永磁同步电动机电抗值的计算及其对性能的影响
电机结构参数对永磁起动电机性能的影响.docx
分别取磁钢厚度Tp=6.2mm、7.0mm、7.8mm、8.6mm、9.4mm来研究磁钢厚度对电机性能的影响。通过Ansoft Maxwell二维有限元模型仿真计算，得出在转速n分别为3000转/分钟和15000转/分钟时的输出特性分别如表3-4和3-5所示。
从表3-4可以看出，在电机转速比较低时，随着磁钢厚度的增加，气隙平均磁密，电机输出转矩以及输出功率均呈现先增大，后减小的趋势，而电枢电流却随之先减小，后增大。这是因为随着磁钢厚度的增加，在其极弧系数和长度不变的情况下增加了磁能积，导致气隙平均磁密的增加，从而导致电机的输出转矩和输出功率呈现增大的趋势，而电枢电流呈现减小的趋势。然而，由于永磁体的磁导率与空气相近，增加永磁体的厚度，也相应的增加了电机内部的磁路长度，从而增加了磁阻，所以在磁钢厚度增加到一定数值之后，因为磁能积的增加而增加的那部分气隙磁通小于由于磁阻的增加而减小的那部分气隙磁通，所以，当永磁体的厚度增加到一定范围之后，气隙平均磁通密度会随之减小，又因为此时转速比较低，电枢电流比较大，辅助极的助磁作用比较强，磁路的饱和现象比较严重，所以这种变化趋势更明显。
第
建立精确的有限元模型，是项目后期分析电机电磁参数对电机性能的影响，以及对电极结构进行优化的基础。由于电机的性能主要通过电机的输出特性曲线反映出来，所以通过有限元模型计算出来的输出特性曲线和样机实验测得的输出特性曲线的对比，是检验电机的有限元模型是否精确的最有效方法。本章首先利用ANSOFT的二次开发能力，实现MATLAB-ANSOFT的联合仿真，并通过联合仿真绘制出有限元模型的输出特性曲线，通过与样机实验测得的输出特性曲线的对比来验证有限元模型的精确性，最后分析电机电磁参数对电机性能的影响。
针对起动电机而言，起动转速大，空载转速高是设计时追求的目标。综合上述分析，在转速比较高时，一味的增加永磁体的厚度并不能改善电机的输出性能，而是存在一个最优的永磁体厚度使电机的输出性能达到最佳，并且在电机轻载时，增加永磁体的厚度却使电机的输出转矩和输出功率降低，从而降低了电机的空载转速，对电机的设计不利。所以在根据用户要求设计电机时要综合考虑负载和空载时电机的输出特性，适当增大磁钢厚度虽然可以增大电机的过载能力，但是会使空载时的性能下降，同时也会增加铁耗。在满足设计要求的前提下，适当减小磁钢后度还可以提高电机的性价比[41,42]。
电机参数对永磁同步发电机电流谐波的影响
电机参数对永磁同步发电机电流谐波的影响发布时间：2021-05-28T01:51:15.134Z 来源：《中国电业》（发电）》2021年第4期作者：吴刚[导读] 永磁同步发电机具有结构简单，功率密度高、效率高等优点，在新能源发电和电力驱动领域得到了广泛应用。
淮南平圩发电公司安徽省淮南市 232033摘要：永磁同步发电机具有结构简单，功率密度高、效率高等优点，在新能源发电和电力驱动领域得到了广泛应用。
定子电流谐波是影响发电机性能的一个重要性能指标，本文从电机本体出发，利用Ansys软件建立了表贴式和内置式两种转子类型的电机有限元模型，并在上述基础上分析了永磁同步电机不同转子结构和永磁体厚度对电感参数的影响进而结合仿真分析了电机参数对永磁同步电机电流谐波的影响。
关键词：永磁同步发电机；电机参数；谐波永磁同步发电系统中发电机内部磁场主要包括两个部分：一部分是与电机转子同步旋转的主磁场；另一部分是电机内不与转子同步旋转的磁场即谐波磁场。
产生谐波磁场的因素有：电机铁心开槽引起的气隙磁导不均匀而产生的齿谐波存在的磁场；PWM变流器调制使定子电流含有时间谐波而产生的磁场；定子绕组空间分布不均匀产生的空间谐波磁场。
