電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)的建模與仿真方法研究畢業(yè)論文-展示頁(yè)
2025-07-06 15:54本頁(yè)面
【正文】 is machine are analyzed. And the theory of electromagnetic field is given. Then, the static characteristics 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第一章 緒論在上世紀(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(guó)際社會(huì)的承認(rèn)[1]。 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)報(bào)告紙電勵(lì)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(lì)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(lì)磁雙凸極電機(jī)…………………………………………………………………....7 電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)的結(jié)構(gòu)…………………………………………………………………..7 電勵(lì)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(chǎng)有限元分析簡(jiǎn)介……………………………………………………………...11 電磁場(chǎng)基本理論…………………………………………………………………………….11 麥克斯韋方程…………………………………………………………………………....11 一般形式的電磁場(chǎng)微分方程…………………………………………………………... 12 電磁場(chǎng)中常見的邊界條件………………………………………………………………13 電磁場(chǎng)求解的有限元法…………………………………………………………………….14 一維有限元法……………………………………………………………………………14 電磁場(chǎng)解后處理…………………………………………………………………………16第四章 電勵(lì)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(lì)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 給定邊界條件……………………………………………………………………………21 其它條件的設(shè)定…………………………………………………………………………22第五章 電勵(lì)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(shì)…………………………………………………………….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電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)的建模與仿真方法研究摘 要電勵(lì)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(lì)磁雙凸極電機(jī)，首先簡(jiǎn)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(chǎng)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(chǎng)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(shí)，對(duì)Ansoft仿真軟件也進(jìn)行了比較詳細(xì)的探討，在沒(méi)有具體資料的情況下，對(duì)該軟件有了初步的認(rèn)識(shí)。開關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，定、轉(zhuǎn)子都是凸極齒槽結(jié)構(gòu)，其轉(zhuǎn)子上無(wú)任何繞組，因此轉(zhuǎn)子上沒(méi)有銅耗，且轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)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(jiǎn)單。1992年，提出在開關(guān)磁阻電機(jī)定子上(或轉(zhuǎn)子上)增加一套簡(jiǎn)單的勵(lì)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(shì)；(2)不能用作無(wú)刷起動(dòng)發(fā)電機(jī)(起動(dòng)發(fā)電機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，作為無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)工作，起動(dòng)結(jié)束后作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行)，因?yàn)閯?lì)磁磁場(chǎng)由永磁材料提供，發(fā)電時(shí)調(diào)壓困難，且沒(méi)有故障滅磁能力。電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)是在雙凸極永磁電機(jī)基礎(chǔ)上，用電勵(lì)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，也可作電動(dòng)機(jī)使用。電勵(lì)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(jìng)爭(zhēng)力的新型無(wú)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(wú)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(dòng)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(shí)交流電源難于實(shí)現(xiàn)不中斷供電，不適合于計(jì)算機(jī)、飛控、電傳和發(fā)動(dòng)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(cuò)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(duì)電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)的各種特性進(jìn)行了仿真研究。電勵(lì)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(lái)的一種新型無(wú)刷電機(jī)，發(fā)電運(yùn)行時(shí)不需要知道轉(zhuǎn)子位置信號(hào)。按相數(shù)和極對(duì)數(shù)來(lái)分，電勵(lì)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(lì)磁繞組所匝鏈的磁鏈將不隨轉(zhuǎn)子位置角θ而改變，勵(lì)磁繞組不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，而且電機(jī)靜止加勵(lì)磁時(shí)無(wú)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。圖2－2 雙凸極電機(jī)電感的分段線性曲線雙凸極發(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：(21)式中各參量分別為：，(2) 電壓方程為：(22)其中，電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)轉(zhuǎn)子上無(wú)繞組，無(wú)電刷和換向器，而且發(fā)電工作時(shí)也不需要位置傳感器和功率變換器，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，壽命長(zhǎng)，維修方便，制造工藝也很簡(jiǎn)單，電機(jī)壽命僅由軸承壽命來(lái)決定。 圖2－3發(fā)電運(yùn)行外接全橋整流電路 圖2－4電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)磁場(chǎng)分布其基本工作原理是，當(dāng)勵(lì)磁繞組通有恒定電流
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