自起动永磁同步电动机磁极形状的优化及其特性研究

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1、国内图书分类号：TM351国际图书分类号：621．3硕士学位论文学校代码：10079密级：内部自起动永磁同步电动机磁极形状的优化及其特性研究硕士研究生：导师：申请学位：学科：专业：所在学院：答辩日期：授予学位单位：陈超刘明基工学硕士电气工程电机与电器电气与电子工程学院2011年3月华北电力大学ClassifiedIndex：TM351U．D．C：621．3ThesisfortheMasterDegreeStudyontheOptimizationofMagneticPoleShapeandItsCharacteristicsofLine-·startPermanentM

2、agnetSynchronousMotorCandidate：Supervisor：School：DateofDefence：Degree·-Conferring--Institution：ChenChaoLiuMingjiSchoolofElectrical&ElectronicEngineeringMarch，201lNorthChinaElectricPowerUniversity华北电力大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《自起动永磁同步电动机磁极形状的优化及其特性研究》，是本人在导师指导下，在华北电力大学攻读硕士学位期间独立进行研究

3、工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名：豫垃日期：≯¨年≥月／够日华北电力大学硕士学位论文使用授权书《自起动永磁同步电动机磁极形状的优化及其特性研究》系本人在华北电力大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归华北电力大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解华北电力大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和

4、借阅。本人授权华北电力大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于(请在以上相应方框内打“√”)：保密团，在1年解密后适用本授权书不保密口作者签名：僻、趣翩繇剖啭Ft期：铂Jf年弓月1V-Ft同期：沙I／年；月膨日华北电力大学硕士学位论文摘要自起动永磁同步电动机兼有异步电机能够自起动和永磁同步电机高功率因数及高效、节能的优点，得到了越来越多的关注和应用。但是，由于永磁电机磁路结构的复杂性，使气隙磁场中含有大量的谐波，这势必导致电机中的谐波电势、谐波电流、振动噪声以及铁心损耗的增大。因此优化永磁电机磁极形状，降低气隙磁场中的

5、谐波含量，对永磁电机效率及性能的进一步提高具有重要意义。本文以优化空载气隙磁密波形为目标，利用电磁场计算的有限元法和两种优化算法(遗传算法以及响应面法)，对自起动永磁同步电动机的磁极形状进行了优化，并对磁极形状优化前后的永磁电机性能进行了性能对比分析。首先借鉴表面式磁钢永磁电机的不均匀气隙结构，对自起动永磁同步电动机采用一段圆弧磁极形状进行优化。接着，基于大型凸极同步发电机三段圆弧极靴结构设计的基本思想，提出将三段圆弧结构用于自起动永磁同步电动机的磁极形状设计。利用遗传算法、响应面法及两者相结合的优化算法，获得了两种不均匀气隙结构永磁电机磁极形状参数的最优设计值，并对计

6、及定子斜槽时的空载电动势进行了计算分析，谐波含量得到了明显的降低。然后，利用自主开发的时步有限元法程序对优化前后三种不同磁极结构电机的稳态特性进行了计算、分析和对比，仿真结果表明，通过磁极形状的优化，电机稳态运行时电流中的谐波含量以及力矩波动明显降低。最后，通过在一台自起动永磁电机上的空载实验验证了本文时步有限元程序的可信性，从而间接验证了磁极形状优化方法的正确性。仿真和实验结果表明，本文提出的不均匀气隙结构自起动永磁电机磁极形状的优化方法能够明显降低气隙磁场及电动势中谐波含量并显著提高电机的稳态运行性能。关键词：自起动永磁同步电动机；磁极形状优化；遗传算法；响应面法；

7、时步有限元法；稳态特性华北电力大学硕士学位论文AbstractSincetheline·startpermanentmagnetsynchronousmotor(PMSM)combinesthebothadvantagesofinductionmotorwhichcanstarton—lineandPMSMwhichhasmeritsofhighpowerfactor,highefficiencyandenergysaving，itisgainingmoreandmoreattentionandapplication．However,th