永磁同步電機畢業(yè)設(shè)計--永磁同步電動機的電磁設(shè)計與分析

1、<p>　　永磁同步電動機的電磁設(shè)計與分析</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　永磁同步電動機（PMSM）是一種新型電機，永磁同步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、損耗小、效率高等優(yōu)點，和直流電機相比，它沒有直流電機的換向器和電刷等缺點。和異步電動機相比，它由于不需要無功勵磁電流，因而具有效率高，功率因數(shù)高，轉(zhuǎn)矩慣量大，定子電流和

2、定子電阻損耗小等特點。</p><p>　　本文主要介紹永磁同步電動機（PMSM）的發(fā)展背景和前景、工作原理、發(fā)展趨勢，以異步起動永磁同步電動機為例，詳細介紹了永磁同步電動機的電磁設(shè)計，主要包括額定數(shù)據(jù)和技術(shù)要求，主要尺寸，永磁體計算，定轉(zhuǎn)子沖片設(shè)計，繞組計算，磁路計算，參數(shù)計算，工作特性計算，起動性能計算，還列舉了相應的算例。還通過Ansoft軟件的Rmxprt模塊對永磁同步電動機了性能分析，得出了效率、功率、

3、轉(zhuǎn)矩的特性曲線，并且分別改變了電機的三個參數(shù)，得出這些參數(shù)對電機性能的影響。又通過Ansoft軟件Maxwell 2D的瞬態(tài)模塊對電機進行了仿真，對電機進行了磁場分布計算，求出了電流、轉(zhuǎn)矩曲線和電機的磁力線、磁通密度分布圖。</p><p>　　關(guān)鍵詞　永磁同步電動機；電磁設(shè)計；性能分析</p><p>　　The design of Permanent-Magnet Synchro

4、nous Motor</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　PMSM (Permanent-Magnet Synchronous Motor) is a new type of motor, which has the advantages of simple structure, small volume, light

5、weight, low loss, high efficiency. Compared with the DC motor, it has no DC motor commutator and brush. Compared with the asynchronous motor, because it does not require no power excitation&

6、#160;current, It has the advantages of high efficiency, high power factor, large moment of inertia, stator current and small stator resistance loss . </p><p>　　The paper mainly introduces the PMSM's

7、 development background and foreground, working principle, development trend, taking asynchronous start permanent magnet synchronous motor as an example, it introduces in detail the electrom

8、agnetic design of PMSM, that mainly includes the rated data and technical requirements, main dimensions, permanent magnet calculation, rotor and stator punching, winding calculation, magnet circu

9、it calculation, parameters calculation, performance calculation, calculation </p><p>　　Keywords PMSM; Motor design; Performance analysis</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><

10、;b>　　摘要……I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第1章 緒論4</b></p><p>　　1.1 課題背景4</p><p>　　1.2 永磁電機發(fā)展趨勢5</p><p>　　1.3 本文研究主要內(nèi)容6</

11、p><p>　　第2章 永磁同步電動機的原理7</p><p><b>　　2.1永磁材料7</b></p><p>　　2.1.1 永磁材料的概念和性能7</p><p>　　2.1.2 釹鐵硼永磁材料8</p><p>　　2.2永磁同步電動機的基本電磁關(guān)系9</p>&l

12、t;p>　　2.2.1 轉(zhuǎn)速和氣隙磁場有關(guān)系數(shù)9</p><p>　　2.2.2 感應電動勢和向量圖10</p><p>　　2.2.3 交直軸電抗及電磁轉(zhuǎn)矩12</p><p><b>　　2.3 小結(jié)13</b></p><p>　　第3章 永磁同步電動機的電磁設(shè)計14</p><

13、p>　　3.1 永磁同步電機本體設(shè)計14</p><p>　　3.1.1 永磁同步電動機的額定數(shù)據(jù)和主要性能指標14</p><p>　　3.1.2 定子沖片和氣隙長度的確定以及定子繞組的設(shè)計15</p><p>　　3.1.3 轉(zhuǎn)子鐵心的設(shè)計16</p><p>　　3.2永磁同步電動機本體設(shè)計示例18</p>

14、<p>　　3.2.1 額定數(shù)據(jù)及主要尺寸18</p><p>　　3.2.2 永磁體及定轉(zhuǎn)子沖片設(shè)計19</p><p>　　3.2.3 繞組計算23</p><p>　　3.2.4 磁路計算26</p><p>　　3.2.5 參數(shù)計算29</p><p>　　3.2.6 工作特性計算33&

15、lt;/p><p>　　3.2.7 起動特性計算37</p><p><b>　　3.3 小結(jié)41</b></p><p>　　第4章 永磁同步電動機的性能分析及磁場分析42</p><p>　　4.1 永磁同步電動機的性能分析42</p><p>　　4.1.1 永磁同步電動機性能曲線42

16、</p><p>　　4.1.2 重要參數(shù)的變化對性能的影響44</p><p>　　4.2 永磁同步電動機的磁路分析46</p><p>　　4.2.1 永磁同步電動機的模型46</p><p>　　4.2.2 在Ansoft Maxwell 2D 中運行后的結(jié)果圖47</p><p><b>　　

17、4.3 小結(jié)52</b></p><p><b>　　結(jié)論53</b></p><p><b>　　致謝54</b></p><p><b>　　參考文獻55</b></p><p><b>　　附錄 A56</b></p>

18、;<p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 課題背景</b></p><p>　　永磁同步電動機（PMSM）具有體積小、效率高、功率因數(shù)高、起動力矩大、力能指標好、溫升低等特點。永磁同步電機的運行原理與電勵磁同步電機相同，但它以永磁體提供的磁通代替后者的勵磁繞組勵磁，使電機結(jié)構(gòu)更為簡單。近年來，永

19、磁材料性能的改善以及電力電子技術(shù)的進步，推動了新原理、新結(jié)構(gòu)永磁同步電機的開發(fā)，有力地促進了電機產(chǎn)品技術(shù)、品種及功能的發(fā)展，某些永磁同步電機已形成系列化產(chǎn)品，容量從小到大，已達到兆瓦級，應用范圍越來越廣；其地位越來越重要，從軍工到民用，特殊到一般迅速擴大，不僅在微特電機中占優(yōu)勢，而且在電力推進系統(tǒng)中也顯示出了強大的生命力。永磁同步電機以其效率高、功率大、結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)能效果顯著等一系列優(yōu)點在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中逐步得到廣泛應用。尤其是近年

20、來高耐熱性、高磁性能釹鐵硼永磁體的成功開發(fā)以及電力電子元件的進一步發(fā)展和改進，目前正向超高速、高轉(zhuǎn)矩、大功率、微型化、高功能化方向發(fā)展[1]。與傳統(tǒng)的電勵磁電機相比，永磁電機，特別是稀土永磁電機具有結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，體積小，質(zhì)量輕，損耗小，效率高，電機的形狀和尺寸可以靈活多樣等顯著優(yōu)點。與傳統(tǒng)的同步電動機相比較，采用永磁體既簡化了電機的結(jié)構(gòu)</p><p>　　1.2 永磁電機發(fā)展趨勢</p>&

