六相12/10开关磁阻起动/发电机磁场的有限元分析及发电性能研究

摘要

开关磁阻电机（SRM）是上世纪80年代才发展起来的一种新型机电一体化设备。它作为起动/发电机系统，以其结构简单坚固、成本低、高容错运行能力、低速高转矩能力、较高的能量密度和高温运行能力等优良特性，已日益引起国内外许多专家、学者的注意和研究。 随着环境保护呼声的越来越高，能源问题的突现，混合动力汽车（HEV）成了近几年各大汽车公司的研究热点。开关磁阻起动/发电机在汽车ISAD系统中的应用是近几年才开始出现的一个新的发展方向，目前相关报道较少。本文以新型六相12/10结构的SR起动发电机作为研究对象，以有限元方法作为研究方法来开展一系列工作。 本文首先系统地研究了开关磁阻电机的基本理论，给出了六相12/10结构SR电机各种结构参数；建立了SR电机瞬态有限元分析模型，结合其静态模型通过Ansoft软件中的Maxwell2D模块对电流斩波（CCC）和位置控制模式下12/10 SR电机的发电特性进行了仿真，对仿真结果进行了深入分析；同时对样机做了起动转矩的测量，还对12/10 SR电机的起动实验进行了分析，对发电实验进行设计，探讨了电池能量管理。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1引言

1.2 ISAD的系统

1.2.1 ISAD的系统的概述

1.2.2 ISAD系统的组成

1.2.3 ISAD系统的基本功能

1.2.4 ISAD的发展概况

1.2.5混合动力汽车系统的研究动向

1.3开关磁阻电机的发展概况

1.3.1国外发展概况

1.3.2国内发展概况

1.3.3开关磁阻电机研究的新动向

1.4电磁场有限元分析的发展概况

1.5课题研究背景及意义

1.5.1研究背景

1.5.2课题意义

1.6本文主要研究内容

1.7本章小结

第二章开关磁阻起动/发电机的系统结构和运行机理

2.1引言

2.2开关磁阻起动/发电机系统基本原理

2.2.1 ISAD中开关磁阻起动/发电机系统结构

2.2.2开关磁阻发电机基本理论

2.3开关磁阻电机的基本方程式

2.3.1电路与磁路方程

2.3.2机械运动方程

2.3.3转矩平衡方程

2.4 SR电机线性模型解析

2.4.1绕组电感

2.4.2电磁转矩

2.4.3绕组电流

2.5 SRM控制方式

2.5.1角度位置控制方式

2.5.2电流斩波控制方式

2.5.3脉宽调制控制方式

2.6 SRG发电原理

2.6.1 SRG相电流解析

2.6.2 SRG的有效发电条件

2.6.3 SRG发电运行特点

2.7 SRG控制方式

2.7.1角度位置控制方式(APC)

2.7.2电流斩波控制方式(CCC)

2.7.3脉宽调制控制方式(PWM)

2.8本章小结

第三章12/10六相开关磁阻电机的有限元分析基础及有限元模型的建立

3.1引言

3.2有限元分析法(FEA Finite Element Analysis)

3.2.1有限元分析法(FEA)

3.2.2有限元分析的优点

3.2.3有限元分析(FEA)的求解步骤

3.3电机内电磁场的基本知识

3.4 SR电机有限元法基本理论

3.4.1开关磁阻电机物理模型的基本假设

3.4.2开关磁阻电机物理模型的边界条件

3.4.3单元剖分、插值以及变微分问题的离散化

3.5 SR电机转子运动问题的处理

3.6开关磁阻电机电磁转矩的数值计算

3.7开关磁阻电机绕组电感及互感的计算

3.8 12/10 SR电机Maxwell2D有限元模型的建立

3.8.1有限元分析软件Maxwell2D

3.8.2六相12/10结构开关磁阻电机有限元分析模型建立

3.9本章小结

第四章SR起动发电机运行分析

4.1引言

4.2开关磁阻发电机的数学模型

4.2.1开关磁阻发电机的励磁方式

4.2.2 SR发电系统的数学模型

4.2.3六相12/10 SRG场路耦合有限元法模型的建立

4.3 12/10开关磁阻发电机的发电性能仿真分析

4.3.1恒速发电运行

4.3.2减速制动回馈发电性能仿真分析

4.3.3不同转速下12/10 SRG的发电性能研究

4.4 SRG发电能量管理

4.4.1 SRG的控制策略

4.4.2.铅酸蓄电池充电策略

4.5本章小结

第五章专题研究

5.1引言

5.2强励磁方案的工作机理

5.3强励的他励方案

5.4 12/10结构的单电源主电路续流串联改造强励磁方案

5.5本章小结

第六章12/10六相SRM/G电机实验及数据分析

6.1引言

6.2 12/10电机的实验平台的搭建

6.3电动实验及数据分析

6.4发电实验分析

6.5本章小结

第七章总结展望

致谢

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表论文