永磁同步電動(dòng)機(jī)課件

1、永磁同步電動(dòng)機(jī)課件 基于ANSYS的永磁同步 電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)系統(tǒng) 報(bào)告人：楊振華 導(dǎo) 師：胡虔生 永磁同步電動(dòng)機(jī)課件 主要內(nèi)容 一、緒論 二、永磁同步電動(dòng)機(jī)的基本理論和設(shè)計(jì) 特點(diǎn) 三、永磁同步電動(dòng)機(jī)的有限元分析 四、永磁同步電機(jī)軟件對(duì)ANSYS的封裝 五、永磁同步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)系統(tǒng) 六、樣機(jī)的設(shè)計(jì)、制造與實(shí)驗(yàn) 七、總結(jié)與展望 永磁同步電動(dòng)機(jī)課件 第一章 緒論 1.1 課題背景及實(shí)際研究意義 l我國(guó)電動(dòng)機(jī)保有量大，消耗電能大，設(shè)備老化， 效率較低。 l永磁同步電動(dòng)機(jī)(PMSM)具有體積小、效率高、功 率因數(shù)高、起動(dòng)力矩大、力能指標(biāo)好、溫升低 等特點(diǎn)。 l永磁同步電動(dòng)機(jī)磁路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法無(wú) 法滿足

2、高性能永磁同步電動(dòng)機(jī)的發(fā)展需求。 l現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展使得電磁場(chǎng)的研究成為永 磁同步電動(dòng)機(jī)的新方法。 永磁同步電動(dòng)機(jī)課件 第一章 緒論 1.2 永磁同步電動(dòng)機(jī)的發(fā)展及研究現(xiàn)狀 l發(fā)展： 1831年出現(xiàn)了世界上第一臺(tái)永磁電機(jī)。 永磁同步電動(dòng)機(jī)是隨著永磁體材料的不斷發(fā)展而 發(fā)展的。直到第三代稀土永磁材料的問(wèn)世，永磁 電機(jī)得到了飛速發(fā)展。 l研究現(xiàn)狀： 國(guó)外：80年代、90年代出現(xiàn)了大量永磁同步電動(dòng) 機(jī)理論和研究方法的文章。 國(guó)內(nèi)：80年代起，以唐任遠(yuǎn)的現(xiàn)代永磁電機(jī)理 論和設(shè)計(jì)和李鐘明的稀土永磁電機(jī) 為代表。 永磁同步電動(dòng)機(jī)課件 第一章 緒論 目前來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)外對(duì)永磁同步電機(jī)的研究主要 在以下幾個(gè)方

3、面： l結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究 l優(yōu)化設(shè)計(jì) l磁場(chǎng)分析計(jì)算和數(shù)值方法的研究 l測(cè)試技術(shù)的研究 l調(diào)速系統(tǒng)的研究 永磁同步電動(dòng)機(jī)課件 第一章 緒論 1.3 永磁同步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)方法 用于永磁同步電動(dòng)機(jī)電磁性能分析的方法主要 有以下三種： l等效磁路法 簡(jiǎn)單快速，采用大量經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或曲線，設(shè)計(jì)周期 長(zhǎng)，精確度不高。 l電磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算法 精度高，占用計(jì)算機(jī)資源較多，時(shí)間較長(zhǎng)。 l場(chǎng)路結(jié)合法 結(jié)合了等效磁路法和電磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算法的優(yōu)點(diǎn)。 永磁同步電動(dòng)機(jī)課件 第一章 緒論 1.4 本文的主要研究?jī)?nèi)容 本文采用場(chǎng)路結(jié)合法，借助于有限元計(jì)算軟件 ANSYS和程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言C+，編寫(xiě)了一套較完整的 永磁同步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)分析軟件

4、系統(tǒng)。功能如下： l具有友好的人機(jī)界面和方便的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。 l具有三種磁路結(jié)構(gòu)的計(jì)算方案 l建立了ANSYS和C+設(shè)計(jì)程序的接口，有效地實(shí)現(xiàn) 了場(chǎng)路結(jié)合法。 l提供各種圖形和表格供設(shè)計(jì)人員參考。 本文設(shè)計(jì)了樣機(jī)并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了本設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，同時(shí)也積累了工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。 永磁同步電動(dòng)機(jī)課件 第二章 PMSM的基本理論和設(shè)計(jì)特點(diǎn) 2.1 PMSM的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 按照永磁體在轉(zhuǎn)子上的位置不同，永磁同步電 動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)一般可分為三種：表面式、 內(nèi)置式和爪極式。 l表面式 這種結(jié)構(gòu)中，永磁體通常呈瓦片形，并位于轉(zhuǎn) 子鐵心的外表面上，永磁體提供磁通的方向?yàn)閺?向，且永磁體外表面與定子鐵心內(nèi)