21、lt;p>　　永磁電機向大功率、高轉(zhuǎn)速、高力矩、高效率同時質(zhì)輕發(fā)展。目前永磁同步電機廣泛應用于電動汽車、有軌無軌機車、航空航天、電梯、家用電器、航海等領(lǐng)域，開發(fā)出高功率、高轉(zhuǎn)速、高力矩、高效率、質(zhì)輕的永磁同步電機，可見對節(jié)能環(huán)保、高效高質(zhì)量服務等方面具有很大的推動作用，這也是永磁同步電機的發(fā)展趨勢。高功率：德國西門子公司于1986年完成了1100kW，230r/ min機電一體化的交流永磁同步推進電機；另外1760kW永磁同步推進

22、電機裝于U-212潛艇試用，其長度和有效體積與傳統(tǒng)的直流推進電機相比減少很多。目前研制的永磁同步電動機最大功率為14MW，轉(zhuǎn)速150r/min，用于Siemens公司和Schotel公司聯(lián)合生產(chǎn)的SSP吊倉式電力推進系統(tǒng)[7]。高轉(zhuǎn)速：超高速電機典型產(chǎn)品如美國通用電氣公司早期研制的150kW，轉(zhuǎn)速為23000r/min的航空用起動發(fā)電機和日本的1000kW，轉(zhuǎn)速為15000r/min的釤鈷永磁同步發(fā)電機。超高速電機在旋轉(zhuǎn)時有很大的離心力

23、，為使永磁體和其他材料不致于飛散，需要采取機械加固措施，一般在轉(zhuǎn)子外徑處套一非磁性鋼的護環(huán)。高效率：永磁電機又是一種高效節(jié)能產(chǎn)品，平均節(jié)電率</p><p>　　永磁電機的輕型化、微型化、高功能化、專業(yè)化、微型化。航空航天產(chǎn)品，電動車輛、數(shù)控機床，計算機、視聽產(chǎn)品、醫(yī)療器械、便攜式光機電一體化產(chǎn)品、電梯等，都對電機提出體積小、重量輕，不同性能側(cè)重點都提出了嚴格的要求；醫(yī)療微型機器、管道檢修機器人等等都對微型化電機

24、提出了挑戰(zhàn)；宇航設(shè)備、宇宙空間的機械手、原子能設(shè)備的檢查機器人和半導體制造裝置等特殊環(huán)境下工作的電動機，需要使用高溫電動機和高真空電動機。已開發(fā)的150W、轉(zhuǎn)速3000 r/min，工作在200～300℃高溫和133.3×Pa真空度環(huán)境下的三相四極永磁電動機，直徑105 mm、長145 mm，采用高溫特性好的永磁體[8]。國外專用電機占有量達80%，通用電機占有量占20%，而我國正好相反。專用電機是根據(jù)不同負載特性專門設(shè)計的，

25、如油田用抽油機專用稀土永磁電機，節(jié)電率高達20%，可見專業(yè)電機的節(jié)能潛力和高功能匹配性。動力傳動一體化電機驅(qū)動系統(tǒng)對整個動力傳動系統(tǒng)（電機、減速齒輪、傳動軸）進行一體化建模和控制，構(gòu)建高性能、高可靠性或高精度的一體化驅(qū)動系統(tǒng)。高性能、高檔永磁同步電機伺服系統(tǒng)高性能、高檔永磁同步電機伺服系統(tǒng)隨著我國航空航天、汽車、船</p><p>　　1.3 本文研究主要內(nèi)容</p><p>　　本文主要

26、研究永磁同步電動機的本體設(shè)計，先掌握永磁同步電動機的原理，在此基礎(chǔ)上對一臺30kW容量的永磁同步電動機進行設(shè)計，并對其電機性能和磁場分布進行仿真分析，具體內(nèi)容如下：</p><p>　　1）論述永磁同步電動機的原理，包括永磁材料的特點，永磁同步電動機的基本電磁關(guān)系。</p><p>　　2）說明永磁電動機的本體設(shè)計，并對一臺30kW的永磁同步電動機進行設(shè)計，包括對永磁同步電動機的永磁體設(shè)計

27、，定、轉(zhuǎn)子沖片設(shè)計，繞組計算，磁路計算，參數(shù)計算，工作特性計算和起動性能計算，得出了永磁同步電動機的工作特性表和合成轉(zhuǎn)矩表。</p><p>　　3）用Ansoft軟件的Rmxprt模塊對永磁同步電動機進行性能分析，得到了永磁同步電動機的功率因數(shù)、電流、效率、轉(zhuǎn)矩的特性曲線，分別改變了永磁同步電動機的定子鐵心長，每槽導體數(shù)和永磁體磁化方向長度，得出這些參數(shù)對永磁同步電動機性能的影響。用Ansoft軟件Maxwel

28、l 2D的瞬態(tài)模塊進行磁場計算，得到永磁同步電動機的模型、剖分面、轉(zhuǎn)矩曲線和電流曲線，不同時刻的磁力線分布圖和磁通密度分布圖。</p><p>　　第2章 永磁同步電動機的原理</p><p><b>　　2.1永磁材料</b></p><p>　　2.1.1 永磁材料的概念和性能</p><p>　　永磁材料又稱“硬磁

29、材料”。永磁材料的主要磁性能指標是：剩磁、矯頑力、內(nèi)稟矯頑力、磁能積。我們通常所說的永磁材料的磁性能，指的就是這四項。永磁材料的其它磁性能指標還有：居里溫度、可工作溫度、剩磁及內(nèi)稟矯頑力的溫度系數(shù)、回復導磁率、退磁曲線方形度、高溫減磁性能以及磁性能的均一性等。除磁性能外，永磁材料的物理性能還包括密度、電導率、熱導率、熱膨脹系數(shù)等；機械性能則包括維氏硬度、抗壓強度、沖擊韌性等。此外，永磁材料的性能指標中還有重要的一項，就是表面狀態(tài)及其耐腐

30、蝕性能。永磁材料具有寬磁滯回線、高矯頑力和高剩磁。</p><p>　　在鐵磁材料中，磁感應強度與外加磁場強度的函數(shù)關(guān)系式非常復雜，的變化落后于的變化，這種現(xiàn)象稱為磁滯，用磁滯回線描述，如圖2-1，磁滯回線寬的為永磁材料，磁滯回線窄的為軟磁材料[14]。</p><p><b>　　圖 2-1磁滯回線</b></p><p>　　對同一鐵磁材料

31、，以不同的磁場強度分別進行反復多次反復磁化，可得到多個大小不等的磁滯回線，如下圖2-2所示。將各磁滯回線的頂點連接起來，所得到的一條曲線稱為基本磁化曲線或稱為平均磁化曲線。</p><p>　　圖 2-2 基本磁化曲線</p><p>　　2.1.2 釹鐵硼永磁材料</p><p>　　釹鐵硼永磁材料是近年來發(fā)展起來的第三代稀土永磁材料，具有高磁</p>

32、<p>　　能積、高矯頑力、高機械強度等優(yōu)點，但目前尚存在溫度系數(shù)大和使用溫</p><p><b>　　度低等缺點。</b></p><p>　　釹鐵硼永磁材料是1983年問世的高性能永磁材料[15]。釹鐵硼永磁的主要成分是，是目前磁性能最強的永磁材料。它的最大磁能積可達，為鐵氧體永磁材料的5~12倍、鋁鎳鈷永磁材料的3~10倍，理論值為；剩磁可達1.

