永磁電機(jī)電磁設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

永磁電機(jī)電磁設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

永磁電機(jī)電磁設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介1.主要分析流程針對(duì)永磁同步電機(jī)的電磁設(shè)計(jì),大致可以根據(jù)下面的流程進(jìn)行分析。

各個(gè)部分的一些操作和重要參數(shù)將在下面詳細(xì)綻開。

2.主要尺寸的選擇主要尺寸包括定子外徑、轉(zhuǎn)子內(nèi)徑和機(jī)殼長(zhǎng)度。

定子外徑和機(jī)殼長(zhǎng)度的選擇主要參考系列異步電機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)和同類廠商的產(chǎn)品參數(shù)。

轉(zhuǎn)子內(nèi)徑的選擇在滿意轉(zhuǎn)矩要求狀況下參考系列異步電機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)。

3.極槽協(xié)作的選擇參考軟件《永磁電機(jī)極槽協(xié)作分。

析》4.定轉(zhuǎn)子沖片設(shè)計(jì)定子槽形的選擇平底槽圓底槽圖1定子常用槽形常用定子槽形見(jiàn)上圖,定子內(nèi)徑的選擇可以參考異步電機(jī),但由于永磁電機(jī)軛部相對(duì)更大,通常永磁電機(jī)定子內(nèi)徑要小于同樣大小的異步電機(jī)。

定子齒軛的選擇定子齒通常選擇平行齒或接***行齒,關(guān)于定子尺寸的選擇可以參考下表:空載額定負(fù)載定子齒磁密定子軛磁密空載磁密分布負(fù)載磁密分布圖2磁密分布?xì)庀堕L(zhǎng)度的確定考慮到裝配和工藝需要,永磁電機(jī)的氣隙通常選1擇~。

轉(zhuǎn)子槽形的選擇21表貼式內(nèi)嵌式對(duì)于轉(zhuǎn)子槽形,我們現(xiàn)在有表貼式和內(nèi)嵌式兩種形式,表貼式通常選用燕尾槽結(jié)構(gòu),對(duì)磁鋼同時(shí)起到定位和固定的作用,這種結(jié)構(gòu)需要留意的是,凸出的高度不宜過(guò)高,會(huì)增大漏磁,燕尾槽角度選擇在75左右為宜,太小不適合加工裝配太,大不能很好起到固定作用;內(nèi)嵌式有磁鋼是否分塊的區(qū)分,需要留意的是,雖然要盡可能削減漏磁,但考慮到?jīng)_制和加工,相鄰磁鋼間的隔磁橋?qū)挾葢?yīng)大于2,,尖角處應(yīng)使用圓角過(guò)渡以減小應(yīng)力。

5.電機(jī)繞組設(shè)計(jì)繞組設(shè)計(jì)流程槽電角度α=360槽電勢(shì)星形圖依據(jù)槽電角度畫槽電勢(shì)星形圖,和的最大公約數(shù)是槽電勢(shì)星形重合的次數(shù)。

分相在星形圖上劃分各相所屬槽號(hào),原則是三相電勢(shì)對(duì)稱且最大,通常采納60相帶,其較120相帶的合成電勢(shì)大,也有采納30相帶的。

繞組綻開圖在溝通電機(jī)中,當(dāng)確定了各相所屬線圈邊即槽號(hào)后,只需按電勢(shì)相加的原則把線圈連接,就可構(gòu)成三相繞組,繞組通常選用形接法。

對(duì)雙層繞組,首先確定第一節(jié)距,對(duì)于整距、短距或長(zhǎng)距,通常選用短距繞組。

繪制時(shí),只需按星形圖把各線圈下好比如在36槽4極的狀況,兩個(gè)槽電勢(shì)星形重合,1、2、3槽對(duì)應(yīng)相,10、11、12槽對(duì)應(yīng)相,在1、2、3槽下繞組,下層邊就依據(jù)選定的節(jié)距放置,只在整距時(shí)才有1槽對(duì)應(yīng)10槽,再順次連接。

對(duì)整數(shù)槽繞組,每相的最大并聯(lián)支路數(shù)等于極對(duì)數(shù),即α=。

一些重要參數(shù)和概念槽滿率槽滿率的計(jì)算有兩種方式,一種在計(jì)算槽面積時(shí)扣除槽楔部分,另一種計(jì)算槽面積時(shí)考慮槽楔部分,我們通常采納第一種,在這種計(jì)算方式下,自動(dòng)下線的曳引機(jī)電機(jī)槽滿率通常掌握在65%左右,采納手工下線的長(zhǎng)筒形電機(jī)掌握80%在左右。

