新型混合励磁双凸极无刷直流发电机基本特性研究

摘要

混合励磁双凸极电机是在永磁双凸极电机和电励磁双凸极电机基础上的继承和发展，成为双凸极电机研究的新热点。本文研究新型混合励磁双凸极电机的基本结构拓扑、整流电路形式、多路输出能力及其电枢反应特性，为新型混合励磁双凸极无刷直流发电机的理论研究与实践应用奠定基础。
　　本文首先讨论了新型混合励磁双凸极电机的结构原理，给出不同极数下的结构拓扑。研究了不同整流电路结构下混合励磁双凸极电机的发电方式。基于其磁场调节特性定义了励磁电流的正方向，并分析了不同励磁电流下电励磁磁势对电机内各部分气隙磁场的调节规律。在此基础上提出新型混合励磁双凸极电机电枢绕组的不同连接及输出方式。
　　考虑有限元法在新结构混合励磁双凸极电机初期分析与优化设计方面计算效率较低的不足，本文研究并建立了混合励磁双凸极电机不同转子位置角下的非线性等效磁网络模型。给出了混合励磁结构下各部分等效磁导的计算方法，引入气隙磁导修正系数和定子极磁导修正系数，用回路磁通法列写磁路方程，运用牛顿法求解了非线性磁网络模型。有限元分析和实验结果都验证了非线性磁网络模型具有较高的精度。
　　围绕混合励磁双凸极无刷直流发电机具有多种输出方式的特点对其负载特性进行了研究。推导了发电机的磁链方程，得到发电机的外特性和功率特性，并对比分析了不同输出方式下的功率输出特点。分别就混合励磁双凸极无刷直流发电机不同输出方式下的不同发电方式研究其电枢反应，讨论了励磁电流、负载电流和换相重叠等因素对电枢反应的影响。
　　研制了24/16极混合励磁双凸极无刷直流发电机原理样机，对电机不同输出方式下的空载特性和负载特性进行了实验研究。实验结果验证了理论分析和有限元仿真的正确性，表明新型混合励磁双凸极无刷直流发电机在独立电源系统中有重要的应用和研究价值。

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注释表

第一章 绪论

1.1 双凸极电机的发展与课题研究背景

1.2 HEDSM研究现状

1.3 课题研究目的和研究内容

第二章 混合励磁双凸极电机结构原理与空载特性分析

2.1 HEDSM的基本结构

2.2 HEDSM磁场调节原理

2.3 HEDSM静磁场分析

2.4 绕组连接和输出方式

2.5 HEDSM的发电方式

2.6 HEDSM的特点

2.7 HEDS-BLDCG空载特性分析与实验验证

2.8 本章小结

第三章 混合励磁双凸极电机非线性等效磁网络分析

3.1 非线性分析法概述及等效磁网络基本原理

3.2 非线性等效磁网络模型的建立

3.3 磁网络模型参数计算

3.4 磁导修正系数

3.5 等效磁网络模型的求解

3.6 磁网络模型计算结果与实验验证

3.7 本章小结

第四章 混合励磁双凸极无刷直流发电机负载特性及电枢反应研究

4.1 HEDS-BLDCG的磁链方程

4.2 SRG发电方式

4.3 DSG2发电方式

4.4 三种输出方式的比较分析

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 工作总结

5.2 后续研究展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文