33、47T，矯頑力最高可超過1000kA/m，能吸起相當于自身重量640倍的重物。由于不含鈷且釹在稀土中的含量遠高于釤，釹鐵硼的價格比稀土鈷要低得多。</p><p>　　釹鐵硼永磁的居里溫度低，為310到410，溫度穩(wěn)定性較差，剩磁溫度系數(shù)為（0.095~0.15）%/K，矯頑力溫度系數(shù)為-（0.4~0.7）%/K，通常最高工作溫度為150，目前已有商業(yè)化的耐200高溫的釹鐵硼永磁。常溫下退磁曲線下部發(fā)生彎曲，若設(shè)

34、計不當，易發(fā)生不可逆退磁。釹鐵硼廣泛應用在永磁電機中，稀土永磁材料產(chǎn)量的三分之一以上用來制造各種永磁電機，永磁電機的優(yōu)點是省銅、省電、重量輕、體積小、比功率高。電動自行車電機、電腦驅(qū)動電機、車床等的行速與轉(zhuǎn)速的測量電機、電梯的曳引機電機、麻將電機、冰箱空調(diào)電機、風力發(fā)動電機、汽車發(fā)動電機等等應用領(lǐng)域極其廣泛。</p><p>　　2.2永磁同步電動機的基本電磁關(guān)系</p><p>　　2.

35、2.1 轉(zhuǎn)速和氣隙磁場有關(guān)系數(shù)</p><p><b>　?。?）轉(zhuǎn)速</b></p><p>　　穩(wěn)態(tài)運行是，永磁同步電動機的轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相同，取決于電源頻率和電機極對數(shù)，即</p><p><b>　?。?）計算極弧系數(shù)</b></p><p>　　基波磁場是實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)。

36、在永磁同步電動機中，可以認為空載氣隙磁場是帶有諧波的平頂波，計算極弧系數(shù)直接影響到基波幅值的大小。極弧系數(shù)為</p><p>　?。?）空載氣隙波形系數(shù)</p><p>　　在永磁同步電動機中，忽略齒槽影響，空載氣隙磁密波形可以近似為矩形波，其幅值為</p><p>　　氣隙磁密波形系數(shù)定義為空載氣隙磁場中基波磁密幅值與氣隙磁密最大值的比值，即</p>

37、<p>　?。?）電樞反應磁密波形系數(shù)</p><p>　　在直軸上施加直軸電樞反應基波磁動勢，產(chǎn)生的氣隙磁密最大值和磁密基波幅值分別為.和，直軸電樞反應磁密波形系數(shù)定義為</p><p>　　在較軸上施加交軸電樞反應基波磁動勢，所產(chǎn)生的氣隙磁密基波幅值為。假設(shè)交軸位置與直軸位置的磁阻相同，則產(chǎn)生一假象的氣隙磁密正弦波，其幅值為，交軸電樞反應磁密波形系數(shù)為</p>

38、<p><b>　　（5）電樞反應系數(shù)</b></p><p>　　電樞反應磁動勢為正弦波，勵磁磁動勢為方波，兩者的波形不同，求合成磁場時，通常將電樞反應磁動勢折算到相應的勵磁磁動勢。折算的原則是：折算后產(chǎn)生的基波磁密相同。</p><p>　　直軸電樞反應磁動勢折算到勵磁磁動勢時應乘以直軸電樞反應系數(shù)，交軸電樞反應磁動勢折算到勵磁磁動勢時應乘以交軸電樞反

39、應系數(shù)。</p><p>　?。?）空載漏磁系數(shù)的計算</p><p>　　永磁同步電動機的空載漏磁系數(shù)為</p><p>　　式中：為永磁體產(chǎn)生的穿過空氣氣隙進入定子的那部分磁通；為由永磁體產(chǎn)生的在轉(zhuǎn)子內(nèi)部閉合的那部分磁通。</p><p>　　2.2.2 感應電動勢和向量圖</p><p><b>　?。?/p>

40、1）感應電動勢</b></p><p>　　定子繞組每相空載感應電動勢的有效值為</p><p>　　式中：為永磁體產(chǎn)生每極基波磁通，為定子極距。永磁體產(chǎn)生每極氣隙磁通，兩者之比定義為氣隙磁通波形系數(shù)</p><p>　　因此空載電動勢又可以表示為</p><p>　　直軸電樞反應磁通在定子每相繞組中感應的直軸電樞反應電動勢<

41、;/p><p>　　與直軸電樞電抗之間滿足</p><p>　　交軸電樞反應磁通在定子每相繞組中感應的交軸電樞反應電動勢</p><p>　　與交軸電樞反應電抗的關(guān)系</p><p>　　氣隙合成磁場在定子每相繞組中的感應電動勢為</p><p>　　式中：為永磁體和電樞反應磁動勢共同產(chǎn)生的每極基波磁通。</p>

42、;<p>　　圖 2-2 永磁同步電動機的向量圖</p><p>　　（2）永磁同步電動機的相量圖</p><p>　　在永磁同步電動機中，定子繞組滿足的電壓方程為</p><p><b>　　故</b></p><p>　　根據(jù)式（2-17）可畫出永磁同步電動機工作狀態(tài)下的向量圖，如圖2-2所示。<

43、/p><p>　　從相量可以看出，永磁同步電動機滿足以下關(guān)系</p><p>　　定子電流的直軸和交軸分量分別為</p><p>　　2.2.3 交直軸電抗及電磁轉(zhuǎn)矩</p><p>　　由于永磁體的存在，永磁同步電動機的直軸磁導較小，交軸磁導較大，分別引進了直軸電樞反應電抗和交軸電樞反應電抗。在進行計算時，可以認為不隨鐵心飽和程度變化，而則受磁

44、路飽和程度影響較大，應考慮飽和影響。</p><p>　?。?）直軸電樞反應電抗</p><p>　　由永磁同步電動機相量圖可知</p><p>　　式中：直軸電樞反應去磁時取“+”號，直軸電樞反應助磁時取“-”號。</p><p>　　式中：是電樞電流為純直流時的基波氣隙磁通。直軸電樞電流產(chǎn)生的直軸電樞反應磁動勢幅值為</p>