熱負(fù)荷繞組電密通常掌握在5~82。

熱負(fù)荷是衡量電機(jī)發(fā)熱的重要參數(shù),與工作制、機(jī)殼狀況和冷卻狀況等都有關(guān)系,對(duì)于曳引機(jī)、采納系列標(biāo)準(zhǔn)機(jī)殼的工業(yè)電機(jī)和空壓機(jī)電機(jī),以及采納鋁機(jī)殼的伺服電機(jī),選擇的值都不相同,需要參考各規(guī)格的推舉值。

但總的來(lái)說(shuō),永磁電機(jī)可以比系列異步電機(jī)降低2個(gè)機(jī)座號(hào),可以考慮在這個(gè)機(jī)殼長(zhǎng)度內(nèi)將鐵心做到最長(zhǎng)。

對(duì)于采納系列機(jī)殼的永磁同步電機(jī),熱負(fù)荷的選擇可以參考《使用系列機(jī)殼的永磁電機(jī)熱負(fù)荷推舉》。

電阻計(jì)算冷態(tài)時(shí),通常以20℃計(jì),1-04Ω2,熱態(tài)時(shí),工作溫度通常1按15℃計(jì),10-4Ω2。

在使用電阻法測(cè)溫升時(shí),通常使用下述公式:Δθ=21235+θ+θθ1112——額定負(fù)載熱試驗(yàn)結(jié)束時(shí)的繞組端電阻;1——溫度為θ1時(shí)的繞組初始端電阻;θ——熱試驗(yàn)結(jié)束時(shí)的冷卻介質(zhì)溫度;θ1——測(cè)量初始端電阻1時(shí)的繞組溫度。

電勢(shì)高次諧波無(wú)論接還是Δ接,線電壓中都不存在3次和3的倍數(shù)次諧波,這是三相繞組在電勢(shì)方面的優(yōu)點(diǎn)。

但采納Δ接時(shí),由于閉合回路中3次的諧波環(huán)流引起附加損耗,使電機(jī)效率降低、溫升增加,所以多采納接。

高次諧波電勢(shì)對(duì)相電勢(shì)大小的影響較小,主要影響電勢(shì)的波形。

減小高次諧波可以采納短距繞組。

一般說(shuō),節(jié)距縮短ν次諧波的一個(gè)極距即縮ν短,τ就能消退ν次諧波電勢(shì)。

通常電機(jī)主要考慮同時(shí)減弱5、7次諧波電勢(shì),采納1≈5τ6時(shí),5、7次諧波差不多減弱到只有原來(lái)14的。

齒諧波分析表明,電勢(shì)中的高次諧波以1=21諧波較強(qiáng),次數(shù)為1次的諧波有兩個(gè)特點(diǎn):一是這種諧波的次數(shù)與一對(duì)極下的槽數(shù)之間有特定的關(guān)系,二是這種諧波的繞組系數(shù)與基波的繞組系數(shù)相等。

這種諧波電勢(shì)是由于定子槽開口造成的氣隙磁導(dǎo)不勻稱引起的,故稱為齒諧波。

由于這種諧波的繞組系數(shù)與基波的繞組系數(shù)相等,不能采納短距和分布來(lái)減弱齒諧波電勢(shì)。

齒諧波的改善可以通過(guò):采納磁性槽楔或半閉口槽,以減小由于槽開口引起的氣隙磁導(dǎo)變化;采納斜槽減弱齒諧波電勢(shì);采納分?jǐn)?shù)槽繞組。

斜槽系數(shù):π=τ2πτ2——導(dǎo)體扭轉(zhuǎn)的距離。

6.有限元分析與計(jì)算使用有限元軟件對(duì)永磁同步電機(jī)的分析通常包含以下步驟:的詳細(xì)操作請(qǐng)參考《求解問(wèn)題操作說(shuō)明》。

對(duì)于永磁同步電機(jī)性能的分析,主要有三個(gè)方面。

磁場(chǎng)分析磁場(chǎng)分析主要是看磁密分布是否合理,包括空載分析和負(fù)載分析。

在模型建立之后,可以先做空載靜磁場(chǎng)分析,檢查磁鋼設(shè)置是否正確,磁路是否合理。

對(duì)于空載磁密,不含尖角處等特別點(diǎn)。

額定負(fù)載時(shí)的磁密分布是在帶運(yùn)動(dòng)體的暫態(tài)場(chǎng)中求解的,,軛部依據(jù)掌握鐵耗的考慮可以在低速時(shí)大些,高速時(shí)小些。

