U型铁芯单相自起动永磁同步电机的分析

摘要

随着科技的快速发展，以及人们在工作效率、生活质量上的要求，对家用、办公、医疗、交通、工业的自动化电器设备有了更多的需求，作为这些新型电器驱动设备的小型电机也越来越受到广泛的关注。永磁电机由永磁材料参与励磁，特别适合安装在小型小功率电器上，U型自起动单相永磁电机是这类永磁电机中的一员。U型单相永磁电机由于自身结构原因造成的内部电磁场分布复杂，对永磁电机的工作性能产生了重要影响。因此，本课题的研究对改善该类电机的工作性能具有重要的意义。
　　首先，从电机的结构入手，论述了电机的自起动条件与运转方式，指出特殊的结构——不均匀气隙结构是电机获得自起动能力的原因，也影响了电机的静态状况。单相电机绕组的脉振磁场是转子持续转动的关键条件，利用双旋转理论分析了电机起动和运行的原理，阐明了电机的工作过程与特点。
　　其次，依据有限元法在分析磁场问题时计算准确的优点，建立U型单相永磁同步电机二维电磁场有限元计算模型，求解电机内的电磁场分布，依据计算结果，提取气隙磁密进行分析。通过对多种气隙结构下磁场计算，明确气隙参数与转子初始相位角、定位转矩的函数关系。并依据此函数关系，利用遗传算法多目标地对气隙结构进行优化。
　　最后，将改进后的电机进行二维电磁场的动态仿真计算，分析电机在不同条件下运行时的起动特性，研究电机运行时转速转矩等方面的特点，根据起动特性为U型自起动单相永磁电机的进一步优化提供依据。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 单相电机的研究现状

1．2．1 单相异步电机

1．2．2 单相永磁同步电机

1．3 永磁电机的起动方式

1．4 论文的主要工作

第2章 U型单相自起动永磁同步电机的结构与二维有限元分析

2．1 电机结构

2．2 运行原理

2．3 有限元法的基本原理

2．4 U型单相自起动永磁同步电机有限元计算

2．4．1 对求解区域的选择及剖分

2．4．2 边界条件的选取

2．4．3 二维电磁场方程

2．5 静态气隙磁场分布的计算

2．5．1 永磁体气隙磁场分布

2．5．2 负载气隙磁场分布

2．6 本章小结

第3章 U型单相自起动永磁同步电机气隙结构分析

3．1 气隙结构与气隙磁场的关系

3．1．1 阶梯气隙对定、转子磁场的影响

3．1．2 静态下电机气隙中的函数关系

3．2 基于遗传算法的优化

3．2．1 优化函数的建立

3．2．2 优化结果

3．3 本章小结

第4章 U型单相自起动永磁同步电机的暂态分析

4．1 电机起动问题计算步骤

4．2 电机起动过程的计算结果

4．2．1 空载起动

4．2．2 负载起动

4．2．3 负载突变

4．3 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