45、<p>　　永磁體產(chǎn)生的磁動勢近似為方波，而直軸電樞反應磁動勢為正弦波，從產(chǎn)生基波磁動勢的角度出發(fā)，將直軸電樞反應磁動勢折算到作用在永磁體上的方波磁動勢</p><p>　　據(jù)此進行磁路計算，得到永磁體的工作點，則</p><p>　　式中：。對于串聯(lián)式磁路結(jié)構(gòu)，。</p><p>　　因此直軸電樞反應電抗為</p><p>　　

46、（2）交軸電樞反應電抗</p><p>　?。?）永磁同步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩</p><p>　　永磁同步電動機的輸入功率為</p><p>　　將式（2-18）代入（2-28）得</p><p>　　將式（2-29）扣除定子損耗就是包括鐵耗和雜散損耗在內(nèi)的電磁功率，即</p><p>　　通常定子繞組電阻較小，忽略其影

47、響，則</p><p>　　永磁同步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩為</p><p>　　式中：和分別為電動機的機械角速度和電角速度。</p><p><b>　　2.3 小結(jié)</b></p><p>　　本章對永磁同步電動機的原理進行了介紹，介紹了永磁材料和永磁同步電動機最常用的釹鐵硼永磁材料，對永磁同步電動機的基本電磁關(guān)系進行了說

48、明，講解了永磁同步電動機的基本向量圖，給出了永磁同步電動機的重要關(guān)系式，是了解永磁同步電動機的重要基礎(chǔ)。</p><p>　　3章 永磁同步電動機的電磁設(shè)計</p><p>　　3.1 永磁同步電機本體設(shè)計</p><p>　　3.1.1 永磁同步電動機的額定數(shù)據(jù)和主要性能指標</p><p>　　與感應電動機相比永磁同步電動機雖然有諸多性能

49、方面的優(yōu)點，但在產(chǎn)品種類，使用場合和設(shè)計技術(shù)的成熟方面都存在一定差距。永磁同步電動機主要在要求高效節(jié)能的場合替代感應電動機，因此設(shè)計的目標是：高功率因數(shù)、高效率、起動性能好、經(jīng)濟好、工作可靠。永磁同步電動機設(shè)計就是根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格、性能要求和外形尺寸要求等。在永磁電機的設(shè)計中,永磁材料的尺寸確定是非常重要的。永磁體的設(shè)計包括永磁材料的種類、形狀、擺放位置和尺寸大小。永磁體尺寸包括軸向長度lm、磁化方向長度hm和磁化方向?qū)挾萣m 。lm通常等

50、于或略小于電機的軸向長度，實際上，只需要設(shè)計永磁體在永磁電機橫截面上的尺寸hm和bm。結(jié)合國家標準和生產(chǎn)實際，運用有關(guān)設(shè)計理論和計算方法，設(shè)計出性能要求和外形尺寸要求等，結(jié)合國家標準和生產(chǎn)實際，運用有關(guān)設(shè)計理論與計算方法，設(shè)計出性能符合要求、可靠性高、經(jīng)濟型號的合格產(chǎn)品。下面列出額定數(shù)據(jù)和主要性能指標要求[14]。</p><p>　　永磁同步電動機的額定數(shù)據(jù)組要有：</p><p>　　

51、（1）額定功率：額定運行時轉(zhuǎn)軸上輸出的機械功率。</p><p>　?。?）額定電壓：額定運行是的供電電壓。</p><p>　?。?）額定頻率：額定運行時的電源頻率。</p><p>　?。?）額定轉(zhuǎn)速：額定運行時的轉(zhuǎn)速。</p><p>　　永磁同步電動機的主要性能指標有：</p><p><b>　?。?/p>

52、1）額定效率。</b></p><p>　　（2）額定功率因數(shù)。</p><p>　　（3）最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)（失步轉(zhuǎn)矩倍數(shù)）；最大電磁轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值，也稱過載能力。</p><p>　?。?）起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)：起動轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值。</p><p>　　（5）起動電流倍數(shù)：起動過程中的最小轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比。</p>

53、<p>　?。?）最小轉(zhuǎn)矩倍數(shù)：起動過程中的最小轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比。</p><p>　　（7）牽入轉(zhuǎn)矩倍數(shù)：牽入轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值。</p><p>　　定子沖片和氣隙長度的確定以及定子繞組的設(shè)計</p><p>　　3.1.2.1 定子沖片尺寸和氣隙長度的確定</p><p>　　當電機的轉(zhuǎn)速一定時，極數(shù)確定，則定子槽數(shù)取

54、決于每極每相槽數(shù)，對參數(shù)、性能影響較大。當較大時，定子諧波磁場減小，附加損耗降低；定子槽漏抗減??；槽中線圈邊的總散熱面積增大，有利于散熱；絕緣材料用量和加工工時增加，槽利用率低。綜合考慮，在2~6之間選擇，取整數(shù)，極數(shù)少、功率大的，取大值；極數(shù)多的，取小值。</p><p>　　對于常規(guī)用途的小功率永磁同步電動機，為提高零部件的通用性，縮短開發(fā)周期和成本，通常選用Y系列或Y2系列或Y3系列小型三相感應電動機的定子

55、沖片。永磁同步電動機的氣隙磁密高、體積小，可選用比相同規(guī)格感應電動機小一個機座號的感應電動機定子沖片。</p><p>　　在感應電動機中，為減小激磁電流、提高功率因數(shù)，通常使氣隙長度盡可能小，而在永磁同步電動機中，功率因數(shù)可以通過調(diào)整繞組匝數(shù)和永磁體進行調(diào)整，氣隙長度對雜散損耗影響較大，因此通常比同容量的感應電動機氣隙長度大0.1~0.2mm。在永磁體尺寸一定的前提下，適當增大氣隙，對每極基波磁通影響較小。&l

56、t;/p><p>　　3.1.2.2 定子繞組的設(shè)計</p><p>　　永磁同步電動機轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的磁場含有大量的諧波，感應電動勢中諧波含量也較高，為避免三次諧波在繞組各相之間產(chǎn)生環(huán)流，三相繞組的連接通常采用Y形接法。</p><p>　?。?）定子繞組型式和節(jié)距選擇</p><p>　　與感應電動機一樣，永磁同步電動機使用的繞組型式有單層繞

57、組、雙層繞組和正弦繞組等。其中單層繞組又分為同心式、鏈式和交叉式，區(qū)別在于端接形狀、線圈節(jié)距和線圈之間的連接順序。這些繞組形式各有其特點和適用場合。</p><p>　　單層繞組的優(yōu)點是：① 槽內(nèi)無層間絕緣，槽利用率高；② 同一槽內(nèi)導體屬于同一相，不會發(fā)生層間擊穿；③ 線圈數(shù)比雙層少一倍，線圈制造和q嵌線方便。但也存在缺點，如不能做成短距以改善磁場波形，主要用于160及以下機座。其中同心式繞組的端部用銅多，線圈尺

