自测速永磁同步电机的设计与分析

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1、硕士学位论文自测速永磁同步电机的设计与分析DesignandAnalysisoftheRotorSpeedSelf-sensingforPermanentMagnetSynchronousMotor作者：王珍珍导师：邓先明教授中国矿业大学二〇一五年五月中图分类号TM351学校代码10290UDC621.3密级公开中国矿业大学硕士学位论文自测速永磁同步电机的设计与分析DesignandAnalysisoftheRotorSpeedSelf-sensingforPermanentMagnetSynchronousMotor作者王珍珍导师邓先明申请学位工学硕士培养单位信电学院学科专业电气

2、工程研究方向新型电机设计及控制答辩委员会主席评阅人二〇一五年五月论文审阅认定书研究生王珍珍在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文，经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字:年月致谢转眼间，三年的研究生生活即将结束。回首三年的求学历程，我对那些引导我、帮助我、激励我的人，心中充满了感激。本论文是在我的导师邓先明老师的悉心指导下完成的。从课题选定、理论基础到方案的论证，邓老师都给予了大量无私的帮助。没有邓老师的鼓励和指导，论文是不

3、可能得以顺利完成的！攻读硕士研究生学位期间，邓老师的博学多识、认真严谨的学风，尤其是对问题高屋建瓴的驾驭能力使我受益终生；忘我的工作精神给学生树立起潜移默化的典范作用，这也是导师传授给我最宝贵的财富；从论文选题到答辩，邓老师帮助我开拓研究思路，精心点拨、耐心指导、热忱鼓励，让我非常感激！他作为老师，指点迷津，让人如沐春风；作为长辈，关怀备至，让人感念至深。能师从邓老师，我为自己感到庆幸。借此机会谨向敬爱的邓老师致以我最诚挚的敬意和感谢！在此，谨向导师致以深深的谢意!感谢课题组的谭国俊老师、何凤有老师、张晓老师、胡堃老师，实验室的于子捷老师等其他老师，在我平时的学习生活中，他们给予了

4、我无数的支持，他们的指导、关怀和帮助，使我的成长备受呵护。在此，谨致以最诚挚的谢意。感谢一直关心与支持我的同学和朋友们！感谢郭其锋、甄文欢、庞晴晴、安亚刚师兄师姐的支持，郑菲菲、张祥虎、边道海同窗及汪文文、李邵武、张宇宁、陈剑师妹师弟的帮助，大家亲如兄弟姐妹，和睦相处，对他们我心中充满了感激。毕业将至，分别将至，道声谢谢，以表内心无尽感激之情。还有生活上相互照顾的舍友，真心地感谢大家的陪伴，让我有了快乐的分享和失落时的倾诉，我会好好珍藏所有相处的时光。感谢我的家人，你们的理解和支持将永远是我前进的动力。谢谢你们！漫漫求学路，是你们一直在默默地陪伴着，默默地付出。在此，我向你们说声辛

5、苦了！感谢各位专家和老师在百忙之中审阅本文！摘要永磁同步电机结构简单，功率密度、效率和功率因数比较高，广泛应用于各种交流电机的高性能控制及其调速系统。由永磁同步电机构成的高性能交流调速系统离不开准确的转子速度检测装置，但传感器的安装不仅增大系统的安装难度，增加系统的成本，而且降低系统的可靠性。自测速永磁同步电机可以很好地解决这个问题。本文提出了一种自测速永磁同步电机的新型结构，并通过有限元仿真和实验验证了该设计的正确性。首先，本文对永磁同步电机的发展应用与研究现状作了简要介绍，并对永磁同步电机的速度与转子位置检测方法的研究，永磁同步电机的基本结构、数学模型、工作原理及其转速检测原理

6、进行了详细的介绍。其次，提出了在定子齿上设置检测绕组的自测速永磁同步电机新结构，通过检测绕组中的齿谐波电势周期或频率来计算转子速度，从而将速度传感器与电机这两种结构融合在一起。利用磁路设计方法完成了一台15kW自测速永磁同步电机的设计，并在Maxwell2D中合理设计了检测绕组，计算电机的电感参数、功角特性等同步性能，验证了该自测速永磁同步电机设计的合理性。然后，利用Ansoftmaxwell2D有限元仿真软件，得到了电机的磁力线、气隙磁密等电磁特性，并对比分析转子不同槽型时的空载气隙磁密及其对应的齿谐波含量。通过对稳态和动态过程中电机检测绕组感应电动势的求取，验证了该自测速方法在

7、稳态和动态工作状况下测速所具有的有效性和准确性。同时简单方便地实现电机转向的判断。最后，对基于单相信号注入法检测电机转子初始位置，采用直流偏置法鉴别转子磁极的极性的原理作了详细的介绍，并通过有限元仿真及实验，验证了基于单相信号注入法检测电机转子初始位置的有效性。该论文有图51幅，表2个，参考文献89篇。关键词：永磁同步电机；电机设计；齿谐波电势；有限元分析；无传感器控制IAbstractPermanentmagnetsynchronousmotor(PMSM)hast