基于有限元法的永磁球形電動機暫態(tài)特性分析.pdf

1、基于有限元法的永磁球形電動機基于有限元法的永磁球形電動機暫態(tài)特性分析暫態(tài)特性分析TransientTransientTransientTransientacteristicsacteristicsacteristicsacteristicsAnalysisAnalysisAnalysisAnalysisofofofofPMPMPMPMSphericalSphericalSphericalSphericalMotMotMotMotBase

2、dBasedBasedBasedononononthethethetheFiniteFiniteFiniteFiniteElementElementElementElementMethodMethodMethodMethod學科專業(yè)：電氣工程研究生：祝勝濤指導教師：李洪鳳副教授天津大學電氣與自動化工程學院二零一二年十二月摘要隨著機器人等高新技術的快速發(fā)展，單軸可以實現(xiàn)三自由度運動的永磁球形電動機成為國內(nèi)外研究的熱點。目前，永磁球形電動機

3、還處于理論研究階段，研究內(nèi)容尚集中在電機電磁場、力學解耦控制及軌跡跟蹤等方面。關于磁場方面的研究主要局限于永磁球形電動機靜態(tài)特性方面的研究，無法全面展現(xiàn)永磁球形電動機的性能，這也大大制約了球形電動機控制方面的研究進展。永磁球形電動機的啟動性能及負載突變情況下，電機的性能變化都是重要的研究內(nèi)容，這些內(nèi)容屬于永磁球形電動機的暫態(tài)特性分析范疇。關于永磁球形電動機的暫態(tài)特性在可查的文獻中，描述甚少，本文對永磁球形電動機的暫態(tài)性能進行了初探研究。

4、論文以永磁球形電動機的等效二維模型為研究對象，基于二維有限元法分析了永磁球形電動機的暫態(tài)特性。建立了二維有限元等效模型，對定子線圈分相控制，分析得到了永磁球形電動機的自轉磁阻轉矩、空載反電勢以及空載磁鏈的二維暫態(tài)特性曲線。對定、轉子不同參數(shù)對自轉磁阻轉矩、空載繞組反電勢以及空載繞組磁鏈暫態(tài)特性的影響進行了討論。為了更加全面的展示永磁球形電動機的動態(tài)性能，將二維空間擴展到三維，建立了永磁球形電動機的三維有限元模型，并采用相應的通電策略對定

5、子線圈進行分相控制。首先，對永磁球形電動機的空載暫態(tài)特性進行了研究，得到了自轉磁阻轉矩、反電勢及磁鏈的三維暫態(tài)特性曲線。接著，對永磁球形電動機帶載情況下的暫態(tài)特性進行了分析。在有限元里，搭建了三相橋式外電路對定子線圈進行換相通電仿真得到了永磁球形電動機的自轉轉速及自轉轉矩的啟動性能。本文還討論了永磁球形電動機參數(shù)對反電勢及繞組磁鏈的三維暫態(tài)特性曲線的影響，為進一步優(yōu)化電機結構奠定了一定的理論基礎。永磁球形電動機的效率同樣是電機優(yōu)化設計的