电励磁双凸极电机的建模与仿真方法研究毕业论文 精品

电励磁双凸极电机的建模与仿真方法研究

目录

摘要 (3)

Abstract (4)

第一章绪论 (5)

1.1电励磁双凸极电机的发展 (5)

1.2飞机发电系统的发展 (6)

1.3课题研究的目的和内容 (6)

第二章电励磁双凸极电机 (7)

2.1 电励磁双凸极电机的结构 (7)

2.2 电励磁双凸极发电机的数学模型 (7)

2.3 发电运行工作原理 (8)

第三章电磁场有限元分析简介 (11)

3.1 电磁场基本理论 (11)

3.1.1 麦克斯韦方程 (11)

3.1.2 一般形式的电磁场微分方程 (12)

3.1.3 电磁场中常见的边界条件 (13)

3.2 电磁场求解的有限元法 (14)

3.2.1 一维有限元法 (14)

3.2.2 电磁场解后处理 (16)

第四章电励磁双凸极电机模型的建立 (17)

4.1 建模工具的探讨 (17)

4.2 电机模型的建立 (17)

4.2.1 定转子模型 (17)

4.2.2 绕组模型 (18)

4.2.3 电机材料的分配 (19)

4.2.4 励磁电流方向和大小的判定 (19)

4.2.5 相绕组电流方向和大小的判定 (20)

4.2.6 给定边界条件 (21)

4.2.7 其它条件的设定 (22)

第五章电励磁双凸极电机的静态特性 (23)

5.1 双凸极电机的空载磁链与电势 (24)

5.2 空载特性 (25)

5.3 负载特性 (27)

第六章总结与展望 (28)

致谢 (29)

参考文献 (30)

附录 (31)

电励磁双凸极电机的建模与仿真方法研究

摘要

电励磁双凸极电机是一种较为新型的电机，本文研究的是12/8极电励磁双凸极电机，首先简要介绍了电机的基本结构、工作原理和数学模型，并给出了电磁场有限元分析的理论依据，在此基础上建立了Ansoft模型，利用二维电磁场有限元的方法分析了其静态特性，得出了其空载和负载特性。

本文在研究电机性能的同时，对Ansoft仿真软件也进行了比较详细的探讨，在没有具体资料的情况下，对该软件有了初步的认识。

关键词：电励磁双凸极电机，有限元，Ansoft

modeling and simulation of doubly salient machine with field

excitation

Abstract

This dissertation focuses on the basic theory of a novel 12/8-pole doubly salient machine with field excitation, which is a new type recently. First, the configuration, the basic principles and the nonlinear modeling of this 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 two-dimensional (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

第一章绪论

1.1电励磁双凸极电机的发展

在上世纪80年代，新的调速电机——开关磁阻电机正式得到国际社会的承认[1]。开关磁阻电机的结构非常简单，定、转子都是凸极齿槽结构，其转子上无任何绕组，因此转子上没有铜耗，且转子结构简单、坚固，所以特别适合高速运行，其定子上只有集中绕组，制造工艺简单。因此，开关磁阻电机以其调速性能好，结构简单，效率高，制造成本低廉等诸多优点，得到了迅速的发展，并在许多场合得到应用,但其发电运行时需要配功率变换器使用。

1992年，美国著名电机专家T.A.Lipo等人在对开关磁阻电机深入研究的基础上，提出在开关磁阻电机定子上(或转子上)增加一套简单的励磁装置，如永磁体，并进行了初步的理论和实验研究[2]。此后英国、法国和德国等国也相继开展了此种电机及其控制系统的研制工作。改进后的电机在结构上与原开关磁阻电机类似，仍呈双凸极结构，故称为永磁式双凸极电机(DSPM)。由于附加了永磁磁场，永磁式双凸极电机在电机磁路、运行原理、力矩控制特性和系统控制规律等方面与开关磁阻电机相比较有较大的区别：在控制上，与无刷直流电机近似；在性能上，与直流电机调速系统相近。

双凸极电机由于全周期内出力，力矩/电流比大。国外初步研究表明，在额定功率相同、外形尺寸基本一致的情况下，双凸极电机的力矩/电流比是永磁无刷直流电机的1.7倍，开关磁阻电机的1.6倍，同步电机的1.2倍，感应电机的3.2倍；力矩/惯量比是永磁无刷直流电机的5.8倍，开关磁阻电机的1.4倍，同步电机的3.6倍，感应电机的10倍[3]。

永磁式双凸极电机的不足之处在于：(1)由于采用了永磁材料，电机高温运行能力降低，削弱了开关磁阻电机原有的高温能力强的优势；(2)不能用作无刷起动发电机(起动发电机在发动机起动时，作为无刷直流电动机工作，起动结束后作为发电机运行)，因为励磁磁场由永磁材料提供，发电时调压困难，且没有故障灭磁能力。

1998年南京航空航天大学航空电源重点实验室在永磁式双凸极电动机的基础上，提出了一种新型电励磁双凸极无刷直流电机，并申请了国家发明专利[4]。电励磁双凸极电机是在双凸极永磁电机基础上，用电励磁代替原电机的永磁结构，这种新型电机可作为发电机运行，