58、寸不同，制造復雜，多適用于=4、6、8的二極電機；鏈式繞組適用于=2的4、6、8極電機；交叉式繞組適用于為奇數(shù)的電機。</p><p>　　雙層繞組的優(yōu)點是：① 可通過合理選擇節(jié)距改善磁場波形；② 端部排列整齊，線圈尺寸相同，便于制造。缺點是絕緣材料用量多，嵌線麻煩。主要用于180及以上機座號的電機。為消弱磁勢及感應電動勢中的5次、7次諧波，通常選擇節(jié)距=。對于兩極電機，為便于嵌線和縮短端部才長度，除鐵心很長的以

59、外，取。</p><p>　　正弦繞組。正弦繞組的優(yōu)點是諧波含量少、磁場波形好，但線圈尺寸、匝數(shù)不同，制作較復雜，多用于感應電動勢波形要求高的場合。</p><p>　?。?）每相串聯(lián)匝數(shù)的確定</p><p>　　永磁同步電動機的起動性能和功率因數(shù)都與每相串聯(lián)匝數(shù)直接相關(guān)。在確定每相串聯(lián)匝數(shù)時，通常先滿足起動要求，再通過調(diào)整永磁體滿足功率因數(shù)的要求。永磁同步電動機

60、的起動能力比感應電動機差，故每相串聯(lián)匝數(shù)少，起動電流倍數(shù)高。</p><p>　?。?）電流密度選擇、線規(guī)、并繞根數(shù)和并聯(lián)支路數(shù)的確定</p><p>　　一般來講，在永磁同步電動機中，為達到高效節(jié)能的目的，電流密度通常比同容量的感應電機低，同時每相串聯(lián)匝數(shù)較小也為低電流密度的采用提供了保證。導線截面積為</p><p>　　式中：為并繞根數(shù)。對于小電機，每槽導體數(shù)

61、較多，非常容易選擇合適的每槽導體數(shù)以滿足起動性能的要求，為避免極間連線過多，通常取小值；對于容量較大的電機，每槽導體數(shù)較小，通常取大值以增加每槽導體數(shù)，增大其選擇余地，滿足起動性能的要求。小型永磁同步電動機通常采用圓銅線，為便于嵌線，線徑不超過1.68mm，線徑應為標準值。線規(guī)確定后，要核算槽滿率，槽滿率一般控制在75%~80%，機械化下線控制在75%以下。</p><p><b>　　轉(zhuǎn)子鐵心的設(shè)計&

62、lt;/b></p><p>　　3.1.3.1 定轉(zhuǎn)子槽配合</p><p>　　同感應電動機類似，當永磁同步電動機定轉(zhuǎn)子槽配合不當時，會出現(xiàn)附加轉(zhuǎn)矩，產(chǎn)生振動和噪聲增加，效率下降。在選擇槽配合時，通常遵循以下原則：</p><p>　?。?）考慮到轉(zhuǎn)子磁路的對稱性，轉(zhuǎn)子槽數(shù)為極數(shù)的整數(shù)倍，且采用多槽遠槽配合。</p><p>　　（

63、2）為避免起動過程中產(chǎn)生較強的異步附加轉(zhuǎn)矩，應該使轉(zhuǎn)子槽數(shù)。</p><p>　?。?）為避免產(chǎn)生同步附加轉(zhuǎn)矩，應該使定轉(zhuǎn)子槽數(shù)的關(guān)系為、、。</p><p>　　為避免單向振動力，應、。</p><p>　　3.1.3.2 轉(zhuǎn)子槽形及尺寸</p><p>　　永磁同步電動機可用的轉(zhuǎn)子槽如圖3-1所示。為了有效隔磁，通常用采用平底槽。在小型內(nèi)

64、置式永磁同步電動機中，為了提供足夠空間放置，槽高度較小，集膚效應遠不如感應電動機明顯，且凸形槽和刀形槽形狀復雜、沖模制造困難，故通常采用梯形槽。</p><p>　　轉(zhuǎn)子導條的主要作用是用于起動，同步運行時，氣隙基波磁場不再轉(zhuǎn)子導條中感應電流，因此在設(shè)計轉(zhuǎn)子槽和導條時，主要考慮起動性能、牽入同步性能和轉(zhuǎn)子齒、軛部磁密裕度較大。通常情況下，增大轉(zhuǎn)子電阻，可以提高起動轉(zhuǎn)矩，但牽入同步能力下降，因此在設(shè)計轉(zhuǎn)子槽和端環(huán)時

65、，要兼顧起動轉(zhuǎn)矩和牽入轉(zhuǎn)矩的需要。</p><p>　　用于永磁體是從轉(zhuǎn)子端部放入轉(zhuǎn)子鐵心的，從工藝方面考慮，通常永磁體槽和永磁體之間有一定的間隙，其大小取決于沖片的加工和疊壓工藝水平，通常為0.1~0.2mm。</p><p>　　圖 3-1 轉(zhuǎn)子槽形</p><p>　　3.1.3.3 永磁體設(shè)計</p><p>　　在永磁同步電動機設(shè)計

66、中，永磁體形狀通常為矩形，主要尺寸為：每極永磁體的總寬度、永磁體充磁方向長度和永磁體軸向長度，其中永磁體軸向長度跟電機轉(zhuǎn)子鐵心長度相同，因此只需確定每極永磁體的總寬度和永磁體的充磁方向長度。</p><p>　　確定永磁體充磁方向長度的原則是：在永磁材料用量盡可能少的前提下，保證永磁體在電機最大去磁工作狀態(tài)下不會發(fā)生不可逆去磁，保證永磁體在穩(wěn)態(tài)運行下有合理的工作點。此外永磁體充磁方向長度還于直軸電抗有關(guān)，但在設(shè)計

67、時考慮較少。</p><p>　　3.2永磁同步電動機本體設(shè)計示例</p><p><b>　　額定數(shù)據(jù)及主要尺寸</b></p><p><b>　?。?）額定功率：</b></p><p><b>　　（2）相數(shù)：</b></p><p><b

68、>　　（3）額定線電壓：</b></p><p><b>　?。?）額定頻率：</b></p><p><b>　?。?）極對數(shù)：</b></p><p><b>　?。?）額定效率：</b></p><p>　　（7）額定功率因數(shù)：</p>&

69、lt;p>　?。?）失步轉(zhuǎn)矩倍數(shù)：</p><p>　?。?）起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)：</p><p>　?。?0）起動電流倍數(shù)：</p><p>　?。?1）繞組形式：雙層、Y聯(lián)接</p><p>　　（12）額定相電壓：</p><p>　?。?3）額定相電流：</p><p><b>

70、;　?。?4）額定轉(zhuǎn)速：</b></p><p><b>　?。?5）額定轉(zhuǎn)矩：</b></p><p>　?。?6）轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)：串聯(lián)式結(jié)構(gòu)</p><p><b>　?。?7）氣隙長度：</b></p><p><b>　?。?8）定子外徑：</b></p

