博碩士論文 103323079 詳細資訊




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姓名 陳昱愷(Yu-Kai Chen)  查詢紙本館藏   畢業系所 機械工程學系
論文名稱 高功率永磁同步馬達模態分析與損耗預測系統建置
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摘要(中) 本論文建置預測技術系統主要是針對分散捲表貼式永磁同步馬達(Surface permanent magnet synchronous motor , SPMSM)的效率問題進行有限元素法求解。首先,針對高功率永磁馬達建置損耗預測系統,以電磁-電路之雙重物理耦合場解析為目標,運用有限元素軟體(Maxwell)對馬達的輸出扭矩進行求解,並求得輸入理想電流情況下,馬達的損耗大小,後續設計實驗平台,透過此平台進行馬達效率物理量直接量測,將模擬和實測數據進行一致性比較,建立損耗預測系統之可性度。在建立高可性度之高功率永磁馬達損耗預測系統之後,利用電路模擬軟體(Simplorer)模擬變頻器實際輸出電流,使用軟體的內建馬達進行求解,以研究電流漣波對馬達損耗的影響,並與理想輸入電流和實驗的損耗做比較,從而建立高可信度的模擬平台。此外,為了預測馬達產生共振頻率,使用ANSYS軟體分析馬達的自然頻率,並透過敲擊試驗法分析馬達的自然頻率,將實驗與模擬進行比對,作為未來預測馬達振動頻率的依據。
摘要(英) This thesis studies how to establish a finite element approach to solve the efficiency problem for a SPMSM system. There are two parts of this thesis. The first part is using FEM software to predict the energy loss of the motor by using ANSYS Maxwell to obtain the torque under ideal current assumption. The second part is to build an experiment platform and compares the experiment result with that of the simulation. After the high confidence system is established, Simplorer software is applied to obtain the output current of the inverter and study the energy loss influenced by current ripple. The result of energy loss is compared with that of deal current simulation and experiment. In addition, in order to predict the vibration of a motor, ANSYS software and an impact test are applied to analyze the nature frequency respectively. The results are compared and can be used as the basis to predict the frequency of a motor.
關鍵字(中) ★ 永磁同步馬達
★ 損耗預測
★ 自然頻率
關鍵字(英) ★ PMSM
★ Predict the loss
★ Nature Frequency
論文目次 中文摘要 i
Abstract ii
致謝 iii
目錄 iv
圖目錄 viii
表目錄 xxiii
符號說明 xxiv
第一章 緒論 1
1-1 研究背景與動機 1
1-2 文獻回顧 2
1-3 論文大綱 3
第二章 研究內容與方法 4
2-1 馬克斯威方程式[13] 4
2-2 感應電動勢[14] 6
2-2-1 兩極式定子線圈內的感應電動勢[14] 6
2-2-2 三相線圈組的感應電動勢[14] 10
2-2-3 三相定子電動勢的均方根值[14] 11
2-3 功率換算與損失[14] 12
2-4 三相電力系統[14] 14
2-4-1 Y型連接的電壓和電流[14] 15
2-4-2 ∆型連接的電壓和電流[14] 18
2-4-3三相電路中的功率關係[14] 20
2-5 模態分析 24
第三章 模擬方法與模型建立 28
3-1 模擬說明 28
3-1-1 馬達型號及參數 28
3-1-2整體流程 29
3-2 ANSYS Maxwell磁路模擬分析流程 29
3-2-1 二維靜磁分析設定 29
3-2-2 二維暫態分析設定 38
3-3 ANSYS Workbench模態模擬分析流程 43
3-3-1 模態模擬設定 43
3-4 ANSYS Simplorer電路模擬分析流程 49
3-4-1電路模擬與Maxwell整合設定 49
3-4-2電路模擬與內建馬達整合設定 54
第四章 實驗平台規劃 56
4-1 實驗平台介紹 56
4-2 模態試驗介紹 57
4-2-1 模態實驗架構 58
4-2-2 模態實驗架構實際照片 58
4-2-3 模態試驗儀器介紹 59
4-2-4 模態實驗架構 61
4-3 平台驅動架構介紹 63
4-3-1 實驗設備與四大工況點介紹 64
4-3-2 實驗設備介紹 64
第五章 模擬與實驗結果 66
5-1 馬達轉子模態模擬與實驗結果 66
5-1-1 馬達轉子模擬結果 66
5-1-2 馬達轉子實驗結果 67
5-1-3 模擬與實驗結果比較 80
5-2馬達整體模態實驗結果 81
5-2-1 馬達整體實驗結果 81
5-2-2 實驗結果比較 112
5-3平台整體模態實驗結果 113
5-3-1 平台整體實驗結果 113
5-3-2 實驗結果比較 144
5-4平台損耗模擬與實驗結果 145
5-4-1 平台鐵損模擬結果(使用Maxwell軟體) 145
5-4-2 平台開關切換損模擬結果(使用Simplorer軟體) 157
5-4-3 平台損耗實驗結果 163
5-4-4 平台損耗模擬與實驗結果比較 163
第六章 結論與未來展望 165
6-1 結論 165
6-2 未來展望 165
參考文獻 166
附錄一 168
不鏽鋼(UNS S30400) 168
鋁合金(UNS A96061) 168
合金鋼(UNS G41400) 169
矽鋼片 169
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[14] 王順忠,陳秋麟,電機機械基本原理,五版,東華書局,2014年。
指導教授 董必正(Pi-Cheng Tung) 審核日期 2016-8-10
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