5、圓之間一般僅 套以起保護(hù)作用的非磁性圓筒，或在永磁磁極表 面包以無(wú)緯玻璃絲帶作保護(hù)層。 永磁同步電動(dòng)機(jī)課件 第二章 PMSM的基本理論和設(shè)計(jì)特點(diǎn) 表面式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)又分為凸出式和插入式兩 種。 凸出式 插入式 特點(diǎn)：隱極，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 成本低，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小 特點(diǎn)：凸極，磁阻轉(zhuǎn)矩， 動(dòng)態(tài)性能好，漏磁大，成 本高本低 永磁同步電動(dòng)機(jī)課件 第二章 PMSM的基本理論和設(shè)計(jì)特點(diǎn) l內(nèi)置式 按永磁體磁化方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向的相互關(guān)系， 內(nèi)置式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)又可以分為徑向式、切向式和 混合式三種。 徑向式：徑向式：漏磁系數(shù)小，不需隔磁措施，極弧系數(shù)易 控制，轉(zhuǎn)子強(qiáng)度高，永磁體不易變形。 切向式：切向式：漏磁系數(shù)大

6、，需隔磁措施，每極磁通大， 極數(shù)多，磁阻轉(zhuǎn)矩大。 混合式：混合式：結(jié)合徑向式和切向式優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)和工藝復(fù) 雜，成本高。 永磁同步電動(dòng)機(jī)課件 第二章 PMSM的基本理論和設(shè)計(jì)特點(diǎn) 下圖是一種W型的混合式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)，其永磁 體的徑向部分和切向部分的磁化長(zhǎng)度相等，也采用 了隔磁磁橋隔磁。在該結(jié)構(gòu)中，轉(zhuǎn)子可為安放永磁 體提供更多的空間，空載 漏磁系數(shù)也小，但制造工 藝更復(fù)雜，轉(zhuǎn)子沖片的機(jī) 械強(qiáng)度也下降。 永磁同步電動(dòng)機(jī)課件 第二章 PMSM的基本理論和設(shè)計(jì)特點(diǎn) 2.2 PMSM的穩(wěn)態(tài)性能 l相量圖 根據(jù)永磁同步電動(dòng)機(jī)的電路模型，當(dāng)電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定 運(yùn)行于同步轉(zhuǎn)速時(shí)，根據(jù)雙反應(yīng)理論可寫(xiě)出永磁同 步電動(dòng)機(jī)的電壓

7、方程： 10 111 adaqUI Rj I XEEE 0 11 dq dq I Rj IXj I XE 10 111 dq adaq I Rj I Xj IXj I XE 右圖為感性去磁作用下的相量圖， 稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)的額定工作狀 態(tài)一般都設(shè)計(jì)在此狀態(tài)下。 永磁同步電動(dòng)機(jī)課件 第二章 PMSM的基本理論和設(shè)計(jì)特點(diǎn) l功角特性 稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)的 ，其功角特性與電 磁式同步電動(dòng)機(jī)有明顯的差異，如下圖所示。其凸 極效應(yīng)轉(zhuǎn)矩在090范圍內(nèi)呈現(xiàn)負(fù)值，最大功 角大于90，額定功角相對(duì)較大，甚至?xí)谠c(diǎn)附 近出現(xiàn)一個(gè)不可實(shí)現(xiàn)的“回環(huán)”。 qd XX 稀土永磁電磁式 永磁同步電動(dòng)機(jī)課件 第二章 PM