71、><p><b>　?。?9）定子內(nèi)徑：</b></p><p><b>　?。?0）轉(zhuǎn)子外徑：</b></p><p><b>　?。?1）轉(zhuǎn)子內(nèi)徑：</b></p><p>　?。?2）定/轉(zhuǎn)子鐵心長度：</p><p>　?。?3）電樞計算長度：<

72、;/p><p><b>　　式中：。</b></p><p>　?。?4）定/轉(zhuǎn)子槽數(shù)：</p><p>　?。?5）定子每極每相槽數(shù)：</p><p><b>　?。?6）極距：</b></p><p>　?。?7）硅鋼片重量：</p><p><

73、b>　　=249.87kg</b></p><p>　　式中：沖剪余量為等于和中較大值；鐵的密度；鐵心疊壓系數(shù)。</p><p>　　3.2.2 永磁體及定轉(zhuǎn)子沖片設(shè)計</p><p><b>　?。?8）永磁材料：</b></p><p>　　永磁體為燒結(jié)釹鐵硼永磁。矯頑力為</p>&

74、lt;p>　　30.計算剩磁密度：</p><p>　　=0%；預計永磁體的工作溫度</p><p>　?。?9）計算矯頑力：</p><p>　?。?0）相對回復磁導率：</p><p><b>　　。</b></p><p>　?。?1）磁化方向長度：</p><p&

75、gt;　?。?2）每極永磁體寬度：</p><p>　　（33）永磁體軸向長度：</p><p>　?。?4）提供每極磁通的截面積：</p><p>　?。?5）永磁體重量：</p><p><b>　　式中：。</b></p><p>　?。?6）定子槽形：如圖3-2</p>&l

76、t;p>　　圖 3-2定子槽型尺寸</p><p>　　（37）轉(zhuǎn)子槽形：如圖3-3</p><p>　　圖 3-3轉(zhuǎn)子槽尺寸</p><p><b>　?。?8）定子齒距：</b></p><p>　　（39）定子斜槽齒距：</p><p>　?。?0）定子計算齒寬：</p>

77、<p>　?。?1）定子軛計算高度：</p><p>　　（42）定子齒磁路計算：</p><p>　?。?3）定子軛磁路計算：</p><p>　?。?4）定子齒體積：</p><p>　?。?5）定子軛體積：</p><p><b>　?。?6）轉(zhuǎn)子齒距：</b></p>

78、;<p>　?。?7）轉(zhuǎn)子齒磁路計算長度：</p><p>　?。?8）轉(zhuǎn)子軛計算高度：</p><p>　?。?9）轉(zhuǎn)子軛磁路計算長度：</p><p>　　3.2.3 繞組計算</p><p>　　（50）每槽導體數(shù)：</p><p>　?。?1）并聯(lián)支路數(shù)：</p><p>

79、　?。?2）并聯(lián)根數(shù)-線徑：</p><p>　?。?3）每相繞組串聯(lián)匝數(shù)：</p><p>　?。?4）槽滿率計算：</p><p><b>　　槽面積</b></p><p><b>　　。</b></p><p><b>　　槽絕緣面積：</b>&

80、lt;/p><p><b>　　槽絕緣厚度：</b></p><p><b>　　槽有效面積：</b></p><p><b>　　槽滿率：</b></p><p><b>　　。</b></p><p><b>　?。?5）

81、節(jié)距：</b></p><p>　?。?6）繞組節(jié)距因數(shù)：</p><p><b>　　。</b></p><p>　?。?7）繞組分布因數(shù)：</p><p><b>　　（58）斜槽因數(shù)：</b></p><p><b>　　。</b>&l

82、t;/p><p><b>　　（59）繞組因數(shù)：</b></p><p>　　圖3-4 定子線圈示意圖</p><p>　?。?0）繞組平均半匝長：</p><p>　　定子線圈如圖3-4所示。</p><p><b>　　，</b></p><p>　　

83、雙層線圈端部斜邊長：</p><p>　　式中：為線圈節(jié)距有關(guān)的系數(shù)，對單層同心式線圈或單層交叉式線圈，平均值，對其他形式線圈，。</p><p>　?。?1）線圈端部軸向投影長：</p><p>　　（62）線圈端部平均長：</p><p>　?。?3）定子導線重量：</p><p><b>　　式中：。&

84、lt;/b></p><p>　　3.2.4 磁路計算</p><p><b>　?。?4）極弧系數(shù)：</b></p><p>　　（65）計算極弧系數(shù)：</p><p>　?。?6）氣隙磁密波形系數(shù)：</p><p>　?。?7）氣隙磁通波形系數(shù)：</p><p>

85、<b>　?。?8）氣隙系數(shù)：</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　?。?9）永磁體空載工作點假定值：</p><p>　?。?0）空載漏磁通系數(shù)假定值：</p><p>　?。?1）空載漏磁通：</p><p><b>　?。?2

86、）氣隙磁密：</b></p><p>　?。?3）氣隙磁位差：</p><p><b>　　直軸磁路</b></p><p><b>　　交軸磁路</b></p><p><b>　　。</b></p><p>　?。?4）定子齒磁密：<

87、;/p><p>　?。?5）定子齒磁位差：</p><p>　?。?6）定子軛部磁密：</p><p>　　（77）定子軛部磁位差：</p><p><b>　　。</b></p><p>　?。?8）轉(zhuǎn)子齒磁密：</p><p>　?。?9）轉(zhuǎn)子齒磁位差：</p>

88、<p><b>　　。</b></p><p>　?。?0）轉(zhuǎn)子軛磁密：</p><p>　　（81）轉(zhuǎn)子軛磁位差：</p><p>　?。?2）每對極總磁位差：</p><p>　　計算漏磁系數(shù)時，每極總磁位差：</p><p>　?。?3）空載漏磁系數(shù)：</p>&

89、lt;p><b>　　通過轉(zhuǎn)子槽的漏磁通</b></p><p><b>　　通過隔磁磁橋的磁通</b></p><p>　　式中：、分別為隔磁磁橋1和隔磁磁橋2的寬度，=0.15cm，=0.15cm。</p><p><b>　　轉(zhuǎn)子內(nèi)部漏磁系數(shù)</b></p><p>

90、;<b>　　轉(zhuǎn)子端部漏磁系數(shù)</b></p><p><b>　　空載漏磁系數(shù)：</b></p><p>　?。?4）齒磁路飽和系數(shù)：</p><p><b>　?。?5）主磁導：</b></p><p>　　（86）主磁導標幺值：</p><p>　

91、　（87）外磁路總磁導標幺值：</p><p>　?。?8）漏磁導標幺值：</p><p>　?。?9）永磁體空載工作點：</p><p>　　（90）氣隙磁密基波幅值：</p><p>　?。?1）空載反電動勢：</p><p>　　3.2.5 參數(shù)計算</p><p>　　（92）定子直流電

92、阻：</p><p><b>　　式中：銅線電阻率。</b></p><p>　?。?3）轉(zhuǎn)子折算電阻：</p><p>　　式中：；；轉(zhuǎn)子導條長度；導條截面積；端環(huán)平均直徑；端環(huán)截面積；導條和端環(huán)電阻，。</p><p>　?。?4）轉(zhuǎn)子繞組重量：</p><p><b>　　對鑄鋁轉(zhuǎn)

