实心转子同步电动机转子采用实心合金钢锻件材料,具有良好的起动性能,在特定的场合具有其它电机替代不了的功能,具有广阔的应用前景。涡流、局部过热现象在实心转子同步电动机起动过程中十分明显,要想准确地描述这一物理现象,从包括电磁场、温度场在内的多场耦合的角度进行分析是必要的。 本文首先给出了实心转子同步电动机起动时的求解域、边界条件和假设条件,根据电磁场理论和变分法建立了实心转子同步电动机起动过程中的二维电磁场的数学模型,给出了二维涡流场单元分析过程和离散格式以及最终的总体合成方程。应用通用软件Ansoft,基于场—路—运动耦合的时步有限元法,通过编辑电机绕组外部控制电路,实现了同步电动机的自动投励过程的仿真。在空载情况下,给出了电机起动过程中不同时刻的磁密分布,得出转子表面电流分布规律及电机性能曲线,并求解了定子起动电流、起动转矩和牵入转矩,验证了实心转子同步电动机的良好起动性能。通过改变实心转子复合性材料的电阻率和磁导率的大小,分别研究了复合性材料电性能和磁性能的变化对起动性能的影响,随着材料电阻率及磁导率的增大,起动电流将减小;而起动转矩则按照一定的曲线规律变化,存在一个最大值。因此,对于实心转子复合性材料存在最佳选择的问题。 此外,本文依据传热学基本定律,在三维稳态温度场泛函和离散格式的基础上,建立了电机稳态温度场的三维数学模型,从涡流场—温度场的弱耦合角度计算了实心转子同步电动机在起动过程中的耦合场,给出了温度场分布。