论文部分内容阅读
为提高电动机车用永磁同步电机的功率密度,气隙长度通常设计得较小,而这使得电枢反应对气隙磁场的影响加强,导致负载气隙磁密与反电势严重畸变。为此本文设计了一种不对称偏心气隙结构,并分别围绕该结构在整数槽分布绕组电机与分数槽集中绕组电机中的应用展开研究。论文主要研究内容如下:(1)考虑交叉耦合及饱和的PMSM电磁参数研究介绍基于冻结磁导率法的电感参数计算方法,并基于该方法对(9轴坐标系下PMSM基本数学模型中的磁链方程与转矩方程进行修正,为后续分析奠定理论基础。(2)不对称偏心气隙在整数槽分布绕组电机中的设计与分析鉴于常规结构ISDWPMSM的负载气隙磁场存在明显畸变,结合电动机车单向驱动特性,设计一种不对称偏心气隙结构,磁场增强处采用偏心气隙,磁场削弱处采用均匀气隙。通过定义设计参数——最大最小气隙比,对该结构进行优化。对比对两种结构ISDWPMSM的电磁性能,并分别采用传统磁链电流法与冻结磁导率法分析不对称偏心气隙结构对电感的影响,基于冻结磁导率法对转矩进行深入分析。研究表明,不对称偏心气隙结构能显著削弱负载磁场畸变,额定工况下转矩脉动可降低70.75%,额定转速下不同负载时效率均有明显提升;由于交轴气隙的增大,交轴电感有所减小,而直轴电感基本不变;与常规结构ISDWPMSM相比,该结构电机具有更大的永磁转矩,而其传统磁阻转矩相对较小。(3)不对称偏心气隙在分数槽集中绕组电机中的设计与分析基于反电势与定转子主要尺寸一致原则开展常规结构与不对称偏心气隙结构FSCWPMSM设计,并对两者的电磁性能进行对比。分别在理想正弦电流供电与逆变器供电条件下,分析不对称偏心气隙结构对电机铁耗的抑制效果。研究表明,FSCWPMSM磁动势谐波丰富,磁场畸变更为严重,而不对称偏心气隙结构能对其进行有效抑制,并改善电机性能;额定工况下,ISDWPMSM与FSCWPMSM铁耗分别可降低22.74%、29.11%,其中不对称偏心气隙结构对涡流损耗(相较于磁滞损耗)与转子铁耗(相较于定子铁耗)的抑制效果更为显著;考虑电流时间谐波影响时,铁耗明显增加,但该结构仍可对其进行有效抑制。(4)基于矢量控制的PMSM联合仿真研究为考虑实际控制系统对电机性能的影响,建立基于矢量控制的JMAG-Simulink-PSPICE联合仿真平台,并借助该平台对所设计的4台电机进行分析,进一步验证不对称偏心气隙结构的有效性与可行性。