永磁體渦流損耗的有限元分析及其對(duì)電機(jī)性能的影響研究.pdf

1、永磁同步電機(jī)是由永磁體建立勵(lì)磁磁場(chǎng)的同步電機(jī),電機(jī)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單,降低了加工和裝配費(fèi)用,提高了電機(jī)運(yùn)行的可靠性；又因無(wú)需勵(lì)磁電流,省去了勵(lì)磁損耗,提高了電機(jī)的效率和功率密度.目前,永磁體多為釹鐵硼等高能量稀土類磁體,這是由其具有較高的矯頑力和剩磁所決定的,但它的導(dǎo)電率高且耐熱性能差.當(dāng)外磁場(chǎng)發(fā)生變化時(shí),永磁體就會(huì)產(chǎn)生渦流導(dǎo)致發(fā)熱.因此,很有必要對(duì)轉(zhuǎn)子永磁體內(nèi)的渦流進(jìn)行計(jì)算和分析,并采取相應(yīng)的解決辦法. 本文主要針對(duì)永磁電機(jī)釹鐵硼永

2、磁材料內(nèi)的渦流場(chǎng)及其對(duì)電機(jī)性能的影響等相關(guān)問(wèn)題展開(kāi)了研究.具體內(nèi)容如下: 回顧了永磁電機(jī)的研究歷史、發(fā)展現(xiàn)狀和主要應(yīng)用,介紹了永磁電機(jī)電磁場(chǎng)計(jì)算的研究背景和現(xiàn)狀. 根據(jù)永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子永磁體內(nèi)渦流場(chǎng)分析的特點(diǎn),分別建立了二維渦流場(chǎng)和三維渦流場(chǎng)的控制方程.在對(duì)二維渦流場(chǎng)進(jìn)行分析時(shí),本文選用矢量磁位作為未知函數(shù)計(jì)算磁場(chǎng)與渦流問(wèn)題.對(duì)于三維渦流分析,本文采用A,φ-A法.在建立控制方程時(shí),考慮了電機(jī)的運(yùn)動(dòng)效應(yīng). 針對(duì)永磁同

3、步電機(jī)自身的特點(diǎn),通過(guò)二維電磁場(chǎng)有限元方法分別求解了空載時(shí)和負(fù)載時(shí)電機(jī)內(nèi)的磁場(chǎng)和永磁體內(nèi)的渦流,其中包括有鐵心電機(jī)由于齒槽的存在而引起的渦流和不同電機(jī)運(yùn)行速度下的渦流.采用了瞬態(tài)分析,根據(jù)瞬態(tài)計(jì)算出的數(shù)據(jù)繪出了矢量磁位和渦流波形,并得出永磁體內(nèi)的渦損分布圖.最后通過(guò)分析波形得出了影響永磁體內(nèi)渦流的因素以及應(yīng)采取的措施. 提出了一個(gè)計(jì)算永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子永磁體內(nèi)渦流損耗密度的公式.利用有限元法對(duì)永磁同步電機(jī)進(jìn)行三維建模求解了電機(jī)通電

4、時(shí)永磁體內(nèi)的渦流損耗,驗(yàn)證了公式的正確性. 利用有限元法進(jìn)行了磁場(chǎng)模擬和計(jì)算,分析了在端電壓不變的條件下,由于永磁體內(nèi)渦流產(chǎn)生的磁場(chǎng)和電樞電流產(chǎn)生的變化磁場(chǎng)的相互作用,電樞電流產(chǎn)生非正弦的變化,并且畫出了電流的畸變波形.通過(guò)簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)測(cè)量出的電流證明了計(jì)算的正確性.分析和討論了電樞電流變化對(duì)電機(jī)性能的影響. 通過(guò)對(duì)永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)的研究,分別從設(shè)計(jì)磁路和設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子兩方面,針對(duì)減小永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子渦流損耗,提出了永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方