(tǒng)也經(jīng)歷了從 28V 低壓直流發(fā)電系統(tǒng)， 400Hz 115/200V 恒速恒頻交流發(fā)電系統(tǒng)，變速恒頻交流發(fā)電系統(tǒng)，到 270V 高壓無刷直流發(fā)電系統(tǒng) [5]。恒速恒頻交流電源目前得到了廣泛使用，但恒速傳動裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)性差和效率低，限制了它在高性能飛機(jī)上的使用。同時交流電源難于實(shí)現(xiàn)不中斷供電，不適合于計算機(jī)、飛控、電傳和發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)等要求不中斷供電的設(shè)備使用。高壓直流電源和固態(tài)配電系統(tǒng)的結(jié) 合，完美地實(shí)現(xiàn)了電能供給的余度、容錯和不中斷，為 21 世紀(jì)先進(jìn)飛機(jī)的發(fā)展創(chuàng)造了條件 [6]。本文利用 MATLAB 和 Ansoft 對電勵磁雙凸極電機(jī)的各種特性進(jìn)行了仿真研究。電勵磁雙凸極電機(jī)是在雙凸極永磁電機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型無刷電機(jī)，發(fā)電運(yùn)行時不需要知道轉(zhuǎn)子位置信號。按相數(shù)和極對數(shù)來分，電勵磁式雙凸極電機(jī)有單相 4/6 極、 8/12 極或三相 6/4 極、 12/8 極或四相 8/6 極、 16/12 極等。轉(zhuǎn)子極弧等于定子極弧，均為定子齒距的 1/2，定轉(zhuǎn)子極弧取 12? 機(jī)械角，從而使合成氣隙磁導(dǎo)為一常數(shù)，這樣不僅保證電機(jī)勵磁繞組所匝鏈的磁鏈將不隨轉(zhuǎn)子位置角θ而改變，勵磁繞組不會產(chǎn)生感應(yīng)電勢，而且電機(jī)靜止加勵磁時無定位力矩，另外任一 相定子繞組所交鏈的互感磁鏈僅與該相磁導(dǎo)成正比。 畢業(yè)設(shè)計 (論文 )報告紙 共 33 頁 第 8 頁 1?2?3?m i npLm a xpLm i np fLm a xp fL)(?L?繞 組 互 感相 繞 組 自 感4?0?勵 磁 繞 組 自 感pLp fLfLfL 圖 2－ 2 雙凸極電機(jī)電感的分段線性曲線 電勵磁雙凸極發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 雙凸極發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型包括磁鏈方程、電壓方程等。 (1) 磁鏈方程為： ][][][ IL ??? (21) 式中各參量分別為： ?????????????fcba????? ][，????????????????ffcfbfacfcbfbafaLLLLLLLLLLL 000000][，?????????????fcbaiiiiI][ (2) 電壓方程為： dtLdIdt IdLIRU ][][][][][][][ ?????? (22) 其中 ?????????????fcbaUUUUU ][，? ?????????????????fcbaRRRRR 發(fā)電運(yùn)行工作原理 電勵磁雙凸極電機(jī)轉(zhuǎn)子上無繞組，無電刷和換向器，而且發(fā)電工作時也不需要位置傳感 畢業(yè)設(shè)計 (論文 )報告紙 共 33 頁 第 9 頁