93、子</b></p><p><b>　　（95）漏抗系數(shù)：</b></p><p>　?。?6）定子槽比漏磁導：</p><p>　　為槽上、下部節(jié)距漏抗系數(shù)。</p><p>　?。?7）定子槽漏抗：</p><p>　?。?8）定子諧波漏抗：</p><p>

94、;　?。?9）定子端部漏抗：</p><p>　?。?00）定子斜槽漏抗：</p><p>　　（101）定子漏抗：</p><p>　?。?02）轉(zhuǎn)子槽比漏磁導：</p><p><b>　　對于半閉口槽</b></p><p>　?。?03）轉(zhuǎn)子槽漏抗：</p><p>

95、;　?。?04）轉(zhuǎn)子諧波漏抗：</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　?。?05）轉(zhuǎn)子端部漏抗：</p><p>　?。?06）轉(zhuǎn)子漏抗：</p><p>　?。?07）直軸電樞磁動勢折算系數(shù)：</p><p>　　（108）直軸電樞反應電抗：</p><

96、;p><b>　　式中：。</b></p><p>　?。?09）直軸同步電抗：</p><p>　?。?10）交軸電樞反應電抗：</p><p>　　（111）交軸同步電抗：</p><p>　　3.2.6 工作特性計算</p><p>　?。?12）機械損耗：</p>&l

97、t;p>　　（113）設(shè)功率角： </p><p>　?。?14）輸入功率：</p><p>　　（115）直軸電流：</p><p>　?。?16）交軸電流：</p><p>　　（117）功率因數(shù)：</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　

98、（118）定子電流：</p><p>　　（119）定子電阻損耗：</p><p>　?。?20）負載氣隙磁通：</p><p>　?。?21）負載氣隙磁密：</p><p>　　（122）負載定子齒磁密：</p><p>　?。?23）負載定子軛磁密：</p><p><b>　　（

99、124）鐵耗：</b></p><p>　　為損耗修正系數(shù)，一般取2.5、2。</p><p>　?。?25）雜散損耗：</p><p>　　可參考實驗值或根據(jù)經(jīng)驗給定，此處取為0.8%。</p><p><b>　?。?26）總損耗：</b></p><p>　?。?27）輸出功率：

100、</p><p><b>　?。?28）效率：</b></p><p>　?。?29）工作特性：給定一系列遞增的功角，分別求出不同功角時的等性能，見表3-1</p><p>　　表 3-1 工作特性表</p><p>　　（130）失步轉(zhuǎn)矩倍數(shù)：</p><p>　　根據(jù)電磁功率的表達式，以功角為

101、自變量，求導得到：</p><p>　　令上式為零，求解得到功角的值。由于永磁同步電動機最大功率出現(xiàn)在，因此功率角取第二象限的值，得到，據(jù)此得到電磁功率的最大值；</p><p>　　由于電磁功率中還包含鐵耗、機械損耗和雜散損耗；所以輸出功率會略小于電磁功率，因此實際的失步轉(zhuǎn)矩倍數(shù)會小于該值。</p><p>　　（131）永磁體額定負載工作點：</p>

102、<p><b>　　（132）電負荷：</b></p><p>　?。?33）電流密度：</p><p><b>　?。?34）熱負荷：</b></p><p>　?。?35）永磁體最大去磁工作點：</p><p>　　3.2.7 起動特性計算</p><p>

103、　?。?36）起動電流假定：</p><p>　　（137）漏抗飽和系數(shù)：</p><p>　?。?38）齒頂漏磁飽和引起定子齒頂寬度減小：</p><p>　?。?39）齒頂漏磁飽和引起轉(zhuǎn)子齒頂寬度的減小：</p><p>　?。?40）起動時定子槽比磁導：</p><p>　　（141）起動時定子槽漏抗：</

104、p><p>　　（142）起動時定子諧波漏抗：</p><p>　?。?43）起動時定子斜槽漏抗：</p><p>　?。?44）起動時定子漏抗：</p><p>　?。?45）考慮擠流效應的轉(zhuǎn)子導條相對高度:</p><p>　　式中：為轉(zhuǎn)子導條高度，對鑄鋁轉(zhuǎn)子，不包括槽口高度；為轉(zhuǎn)子導條寬與槽寬之比，對鑄鋁轉(zhuǎn)子取1。&

105、lt;/p><p>　　（146）導條電阻等效高度：</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　?。?47）槽漏抗等效高度：</p><p>　　（148）起動轉(zhuǎn)子電阻增大系數(shù)：</p><p>　?。?49）起動轉(zhuǎn)子漏抗減小系數(shù)：</p><p>　?。?

106、50）起動轉(zhuǎn)子槽下部漏磁導：</p><p>　?。?51）起動轉(zhuǎn)子槽比漏磁導：</p><p>　?。?52）起動時轉(zhuǎn)子槽漏抗：</p><p>　?。?53）起動時轉(zhuǎn)子諧波漏抗：</p><p>　?。?54）轉(zhuǎn)子起動漏抗：</p><p>　　（155）起動總漏抗：</p><p>　?。?/p>

107、156）轉(zhuǎn)子起動電阻：</p><p>　?。?57）起動時總電阻：</p><p>　?。?58）起動總電阻：</p><p>　?。?59）起動電流：</p><p>　　應與第138項的假設(shè)值足夠接近，否則重復139—161項。</p><p>　?。?60）起動電流倍數(shù)：</p><p>

108、;　?。?61）異步起動轉(zhuǎn)矩曲線：</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　（162）永磁體發(fā)電制動轉(zhuǎn)矩曲線：</p><p>　?。?63）合成轉(zhuǎn)矩曲線：</p><p><b>　　特性曲線見表3-2</b></p><p>　　表 3-2 合成轉(zhuǎn)

109、矩與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系</p><p>　?。?64）起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)</p><p>　?。?65）主要性能參數(shù)</p><p><b>　　主要性能參數(shù)如表</b></p><p>　　表 3-3 主要性能參數(shù)</p><p><b>　　3.3 小結(jié)</b></p>

110、<p>　　本章主要講解了永磁同步電動機電動機的電磁設(shè)計，先說明了永磁同步電動機的本體設(shè)計，又以一臺30kW的永磁同步電動機的設(shè)計過程為示例，詳細講述了永磁同步電動機的繞組計算，磁路計算，參數(shù)計算，工作特性計算和起動特性計算。在工作特性計算中，通過改變功角得到工作特性表，在起動性能計算中，通過改變轉(zhuǎn)差率得到了不同轉(zhuǎn)差率對應合成轉(zhuǎn)矩的表格，通過這些表格可以更清晰的了解永磁同步電動機的性能。</p><p&g

