磁场调制永磁电机谐波效能提升机理研究

基本信息
批准号:51807082
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:28.00
负责人:徐亮
学科分类:
依托单位:江苏大学
批准年份:2018
结题年份:2021
起止时间:2019-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:陈前,郑军强,钟欢,姚甜,宋成炎
关键词:
功率因数结构设计转矩密度谐波效能电磁设计
结项摘要

Flux modulation permanent magnet (FMPM) motor is a new type of permanent magnet motor, which is operated based on flux modulation principle. Compared with conventional permanent magnet motor, the FMPM motor has the advantages of high torque density, but it suffers from low power factor and high loss. To overcome above issues, a new class of FMPM motor with high torque density, high power factor and low loss will be proposed in this project. First, the mechanism of flux modulation effect will be analyzed. Analytical model of harmonic efficiency will be established, and design method of harmonic efficiency improvement will be put forward. Second, influence of motor topology and geometric parameters on harmonic efficiency will be analyzed. Harmonic distribution will be optimized so as to realize the improvement of harmonic efficiency and power factor. Third, mechanism of loss production will be revealed and analyzed. The relationship and restriction between loss, torque density and power factor will be studied, and the FMPM motor incorporating the advantages of high torque density, high power factor and low loss will be put forward which realizes the comprehensive improvement of motor performance. Fourth, the FMPM motor will be built, and its static and dynamic electromagnetic characteristics will be analyzed. Mathematical model and high performance control strategy of the FMPM motor will be established and studied, respectively. Comprehensive performance evaluation and analysis of motor system will be carried out to verify the correctness of theoretical analysis and simulation modeling. Finally, basic scientific problem and design and optimization methodology of the motor system will be refined and summarized, respectively, so as to lay a theoretical and experimental foundation for its practical application.

磁场调制永磁电机是基于磁场调制原理运行的新型永磁电机。相比于常规永磁电机,磁场调制永磁电机具有转矩密度高的优点,但其功率因数低、损耗大。为克服以上弊端,本项目提出一类兼具高转矩密度、高功率因数和低损耗的磁场调制永磁电机。分析磁场调制效应作用机制,建立谐波效能分析模型,提出谐波效能提升设计方法;分析电机拓扑结构及结构参数对谐波效能的影响规律,优化谐波分布,实现谐波效能提升,提升功率因数;揭示损耗产生机理,分析电机损耗、转矩密度与功率因数之间的联系与制约;提出兼顾高转矩密度和高功率因数的低损耗设计方案,实现电机性能的综合提升;加工制造样机,分析电机的静动态电磁特性,建立电机数学模型,研究高性能控制策略,构建实验平台,开展电机系统的综合性能评估与分析,验证理论分析和仿真建模的正确性;提炼基础科学问题,总结高功率因数低损耗磁场调制永磁电机系统设计理论与优化方法,为其实际应用奠定理论与实验基础。

项目摘要

本项目围绕磁场调制永磁电机谐波效能提升机理开展了研究。揭示了气隙磁场谐波对于反电势和转矩作用机理,建立了气隙磁场谐波角度的电机转矩分析模型;提出了非均布永磁体-调制极阵列结构增加了气隙磁场工作谐波数量,提高了电机转矩密度;提出了辐向聚磁永磁体结构增加了气隙磁场工作谐波幅值的同时降低了电感,提升了电机功率因数。分析了气隙磁场谐波对与转子损耗的影响机制,建立了气隙磁场谐波角度的转子损耗分析模型,设计了转子磁障结构,降低了电机转子损耗;建立了考虑加工参数不确定性和多模式运行的电机稳健性优化方法,提高了电机性能稳健性;构建了磁场调制永磁电机矢量控制系统,提出了改进型空间矢量脉宽调制容错方法,降低了电流谐波,提高了电机运行品质。本项目为磁场调制永磁电机的发展和实际应用提供了一定的理论和技术基础。发表SCI收录论文17篇、Ei收录论文1篇,其中14篇发表于IEEE Transactions,1篇发表于《中国科学: 技术科学》,授权国家发明专利3件;获江苏省科学技术二等奖、镇江市优秀科技论文奖励。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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