8、SM的基本理論和設(shè)計(jì)特點(diǎn) l效率 與電磁式同步電動(dòng)機(jī)相比，稀土永磁同步電動(dòng)機(jī) 無(wú)勵(lì)磁銅損耗；與異步電機(jī)相比，稀土永磁同步電 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子無(wú)銅損耗。 l工作特性曲線 計(jì)算出電動(dòng)機(jī)的E0、Xd、Xq和R1等參數(shù)后，給 定一系列不同的轉(zhuǎn)矩角 ，便可求出相應(yīng)的輸入功 率、定子相電流和功率因數(shù)等，然后求出電動(dòng)機(jī)的 損耗，便可得到電動(dòng)機(jī)的輸出功率P2和效率 ，從 而得到電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行性能（P、 和 等）與 輸出功率P2之間的關(guān)系曲線，即電動(dòng)機(jī)的工作特性 曲線。 cos 1 I 永磁同步電動(dòng)機(jī)課件 第二章 PMSM的基本理論和設(shè)計(jì)特點(diǎn) 2.3 設(shè)計(jì)特點(diǎn) 永磁同步電動(dòng)機(jī)電磁設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是確定電 機(jī)主要尺寸、選擇

9、永磁體材料和轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)、估 算永磁體的尺寸、設(shè)計(jì)定轉(zhuǎn)子的沖片和選擇繞組數(shù) 據(jù)，然后利用有關(guān)的公式對(duì)初始設(shè)計(jì)方案進(jìn)行性能 校核，調(diào)整電動(dòng)機(jī)的某些設(shè)計(jì)參數(shù)，直至電動(dòng)機(jī)的 電磁設(shè)計(jì)方案符合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)要求。 l主要尺寸及氣隙長(zhǎng)度的選擇 由電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速可選定電動(dòng)機(jī)的 ，然 后憑經(jīng)驗(yàn)選取一定的主要尺寸比 ，得出電動(dòng)機(jī) 的主要尺寸 。 氣隙長(zhǎng)度參照相同規(guī)格或近似規(guī)格的感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 的氣隙長(zhǎng)度，并加以適當(dāng)?shù)男薷摹?2 1 ief D L 11 / i D 永磁同步電動(dòng)機(jī)課件 第二章 PMSM的基本理論和設(shè)計(jì)特點(diǎn) l定轉(zhuǎn)子槽數(shù)選擇 定子槽數(shù)選擇原則與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相同 ，轉(zhuǎn)子槽數(shù) 通常被選定為電動(dòng)機(jī)極數(shù)的整

10、數(shù)倍。 l轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)待設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)的具體性能指標(biāo)按照 不同轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)選，或者研究、開(kāi)發(fā)新的 轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)。 l永磁體設(shè)計(jì) 磁化方向長(zhǎng)度hM：從成本和退磁考慮。 寬度bM：從空載漏磁系數(shù)和電動(dòng)機(jī)磁負(fù)荷考慮。 l繞組設(shè)計(jì) 可參考普通交流電動(dòng)機(jī)的繞組設(shè)計(jì)，繞組匝數(shù)和 線規(guī)可根據(jù)電動(dòng)機(jī)的電磁負(fù)荷、定子槽形尺寸和槽 滿率的限制來(lái)確定。 永磁同步電動(dòng)機(jī)課件 第三章 PMSM的有限元分析 3.1 運(yùn)用ANSYS進(jìn)行有限元分析 應(yīng)用ANSYS對(duì)樣機(jī)進(jìn)行有限元分析時(shí)，需要永磁 同步電動(dòng)機(jī)的幾何尺寸（定轉(zhuǎn)子內(nèi)外徑、槽型、 氣隙等）、轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)、鐵心材料（硅鋼片的 磁化曲線）、永磁體參數(shù)（磁導(dǎo)率

11、、矯頑力等） 等主要的參數(shù)。 應(yīng)用ANSYS進(jìn)行有限元分析，主要包括以下三 個(gè)步驟。 l前處理 整個(gè)前處理都是在Main Menu的Preprocessor中 完成的。 定義物理環(huán)境：定義物理環(huán)境：包括坐標(biāo)選用、單位制設(shè)定、有 限元單元選用等。 永磁同步電動(dòng)機(jī)課件 第三章 PMSM的有限元分析 定義材料屬性：定義材料屬性：氣隙定義為空氣 ；槽與轉(zhuǎn)軸定義 為銅 ；定轉(zhuǎn)子沖片選用DW510-50硅鋼片 ；永磁體 采用釹鐵硼NTP264 ，Br=1.12T，Hc=820kA/m。 建模：建模：創(chuàng)建一個(gè)模型的順序是由點(diǎn)到線、由線到 面。 槽的建立是電機(jī)建模的重要部分。為了使建立的 模型更通用化，要根據(jù)

