【摘 要】
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自由活塞发电系统（FPEG）是一种新型的车用发电装置,具有能量利用率高和燃料适应性强等优点,近年来被广泛关注和研究。本文以课题组研制的第三代FPEG系统为研究对象,开展了系统的电磁过程分析与改进设计,具体工作包括以下几个方面:（1）基于课题组现有的FPEG样机,对其电机系统的电磁过程进行了建模,结合FPEG其它部分的数学模型,搭建了联合仿真模型。基于实验数据对模型进行了验证,随后对电机系统电磁过程
【基金项目】
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国家自然科学基金（51875290）“自由活塞发电机热-机-电多场耦合动力学特性与协调机制研究”项目；
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自由活塞发电系统（FPEG）是一种新型的车用发电装置,具有能量利用率高和燃料适应性强等优点,近年来被广泛关注和研究。本文以课题组研制的第三代FPEG系统为研究对象,开展了系统的电磁过程分析与改进设计,具体工作包括以下几个方面:（1）基于课题组现有的FPEG样机,对其电机系统的电磁过程进行了建模,结合FPEG其它部分的数学模型,搭建了联合仿真模型。基于实验数据对模型进行了验证,随后对电机系统电磁过程进行了分析,包括磁钢表贴式动圈型直线发电机（SPM-MCLG）的EMF、损耗特性和Boost双向可逆功率变换器（B-BRPC）的电流、损耗特性。（2）分析了原电机方案SPM-MCLG的损耗产生原因和磁路构成,提出了磁钢内置式动圈型直线发电机（IPM-MCLG）的改进方案;确定了改进方案的结构参数;分析了改进方案的推力、EMF、效率等特性,并和原方案进行了对比。（3）为了简化原变换器方案B-BRPC的电路结构,提出了基于H桥双向可逆功率变换器（H-BRPC）的改进方案;确定了改进方案的调制方式、开关频率以及电流波形;搭建了改进方案的物理模型,分析了改进方案在电磁过程中的功率、损耗、能量流动等特性,并和原方案进行了对比。（4）基于电机和变换器的改进方案,完成了改进方案样机的研制,搭建了样机试验平台;开展了样机的试验研究,并将试验结果和仿真结果进行了对比。和原方案相比,改进方案中电机和变换器的效率分别提升了20.1%和3.4%,FPEG的电机系统电磁过程的总效率提升了21.4%。
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