111、t;　　第4章 永磁同步電動機的性能分析及磁場分析</p><p>　　4.1 永磁同步電動機的性能分析</p><p>　　4.1.1 永磁同步電動機性能曲線</p><p>　　利用Ansoft軟件中的Rmxprt模塊，將永磁同步電動機的具體數(shù)據(jù)輸入，例如定子沖片，轉(zhuǎn)子沖片，定轉(zhuǎn)子鐵心長，永磁體數(shù)據(jù)等等，檢查無誤后，運行可以得到永磁同步電動機的性能數(shù)據(jù)，例如功率

112、因數(shù)，效率，起動電流，最大轉(zhuǎn)矩，定子齒、軛的磁密，轉(zhuǎn)子齒、軛的磁密，槽滿率等重要參數(shù)，還可以得到一些重要曲線，功率因數(shù)曲線，電流曲線，效率曲線，轉(zhuǎn)矩曲線，氣隙磁密曲線，依次如圖4-1至圖4-4所示，通過這些曲線，我們能更直觀的觀察到永磁同步電動機的各種性能。</p><p>　　圖 4-1 永磁同步電動機的功率因數(shù)</p><p>　　由圖4-1可以看出，當永磁同步電動機的轉(zhuǎn)矩角從0

113、76;到8°時，功率因數(shù)迅速增加到最大值，到達1，轉(zhuǎn)矩角從8°到32°時，功率因數(shù)緩慢下降，但轉(zhuǎn)矩角從32°到80°時，功率因數(shù)又增加到最大值，可以看出當轉(zhuǎn)矩角在8°和80°附近時，永磁同步電動機的功率因數(shù)很大，非常理想，適合永磁同步電動機工作，當轉(zhuǎn)矩角從80°到180°時，功率因數(shù)逐漸下降到0。</p><p><b

114、>　　圖 4-2電流曲線</b></p><p>　　由圖4-2可以看出永磁同步電動機的電流隨轉(zhuǎn)矩角呈上升趨勢，當轉(zhuǎn)矩角為180°時永磁同步電動機的電流達到最大值。 </p><p>　　圖 4-3 效率曲線</p><p>　　由圖4-3可以看出，永磁同步電動機的轉(zhuǎn)矩角為4°時，永磁同步電動機的效率才從0開始上升，當轉(zhuǎn)矩角為4

115、0°時，功率為95%，轉(zhuǎn)矩角在40°到100°之間時，永磁同步電動機的效率均保持在95%之上，適合永磁同步電動機工作，當轉(zhuǎn)矩角大于100°時，永磁同步電動機的效率逐漸下降至0。</p><p>　　圖 4-4 轉(zhuǎn)矩曲線</p><p>　　4.1.2 重要參數(shù)的變化對性能的影響</p><p>　　分別改變永磁同步電動機的定子

116、鐵心長和每槽導體數(shù)，得到多方案，比較可得到最優(yōu)化設(shè)計，通過對比可以看出定子鐵心長和每槽導體數(shù)對重要參數(shù)的影響，改變定子鐵心長永磁同步電動機的重要參數(shù)改變?nèi)绫?-1所示。</p><p>　　表 4-1 改變定子鐵心長引起的重要參數(shù)變化</p><p>　　由表4-1可以看出，當定子鐵心長度分別取190mm、200mm、210mm、220mm和230mm時，永磁同步電動機的功率因數(shù)逐漸下降，

117、效率逐漸下降，定子齒磁密逐漸下降，定子軛磁密下降，轉(zhuǎn)子齒磁密上升，轉(zhuǎn)子軛磁密上升，當定子鐵心長度為210mm時，永磁同步電動機的起動轉(zhuǎn)矩最大，可見當定子鐵心長度為210mm時，永磁同步電動機的性能較好。</p><p>　　改變每槽導體數(shù)得到的主要數(shù)據(jù)列表如表4-2所示，當每槽導體分別為32、28、30、34時，槽滿率分別為77.32、67.65、72.48、82.147，槽滿率最好在75～80最好，槽滿率越高散

118、熱越好，但是槽滿率太大會導致線徑變大，下線困難，所以當每槽導體數(shù)為32時，電機性能較好。</p><p>　　表 4-2 改變每槽導體數(shù)引起的重要參數(shù)變化</p><p>　　表 4-3 不同磁化方向長度對電機參數(shù)的影響</p><p>　　通過表4-3可得到，當hm為4.2mm時，電機的效率最高，保持樣機中永磁體其它尺寸一樣的情況下，hm越大，空載漏磁系數(shù)越小。&

119、lt;/p><p>　　4.2 永磁同步電動機的磁場分析</p><p>　　4.2.1 永磁同步電動機的模型</p><p>　　將電機的參數(shù)輸入Ansoft軟件中的Rmxprt模塊后，得到重要曲線，Ansoft軟件支持直接從Ansoft軟件中的Rmxprt模塊轉(zhuǎn)換到Ansoft軟件下的Maxwell 2D模塊計算。</p><p>　　導入M

120、axwell 2D之后，可以得到永磁同步電動機的模型如圖4-5</p><p>　　圖 4-5 永磁同步電動機模型</p><p>　　將永磁同步電動機剖分，可得圖4-6</p><p>　　圖 4-6 永磁同步電動機的剖分網(wǎng)格圖</p><p>　　4.2.2 在Ansoft Maxwell 2D 中運行后的結(jié)果圖</p>&

121、lt;p>　　檢查永磁同步電動機的各個參數(shù)輸入無錯誤后，對永磁同步電動機進行運算，可以得到運算過后的結(jié)果圖，如圖4-7至圖4-12，圖4-7和圖4-8為永磁同步電動機的電流曲線和轉(zhuǎn)矩曲線，圖4-9和圖4-10為永磁同步電動機在0.01s時的磁通密度分布圖和磁力線分布圖，圖4-11和圖4-12為永磁同步電動機在0.005s時的磁通密度分布圖和磁力線分布圖。</p><p>　　由圖4-7所示，時為0ms時，永

122、磁同步電動機的A相繞組、B相繞組和C相繞組電流為0A，當時間剛剛大于0ms時，B相繞組電流在0A以上進行波動，C相繞組電流在0A以下進行波動，而A相繞組電流在0A附近上下波動，在0到100ms之間，B相繞組電流和C相繞組電流逐漸向0A附近波動，直到100ms時，三相繞組的電流穩(wěn)定。</p><p>　　圖 4-7 繞組電流曲線</p><p>　　由4-7可知，時為0ms時，永磁同步電動機

123、的A相繞組、B相繞組和C相繞組電流為0A，當時間剛剛大于0ms時，B相繞組電流在0A以上進行波動，C相繞組電流在0A以下進行波動，而A相繞組電流在0A附近上下波動，在0到100ms之間，B相繞組電流和C相繞組電流逐漸向0A附近波動，直到75ms時，三相繞組的電流穩(wěn)定。</p><p>　　圖 4-8 電機轉(zhuǎn)矩曲線</p><p>　　由圖4-8可知，在125ms之前，永磁同步電動機的轉(zhuǎn)矩上