12、槽型確定其各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)相對(duì) 于電機(jī)軸中心的邏輯位置。 轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)的建立是整個(gè)電機(jī)建模的關(guān)鍵部分。 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)包含3種磁路結(jié)構(gòu)：表面型、U型和W型 轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)。根據(jù)每種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)以及永磁體相 對(duì)于電機(jī)軸中心的邏輯位置，分別建立一組關(guān)鍵點(diǎn) 公式，從而完成轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)的建立。 永磁同步電動(dòng)機(jī)課件 第三章 PMSM的有限元分析 樣機(jī)采用的是U型永磁體的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)，其整 個(gè)模型如下圖所示。 永磁同步電動(dòng)機(jī)課件 第三章 PMSM的有限元分析 賦予模型屬性：賦予模型屬性：把之前定義的各個(gè)材料的屬性賦 予模型中相應(yīng)的面。 剖分網(wǎng)格：剖分網(wǎng)格：ANSYS具有強(qiáng)大的網(wǎng)格剖分能力，樣機(jī) 采用了自由剖分。 l加載

13、和求解 這部分的工作在Main Menu的Solution中完成。 首先需要對(duì)模型施加邊界條件（即第一類(lèi)邊界條 件、第二類(lèi)邊界條件）和載荷（如電流、電壓等）。 將定子外側(cè)表面取為第一類(lèi)邊界條件，即Az取為0。 永磁同步電動(dòng)機(jī)由永磁體作為激勵(lì)源，通過(guò)前面材 料屬性中矯頑力設(shè)置即可，不必另外加激勵(lì)。在命 令輸入窗口中輸入命令magsolve就可以進(jìn)行求解了。 永磁同步電動(dòng)機(jī)課件 第三章 PMSM的有限元分析 l后處理 ANSYS有兩個(gè)結(jié)果后處理器：POST1和POST26，本 文采用POST1 ，它是通用后處理器，可以觀看整 個(gè)模型或模型的一部分在某一時(shí)間上針對(duì)特定載 荷組合時(shí)的結(jié)果。 常用的圖形

14、顯示選擇有：等位線繪圖Contour Plo t，矢量繪圖Vector Plot、磁力線Flux Lines。 永磁同步電動(dòng)機(jī)課件 第三章 PMSM的有限元分析 通過(guò)ANSYS對(duì)電磁場(chǎng)的有限元分析，可以準(zhǔn)確地 獲得電機(jī)內(nèi)磁場(chǎng)的分布，并求出電機(jī)的各種計(jì)算 系數(shù)，如漏磁系數(shù)、極弧系數(shù)等等。 l 氣隙磁通 在ANSYS中，可以通過(guò) 宏命令FLUXV求出在一個(gè)極 距路徑上的氣隙磁通(單位 軸向長(zhǎng)度)。 如右圖所示。 3.2 運(yùn)用ANSYS計(jì)算主要參數(shù) 永磁同步電動(dòng)機(jī)課件 第三章 PMSM的有限元分析 l空載漏磁系數(shù) 兩點(diǎn)間標(biāo)量磁位的絕對(duì)值之差就是通過(guò)單位軸向 長(zhǎng)度內(nèi)兩點(diǎn)間的磁通量，根據(jù)空載漏磁系數(shù)的定

15、 義，其永磁體空載時(shí)的總磁通與進(jìn)入電樞的氣隙 主磁通0之比，即 。 123456 0 78 AAAAAA AA 式中，A1-A8是節(jié)點(diǎn)1-8處 的磁位值。 永磁同步電動(dòng)機(jī)課件 第三章 PMSM的有限元分析 l計(jì)算極弧系數(shù) 計(jì)算極弧系數(shù)可以定義為氣隙平均磁通密度與最 大磁通密度的比值。 結(jié)合ANSYS對(duì)樣機(jī) 磁場(chǎng)的分析，一個(gè)極 距范圍內(nèi)分布的空載 磁場(chǎng)氣隙徑向磁通密 度如右圖所示。 永磁同步電動(dòng)機(jī)課件 第三章 PMSM的有限元分析 l交直軸電樞反應(yīng)電抗 當(dāng)定子中通入三相對(duì)稱(chēng)電流時(shí)，即 令t=0時(shí)刻電機(jī)的A相繞組軸線 與轉(zhuǎn)子q軸軸線重合，則三相電 流產(chǎn)生的電樞反應(yīng)磁勢(shì)與q軸有 一固定角90-，如右

