文档介绍：硕士学位论文
具有高过载能力永磁同步电机的研究
RESEARCH ON PERMANENT
SYNCHRONOUS MOTOR WITH HIGH
OVERLOAD PERFORMANCE
张江鹏
哈尔滨工业大学
2011 年 6 月
国内图书分类号:TM351 学校代码:10213
国际图书分类号: 密级:公开
工学硕士学位论文
具有高过载能力永磁同步电机的研究
硕士研究生: 张江鹏
导师: 李立毅教授
申请学位: 工学硕士
学科: 电机与电器
所在单位: 电气工程及自动化学院
答辩日期: 2011 年 6 月
授予学位单位: 哈尔滨工业大学
Classified Index: TM351
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Dissertation for the Master Degree in Engineering
RESEARCH ON PERMANENT
SYNCHRONOUS MOTOR WITH HIGH
OVERLOAD PERFORMANCE
Candidate: Zhang Jiangpeng
Supervisor: Prof. Li Liyi
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Speciality: Electrical Machine and Apparatus
Affiliation: School of Electrical Engineering
Date of Defence: June, 2011
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
在某些电机应用场合,例如航空航天、汽车动力、军事、车床加工等领域,
由于其在体积、质量、环境适应性、可靠性等方面的特殊要求,以及某些特殊的
负载间歇突变工况,常规设计的电机已经无法满足使用需求,具有极限输出性能
的电机成为人们追求的目标,期望电机在转速不变的条件下具有高的转矩过载能
力。
本文研究的永磁同步电机的过载能力是指在恒定转速下的转矩过载能力,过
载倍数是最大输出转矩与额定输出转矩的比值。恒定转速下,普通永磁同步电机
输出转矩超过额定转矩时,其转矩输出不会随着输入电流呈线性增长,出现饱和
现象。这是由于在过载状态下,电机出现定子铁心饱和、电枢反应过强、直轴去
磁作用过大、电机温升过高电机可靠性下降现象。在这些制约条件下,电机的输
出能力难以继续提高。
本文从永磁同步电机(PMSM)的输出功率入手,分析永磁同步电机的极限
输出功率与极限输入电流的关系,着重解决如何提高电机的极限输入电流,从而
提高电机的过载能力。针对上述三种制约因素,进一步分析铁心饱和、电枢反应
和电机可靠性对永磁同步电机过载能力的影响。
针对永磁同步电机从电机原理和结构两个方面入手,通过改变定子和转子结
构参数,分析整数槽和分数槽对电机过载能力的影响、分析极槽配合对电机过载
能力的影响、分析定、转子外径比例对电机极限输出转矩的影响、分析齿槽面积
比例对电机过载能力的影响、分析磁钢尺寸和极对数对永磁电机极限输出能力的
影响。
接着本文分析了无槽电机(Slotless Permanent Synchronous Motor,
SL-PMSM)的过载能力,并与有槽 PMSM 的过载能力进行对比。在特定定子外
径、体积下,SL-PMSM 的功率密度小于有槽 PMSM。在定子外径小于
的条件下,SL-PMSM 的功率密度更高,过载能力更强。
最后根据上述分析设计一台具有高过载能力的永磁同步电机,设计转矩过载
倍数 10 倍。通过合理的试验方法,测得高过载电机的过载倍数,绘制转矩-电流
曲线,分析其线性度;利用温度传感器测量在高过载状态下电机的温升曲线。通
过实验分析与有限元仿真进行对比,分析误差得出结论。
关键词:永磁电机;SL-PMSM;高过载;极限输出;铁心饱和;电枢反应
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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
In some motor applications, for example,