分数槽永磁电机空间谐波定量分析及转矩波动抑制研究

摘要

随着近几年新能源的广泛推广，永磁电机的应用前景将更加广泛。永磁电机的转矩脉动是电机高性能调速和伺服系统的一项关键指标。一般要求永磁电机的转矩脉动不能大于3％。故抑制永磁电机其转矩脉动具有非常重要的意义。
　　 本文根据永磁电机空间谐波产生的机理，在本文中空间谐波重点是指齿谐波，提出电机本体结构对齿谐波抑制的逆向研究方法。文中首先采用有限元方法计算齿槽转矩，进而采用傅立叶变换得到其各次谐波的功率谱并对各次谐波进行归一化处理。其次通过逐次改变影响电机转矩脉动的四种结构参数，其包括槽口宽度，气隙尺寸，极弧系数和永磁体厚度，找到每种结构参数对分数槽永磁电机齿谐波影响的映射关系。最后计算齿谐波的谐波畸变率即THD值，并结合有限元分析结果和THD分析结果得到一组最优的结构参数组合。在文中采取理论分析与实验验证相结合的研究方案研究分数槽永磁电机转矩波动的抑制方法。主要的研究内容如下:
　　 1.分析分数槽永磁电机齿槽力谐波产生的根源、带来的影响及制定抑制策略。并通过有限元软件建立分数槽永磁电机的计算模型，计算电机模型的电磁场，得到分数槽永磁电机的齿槽转矩值和FFT频谱分析。
　　 2.逐次改变影响电机转矩脉动的4种结构参数，得到每种结构参数对电机齿谐波的影响，并结合谐波畸变率定量分析每种结构参数对分数槽永磁电机高次谐波的影响程度。最终综合4种结构参数的有限元分析结果和谐波畸变率分析结果得到一组最优的结构参数组合，优化电机的本体结构，通过对电机本体结构的量化研究，使电机的转矩脉动谐波最小。
　　 3.通过理论分析和仿真数据，获得电机的一组最优的多维结构参数，通过建立正交表，采用正交极差分析方法验证得到的最优结构参数。通过实验验证获得分数槽永磁电机的性能参数，验证所建立的分数槽永磁电机模型的可靠性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．1．1 分数槽永磁电机发展概况

1．1．2 分数槽永磁电机结构特点

1．1．3 分数槽永磁电机转矩波动产生原因与研究现状

1．1．4 分数槽永磁电机结构参数对转矩波动抑制研究的意义

1．2 研究方案

1．3 研究特色与创新工作

1．4 本章小结

第2章 分数槽永磁电机的建模与仿真

2．1 分数槽永磁电机的问题描述

2．1．1 分数槽永磁电机建模选用2D模型

2．1．2 分数槽永磁电机的绕组连接分布方案

2．1．3 分数槽永磁电机驱动控制电路的设计

2．2 分数槽永磁电机的有限元建模

2．2．1 分数槽永磁电机的结构参数与电磁参数

2．2．2 分数槽永磁电机的建模和有限元分析

2．3 本章小结

第3章 结构参数对空间谐波影响的研究

3．1 分数槽电机齿槽转矩解析分析

3．2 结构参数对分数槽电机齿槽转矩的仿真分析

3．2．1 槽口宽度的影响

3．2．2 极弧系数的影响

3．2．3 气隙尺寸的影响

3．2．4 永磁体径向高度对齿槽转矩的影响

3．3 结构参数对空间谐波影响的定量分析

3．3．1 槽口宽度对空间谐波影响的定量分析

3．3．2 极弧系数对空间谐波影响的定量分析

3．3．3 气隙尺寸对空间谐波影响的定量分析

3．3．4 永磁体径向高度对空间谐波影响的定量分析

3．4 基于有限元分析和定量分析得到最优数据组

3．5 本章小结

第4章 正交试验

4．1 正交试验

4．1．1 正交试验的概述

4．1．2 正交试验方案设计

4．2 基于正交设计的极差分析

4．3 抑制转矩波动的定量分析结果与极差分析结果对比

4．4 本章小结

第5章 样机测试

5．1 样机系统简介

5．2 样机测试结果分析

5．3 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 本文总结

6．2 有待研究的问题

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果

攻读硕士期间参加的科研项目