16、圖所示。 以直軸電抗為例，當(dāng)=0時(shí)，此時(shí)的電樞反應(yīng)磁 勢(shì)只有d軸分量，在ANSYS中根據(jù)槽面積并加載三相 定子電流密度，得到直軸電樞反應(yīng)時(shí)直軸的磁密分 布圖以及氣隙磁密分布圖。 m m m I sin I sin(120 ) I sin(120 ) A B C i i i 永磁同步電動(dòng)機(jī)課件 第三章 PMSM的有限元分析 直軸電樞反應(yīng)時(shí)直軸的磁密分布圖以及氣隙磁密 分布圖如下圖所示。 永磁同步電動(dòng)機(jī)課件 第三章 PMSM的有限元分析 運(yùn)用ANSYS內(nèi)部自帶的傅立葉函數(shù)，對(duì)直軸電樞反 應(yīng)氣隙磁密進(jìn)行傅立葉分解后得到基波幅值Bd1，從 而計(jì)算得直軸合成電動(dòng)勢(shì)Ed，然后根據(jù) 求得Xad。 同理可得X

17、aq。交軸電樞反應(yīng)時(shí)交軸的磁密分布圖 以及氣隙磁密分布圖，如下圖所示。 永磁同步電動(dòng)機(jī)課件 第四章 PMSM軟件對(duì)ANSYS的封裝 APDL語(yǔ)言是ANSYS軟件提供的參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它 的全稱(chēng)是ANSYS Parametric Design Language。它 是一種類(lèi)似FORTRAN的解釋性語(yǔ)言，實(shí)質(zhì)上由類(lèi)似于 FORTRAN的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言和1000多條ANSYS命令組成。 其中，程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言部分與其他編程語(yǔ)言一樣，具 有參數(shù)、數(shù)組表達(dá)式、函數(shù)、流程控制（循環(huán)與分 支）、重復(fù)執(zhí)行命令、縮寫(xiě)、宏以及用戶程序等。 標(biāo)準(zhǔn)的ANSYS程序運(yùn)行是由1000多條命令驅(qū)動(dòng)的，這 些命令可以寫(xiě)進(jìn)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)

18、言編寫(xiě)的程序，命令的 參數(shù)可以賦確定值，也可以通過(guò)表達(dá)式的結(jié)果或參 數(shù)的方式進(jìn)行賦值。 4.1 APDL語(yǔ)言 永磁同步電動(dòng)機(jī)課件 第四章 PMSM軟件對(duì)ANSYS的封裝 整個(gè)設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)的流程 圖如右圖。它主要由前處理 參數(shù)輸入、傳遞參數(shù)到APDL 文件、提交APDL文件給ANSYS 進(jìn)行批處理計(jì)算以及ANSYS計(jì) 算結(jié)果后處理等部分組成。 4.2 VC調(diào)用ANSYS程序設(shè)計(jì) 永磁同步電動(dòng)機(jī)課件 第四章 PMSM軟件對(duì)ANSYS的封裝 在程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，提交APDL文件給ANSYS進(jìn)行 批處理計(jì)算是核心部分，起著接受用戶界面參數(shù) 的輸入、創(chuàng)建進(jìn)程及調(diào)用 ANSYS對(duì)APDL文件進(jìn)行計(jì)算 的重要

