永磁辅助同步磁阻电机的非常规绕组设计及转矩性能分析

来源 :江苏大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qingqing20090756
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永磁辅助同步磁阻电机因其综合了同步磁阻电机和永磁电机的优点具有高效率,高功率密度且成本低等优势,在机械设备、航空航天和电动汽车等众多领域中受到了广泛的应用并引起了世界各地学者的浓厚研究兴趣,但该类电机存在转矩脉动大的缺点。目前已有很多学者在降低其转矩脉动方面取得一定成效,但随着领域高精尖技术的发展以及研究内容的深入,电机的转矩脉动有了更高的要求,因此从更多的侧重点使永磁辅助同步磁阻电机的转矩脉动降低具有重要意义。在已有的研究中,大多对于永磁辅助同步磁阻电机的转子结构、定子结构入手来降低转矩脉动,但是这些措施存在一个普遍的缺点是增加了制造工艺的难度又降低了电机定转子的机械强度。本文以永磁辅助同步磁阻电机为研究对象,通过设计非常规绕组的手段来实现对转矩脉动的降低。有限元分析对比几种非常规绕组和常规绕组的气隙磁通密度以及转矩波形后,最终证实非常规绕组可以有效降低永磁辅助同步磁阻电机的转矩脉动。本文对于永磁辅助同步磁阻电机绕组理论的研究内容如下:(1)提出了槽极配合的分类理论,定义了一些槽极配合参数,利用这些参数的性质将任意数目的槽数和极数搭配可分为常规平衡绕组和三种非常规绕组:不平衡绕组、非常规偶数槽绕组和非常规奇数槽绕组,该方法适用于任意槽数的三相和多相电机。(2)为解决槽电势星形图绘制繁琐这一问题,本文提出一种适用于任意相数的双层绕组分相方法,对于任何槽极组合,只需通过公式计算就可以得到分相所用参数,然后给出具体绕组配置方案,该分相方法具有很好的通用性,每一种绕组的槽极配合均可以使用此方法进行设计,且该类非常规绕组具有优良的转矩性能。(3)提出单层非常规绕组的分相方法,并在单层非常规绕组基础上进行改进,设计出一种五相三层非常规绕组和一种九相三层非常规绕组,此两种绕组相对于单层非常规绕组对称性要优于双层非常规绕组,转矩性能上相对于常规绕组有一定提升,但相对于双层非常规绕组其转矩性能上稍差。(4)通过比较采用内嵌永磁体双层磁障的转子和不设磁障的转子两种电机模型的气隙磁通密度,分析了定子磁动势对电机转矩性能的影响。根据磁共能理论分析了转子与定子磁动势谐波与转矩脉动的关系。(5)对常规平衡绕组、不平衡绕组、非常规偶数槽绕组和非常规奇数槽绕组四种绕组分别建立三相36槽6极,33槽6极,34槽6极和35槽6极电机模型,四种电机模型除了绕组以及定子槽数外其他参数完全相同,通过有限元仿真得到电机模型的转矩波形,通过傅里叶分解进行谐波分析。通过仿真结果对比发现,与常规平衡绕组相比,不平衡绕组,非常规偶数槽绕组和非常规奇数槽绕组可以使电机具有更小的转矩脉动。此外,对四种电机模型还进行了径向力和功率损耗分析可以发现三种非常规绕组与常规绕组相比性能上相差不大,故综合而言,在综合性能上非常规绕组相对于常规绕组具有一定的优越性。
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