笼型实心转子屏蔽感应电机电磁场及参数研究

摘要

本文旨在对笼型实心转子屏蔽感应电机的电磁理论进行研究。重点是其等效电路参数的计算、电磁能量转换过程以及电机性能计算的分析，并推导出笼型实心转子屏蔽感应电机的实用等效电路及参数解析表达式。文中还利用电磁场有限元法对电机的运行性能及参数计算进行深入研究。首先对含实心体结构感应电机的发展以及笼型实心转子屏蔽感应电机的研究现状进行概述，阐明本课题研究的意义、内容及方法。利用二维多层电磁场理论建立笼型实心转子屏蔽感应电机的解析模型。将等效电路与电磁场计算结果相结合，推导出转子等效总阻抗的表达式。
　　本研究从耦合互感的基本概念出发，利用等效磁路法推导出笼型实心转子屏蔽感应电机转子各支路的互漏感抗表达式。结合二维分层阻抗理论推导出的转子各支路等效阻抗的表达式，对转子各支路参数进行解耦。根据参数表达式的对比，对正常负载区间的等效电路进行合理简化，结合利用“虚拟笼条”法及二维磁场解析法得到的定子屏蔽套等效电阻表达式，推导出意义明确的笼型实心转子屏蔽感应电机实用等效电路。通过实例分析对实用等效电路及其解析参数在电机电磁方案设计上的应用进行探讨。利用时谐电磁场有限元法对不同转子结构感应电机稳态运行性能及等效电路参数进行计算。通过对时谐电磁场中电机转子表面坡印亭矢量的推导，使得该方法对不同转子结构感应电机都有较强的适用性。以一台Y2系列感应电机及一台笼型实心转子感应电机为例，文中将其在含鼠笼导条以及笼型实心体复合结构转子感应电机的稳态运行性能计算及参数处理精度上进行试验对比。以该方法为验证手段，对笼型实心转子屏蔽感应电机实用等效电路及其各参数解析表达式的精度进行了验证。利用时谐电磁场及时变电磁场有限元对电机损耗进行研究，对比分析谐波磁场对电机损耗的影响。介绍Bertotti铁耗分离模型以及Loss Surface动态磁滞模型在铁耗电磁场有限元计算法中的应用。对比分析两种铁耗模型在计算电机交变及旋转磁化下铁心损耗上的精度。文中还就单相感应电机铁耗的测试方法进行研究，对单相供电环境下具有不对称两绕组单相电机铁耗传统测试法的局限性进行分析，并基于对称分量法对测量手段进行改进，从而提高测量精度。

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1 绪论

1.1 核能发电以及核级泵用屏蔽电机概述

1.2 实心转子感应电机的发展概况

1.3 笼型实心转子屏蔽感应电机的分析方法

1.4 本文的主要研究内容

2 笼型实心转子屏蔽感应电机的二维电磁场解析计算

2.1 引言

2.2 电机物理模型及简化电路模型

2.3 转子通用磁场解析模型及系数求解

2.4 转子侧等效总阻抗的解析推导

2.5 转子侧等效总阻抗表达式的简化

2.6 本章小结

3 笼型实心转子屏蔽感应电机实用等效电路的推导及应用

3.1 引言

3.2 定子屏蔽套等效电路参数计算

3.3 转子等效电路的一般形式

3.4 转子各支路等效阻抗的计算

3.5 转子各支路耦合互漏感抗的计算

3.6 实用等效电路的简化

3.7 实用等效电路及其解析参数的应用

3.8 本章小结

4 不同转子结构感应电机性能的二维时谐场分析

4.1 引言

4.2 不同转子结构感应电机的二维时谐电磁场分析法

4.3 二维时谐电磁场在不同转子结构感应电机分析精度的验证

4.4 笼型实心转子屏蔽感应电机的二维时谐电磁场分析

4.5 笼型实心转子屏蔽感应电机额定工况下的损耗分析

4.6 本章小结

5 不同转子结构感应电机的等效电路参数计算

5.1 引言

5.2 不同转子结构感应电机参数的时谐场有限元计算法

5.3 普通感应电机参数的计算与试验验证

5.4 笼型实心转子电机参数的计算与试验验证

5.5 笼型实心转子屏蔽感应电机参数的计算及验证

5.6 笼型实心转子屏蔽电机实用等效电路及参数的验证

5.7 本章小结

6 电机损耗计算及铁耗测试方法研究

6.1 引言

6.2 谐波磁场对笼型实心转子屏蔽感应电机损耗的影响

6.3 笼型实心转子屏蔽感应电机铁耗的时变场计算法

6.4 正弦供电下单相感应电机的铁耗测试方法的改进

6.5 本章小结

7 总结与展望

7.1 论文总结

7.2 课题展望

致谢

参考文献

附录 攻读博士学位期间已发表或录用的论文