19、工作，該模塊的程 序流程圖如圖4-3所示。 永磁同步電動(dòng)機(jī)課件 第五章 PMSM設(shè)計(jì)系統(tǒng) l系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 5.1 設(shè)計(jì)系統(tǒng)概述 永磁同步電動(dòng)機(jī)課件 第五章 PMSM設(shè)計(jì)系統(tǒng) l控制結(jié)構(gòu) 永磁同步電動(dòng)機(jī)課件 第五章 PMSM設(shè)計(jì)系統(tǒng) 整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)由電磁設(shè)計(jì)功能、圖形輔助功能、 報(bào)表輸出功能和打印輸出功能等四大功能組成。 電磁設(shè)計(jì)功能：包括電磁場(chǎng)計(jì)算、磁路性能計(jì) 算兩大部分，整個(gè)磁路性能模塊可以分為額定數(shù) 據(jù)計(jì)算、主要尺寸計(jì)算、永磁體計(jì)算、定轉(zhuǎn)子沖 片計(jì)算、繞組計(jì)算、磁路計(jì)算、參數(shù)計(jì)算、交軸 磁化曲線計(jì)算、工作特性計(jì)算和起動(dòng)性能計(jì)算等 十個(gè)部分，每個(gè)部分都是以函數(shù)形式存在。 圖形輔助功能：可以繪制電機(jī)

20、示意圖、定子槽 形圖、轉(zhuǎn)子槽形圖、永磁體示意圖、磁路結(jié)構(gòu)圖、 繞組示意圖等幾何模型確定的結(jié)構(gòu)示意圖。 5.2 系統(tǒng)功能 永磁同步電動(dòng)機(jī)課件 第六章 樣機(jī)的設(shè)計(jì)、制造和實(shí)驗(yàn) 6.1 樣機(jī)設(shè)計(jì) 定子參數(shù)轉(zhuǎn)子參數(shù) 槽數(shù)24槽數(shù)22 線徑0.83mm轉(zhuǎn)子外徑79.2mm 并聯(lián)支路數(shù)1轉(zhuǎn)子內(nèi)徑28mm 定子外徑130mm軸向長(zhǎng)度120mm 定子內(nèi)徑80mm磁鋼厚度3.2mm 每槽導(dǎo)體數(shù)63磁鋼寬度35mm 繞組接法單層交叉、Y接氣隙0.4mm 永磁同步電動(dòng)機(jī)課件 第六章 樣機(jī)的設(shè)計(jì)、制造和實(shí)驗(yàn) l 磁路結(jié)構(gòu)選擇 為了提高永磁體的利用率，增大氣隙磁密，本文 設(shè)計(jì)了基于上表各參數(shù)的W型和U型兩種轉(zhuǎn)子磁路結(jié)

21、構(gòu)的永磁同步電動(dòng)機(jī)（永磁體寬度和厚度均相同）， 現(xiàn)將計(jì)算結(jié)果列出如下表。 樣機(jī)的設(shè)計(jì)從磁路結(jié)構(gòu)選擇、永磁體尺寸選擇以 及電磁計(jì)算結(jié)果等三方面來(lái)進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。 W型U型 漏磁系數(shù)1.12641.1694 每極磁通0.001099Wb0.003584Wb 氣隙最大磁密0.348T0.579T 計(jì)算極弧系數(shù)0.8020.821 永磁同步電動(dòng)機(jī)課件 第六章 樣機(jī)的設(shè)計(jì)、制造和實(shí)驗(yàn) l永磁體尺寸選擇 為了在永磁體的用量和同步電動(dòng)機(jī)性能之間取得 一個(gè)最佳結(jié)合點(diǎn)，同時(shí)也為了減小永磁體的用量， 減小設(shè)計(jì)成本，本文針對(duì)永磁體磁化方向厚度與漏 磁系數(shù)、氣隙最大磁密之間的關(guān)系作了一定的分析， 計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6-3。

22、U型永磁同步電動(dòng)機(jī) 厚度（mm）0.20.30.40.5 漏磁系數(shù)1.14581.16851.19731.1986 氣隙最大 磁密（T） 0.4830.5740.5700.568 去磁工作 點(diǎn)（bmh） 0.2010.2850.4110.453 永磁同步電動(dòng)機(jī)課件 第六章 樣機(jī)的設(shè)計(jì)、制造和實(shí)驗(yàn) l電磁計(jì)算結(jié)果分析 通過(guò)對(duì)計(jì)算工作特性數(shù)據(jù)的分析可知，樣機(jī)的額 定功率（轉(zhuǎn)矩）點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩角為41.2，最大 功率（轉(zhuǎn)矩）點(diǎn)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩角為101.0。由于永磁 同步電動(dòng)機(jī)d、q軸磁路不對(duì)稱(chēng)，因此轉(zhuǎn)矩最大值所 對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩角大于90，而不像電勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī) 那樣小于90，這也是永磁同步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)。 同