反電勢(shì)計(jì)算反電勢(shì)是打算電機(jī)電壓的重要參數(shù),可以直接推斷繞組的匝數(shù)是否恰當(dāng)。

通過(guò)有限元軟件,可以得到電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行一個(gè)電周期的反電勢(shì)數(shù)據(jù),對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉分析插值1025個(gè)點(diǎn),然后去掉第一或最終一個(gè)點(diǎn),可以得到基波和各次諧波的幅值。

通常,5、7次諧波應(yīng)當(dāng)幅值較小且相差較少。

關(guān)于基波的處理,依據(jù)現(xiàn)有的試驗(yàn)分析,軟件計(jì)算的基波幅值,在不考慮溫度的影響時(shí),對(duì)于內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī),,對(duì)于表貼式永磁同步電機(jī),該系數(shù)可以設(shè)為1。

轉(zhuǎn)矩計(jì)算轉(zhuǎn)矩的計(jì)算包含齒槽轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩兩部分。

由于我們通常采納定子斜槽的工藝來(lái)減小齒槽轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng),計(jì)算轉(zhuǎn)矩時(shí),可以采納模型分段的方法使,用2軟件模擬3的效果。

詳細(xì)的操作時(shí)這樣的,計(jì)算定子扭斜的機(jī)械角度θ,將其等份分一般取偶數(shù),需要計(jì)算的模型則為+1個(gè)。

通過(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)子角度來(lái)等效定子扭斜的效果,中間段轉(zhuǎn)子的角度與直槽時(shí)相同,前后幾段則依次相差θ。

通過(guò)軟件計(jì)算后,取出各段模型對(duì)應(yīng)時(shí)間的轉(zhuǎn)矩參數(shù)把,相同時(shí)間點(diǎn)上的轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)合成,就得到了斜槽時(shí)的轉(zhuǎn)矩狀況。

對(duì)于齒槽轉(zhuǎn)矩,以其峰峰值為考察對(duì)象,越小越好。

對(duì)于負(fù)載轉(zhuǎn)矩,考察其轉(zhuǎn)矩脈動(dòng),定義為峰峰值與平均轉(zhuǎn)矩的比,通常要2%控以制下在,越小越好。

過(guò)載和去磁分析也與轉(zhuǎn)矩計(jì)算有關(guān),過(guò)載計(jì)算調(diào)整電流幅值即可。

去磁分析則應(yīng)當(dāng)在磁鋼材料選項(xiàng)卡中設(shè)置不同工作溫度時(shí)的磁性能和去磁點(diǎn),并在模型計(jì)算時(shí)選擇工作溫度。

電感計(jì)算計(jì)算電機(jī)的額定電壓時(shí),不僅要用到反電勢(shì),還需要電感參數(shù)。

通過(guò)有限元軟件計(jì)算電感時(shí),采納將轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到指定位置,速度設(shè)置為0,繞組通以直流電,使用帶運(yùn)動(dòng)體的2暫態(tài)場(chǎng)的方法計(jì)算較為便利。

通過(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)子角度,可以分別計(jì)算得到交直軸位置的磁鏈,除以對(duì)應(yīng)的電流,得到交直軸電感和。

對(duì)于內(nèi)嵌式結(jié)構(gòu)的永磁同步電動(dòng)機(jī),由于軸電感受磁場(chǎng)飽和的影響較大,通常還需要計(jì)算不同電流下的電感變化狀況,供應(yīng)給掌握方做參考。

7.電機(jī)綜合性能計(jì)算在對(duì)電機(jī)進(jìn)行了磁路和有限元分析后,需要把計(jì)算的結(jié)果綜合分析,得到電機(jī)的綜合性能參數(shù),大致可以包括:電壓額定電壓的計(jì)算需要用到反電勢(shì)、相電阻、額定電流和電感參數(shù),使用這些參數(shù)時(shí),需要留意與相應(yīng)的溫度對(duì)應(yīng)。

對(duì)于內(nèi)嵌式結(jié)構(gòu)的永磁同步電動(dòng)機(jī),為較好的利用磁阻轉(zhuǎn)矩,通常在計(jì)算時(shí)要用到超前角,這個(gè)角度可以通過(guò)有限元分析找到,給繞組施加肯定的電流,讓轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一個(gè)電周期,對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)矩最大的位置就是最大轉(zhuǎn)矩電流比的點(diǎn)。

效率銅耗的計(jì)算,只需要留意不同溫度下的電阻即