23、時(shí)，也對(duì)不同轉(zhuǎn)矩角情況下的電機(jī)，運(yùn)用ANSYS 進(jìn)行了電磁場(chǎng)計(jì)算，發(fā)現(xiàn)隨著轉(zhuǎn)矩角的增加，電樞 電流也在不斷地增大，直軸電樞反應(yīng)的去磁作用也 在不斷地增大，定子齒、軛部的磁密慢慢減小。 永磁同步電動(dòng)機(jī)課件 第六章 樣機(jī)的設(shè)計(jì)、制造和實(shí)驗(yàn) 整個(gè)實(shí)驗(yàn)分為空載實(shí)驗(yàn)、負(fù)載實(shí)驗(yàn)和溫升實(shí)驗(yàn)三 部分組成。 l空載實(shí)驗(yàn) 在空載條件下，室溫17.9，三相相電壓有效值 為220V，相電流值為0.437A，轉(zhuǎn)速為1500rpm。相電 壓采用高壓探頭進(jìn)行測(cè)量，相電流波形采用PR電流 鉗型表進(jìn)行測(cè)量。空載情況下的波形如下圖所示。 6.2 樣機(jī)實(shí)驗(yàn) 永磁同步電動(dòng)機(jī)課件 第六章 樣機(jī)的設(shè)計(jì)、制造和實(shí)驗(yàn) l負(fù)載實(shí)驗(yàn) 本次實(shí)驗(yàn)的

24、負(fù)載是一臺(tái)變頻調(diào)速的4極異步電動(dòng)機(jī)。 輸入功率由瓦特表測(cè)量得到，而輸出功率則由XJW微 機(jī)扭矩儀測(cè)量。在負(fù)載條件下，室溫17.9，三相相 電壓有效值為220V，轉(zhuǎn)速保持為1500rpm，測(cè)得數(shù)據(jù) 見(jiàn)下表。 P1(kW)0.700.971.241.531.802.052.402.622.96 P2(kW)0.5390.8261.0701.3311.5531.7401.9912.1242.383 I1(A)1.21.62.02.42.83.23.84.24.8 效率77.0085.1486.2986.9986.2884.8882.9681.0780.51 功率因 數(shù) 0.8840.9190.939

25、0.9660.9740.9710.9570.9450.934 永磁同步電動(dòng)機(jī)課件 第六章 樣機(jī)的設(shè)計(jì)、制造和實(shí)驗(yàn) 根據(jù)負(fù)載實(shí)驗(yàn)作出了效率曲線和功率因數(shù)曲線， 并且和計(jì)算得出的效率曲線和功率曲線進(jìn)行了比較， 如下圖所示（左效率，右功率因數(shù)）。 永磁同步電動(dòng)機(jī)課件 第六章 樣機(jī)的設(shè)計(jì)、制造和實(shí)驗(yàn) l溫升實(shí)驗(yàn) 電機(jī)繞組為星型連接，電阻采用LCR阻抗測(cè)試儀測(cè) 量，測(cè)量值為相電阻。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表。 永磁同步電動(dòng)機(jī)課件 第七章 總結(jié)與展望 本文的研究工作和取得的成果主要包括以下幾個(gè) 方面： 1.應(yīng)用ANSYS對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行了分析計(jì)算， 得出永磁同步電動(dòng)機(jī)空載磁場(chǎng)分布圖和氣隙磁密波 形分布圖。同時(shí)，也得到了磁路法分析中不易準(zhǔn)確 計(jì)算的一些重要參數(shù)，如氣隙磁通、空載漏磁系數(shù)、 計(jì)算極弧系數(shù)等。 2. 應(yīng)用ANSYS分析了永磁同步電動(dòng)機(jī)內(nèi)部負(fù)載磁 場(chǎng)的分布，分別通過(guò)加載交、直軸電流，得到電機(jī) 交、直軸磁場(chǎng)分布圖和氣隙磁密波形圖，通過(guò)計(jì)算 得到了交、直軸電樞反應(yīng)電抗。 7.1 總結(jié) 永磁同步電動(dòng)機(jī)課件 第七章 總結(jié)與展望 3.使用C+程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，Visual C+集成開(kāi)發(fā)環(huán) 境，結(jié)合有限元計(jì)算軟件ANSYS 10.0 Multiphysi