对于传统的永磁同步电机，常常忽略谐波磁场，在可控永磁同步发电系统中，尤其是对于频率较高的电机，其内部常常含有一系列的高频谐波分量，在电机内产生谐波损耗，温度升高导致发电机性能下降，影响发电效率，严重时损坏整个系统。
因此，对可控永磁同步发电系统中的谐波进行分析和抑制显得尤为重要。
一、谐波的危害PWM变流器的应用，为电力电子装置在提高效率和可靠性、减小体积和重量、节省材料、降低成本等各方面提供了有利的条件，并为机电一体化、智能化奠定了坚实的基础。
随着PWM变流器应用的日益广泛，也使得电力电子装置成为最大的干扰源。
由于受控制技术及开关频率的限制，其输出的电压电流波形中谐波含量较高，主要是由各种电力电子装置、变压器等产生的，由此带来的谐波污染问题也日渐加重[1]。
永磁同步电机dq轴电感计算_概述及解释说明
永磁同步电机dq轴电感计算概述及解释说明1. 引言1.1 概述永磁同步电机dq轴电感计算是对永磁同步电机中dq轴电感进行分析和估算的过程。
在永磁同步电机的控制系统设计中，准确计算dq轴电感是非常重要的。
本文将介绍和解释永磁同步电机dq轴电感计算的概述和方法。
1.2 文章结构本文分为五个部分。
首先，在引言部分，我们将简要概述本文内容和目标。
其次，在第二部分，我们将介绍永磁同步电机及dq坐标系的基本概念。
然后，第三部分将详细阐述计算dq轴电感的方法与原理。
接下来，第四部分将通过实例分析来展示如何应用这些方法进行计算，并验证结果的准确性。
最后，在第五部分, 我们将给出结论和总结，并提出未来进一步研究的建议。
1.3 目的本文旨在深入探讨永磁同步电机dq轴电感计算的概念、原理和方法，并通过具体案例展示其实际应用价值。
同时，希望通过文章的撰写能够加深对于永磁同步电机控制系统设计的理解，为相关领域的研究提供参考和指导。
2. 永磁同步电机dq轴电感计算概述：2.1 永磁同步电机简介永磁同步电机是一种使用永磁体作为磁场源而不需要励磁的电机。
它具有高效率、高功率密度以及较低的维护成本等优点，因此被广泛应用于工业和交通领域。
2.2 dq坐标系简介dq坐标系是一种常用的描述永磁同步电机控制系统的坐标系。
d轴指向永磁体磁场方向，q轴与d轴垂直。
在dq坐标系下，可以将永磁同步电机的运动方程简化为直流（DC）和交流（AC）分量，便于进行分析和控制。
2.3 dq轴电感的重要性及计算方法概述dq轴电感是永磁同步电机中一个重要的参数，它影响着系统的稳态和动态特性。
准确地计算dq轴电感可以帮助设计者预测系统的运行性能并进行合理的控制策略选择。
计算dq轴电感主要包括理论推导与基本原理、影响因素分析以及具体的计算公式和步骤说明。
在理论推导中，根据dq轴电感的定义和dq坐标系变换关系，推导得出了计算dq轴电感的基本原理。
影响因素分析则是在考虑永磁体磁场、电机几何结构、电路参数等诸多因素的基础上，确定了影响dq轴电感大小的主要因素。
永磁同步电机性能分析
永磁同步电机性能分析摘要：在永磁同步电机的设计制作中，时刻都要关注降低电机损耗，提高电机运行的效能。
关键词：永磁同步电机；性能；分析；首先我们看电机的损耗，在已知电机参数电阻R1、X1、X ad、X aq和E0的情况下，就可以计算不同功角下永磁同步电机的性能。
1 绕组计算绕组直流电阻式中电阻率为式中α为铜材半导体电阻的温度变化系数，铜材电阻α≈0.004/。
C。
计算绕组损耗时，要考虑折算到相应的基准工作温度。
一般在75。
C。
考虑集肤效应，绕组交流电阻应为式中k1r为电枢绕组的集肤效应系数。
用圆导线双线并绕的定子电枢绕组，输入工频电流时电枢绕组铜损耗2 电枢铁损耗式中p t1d、p j1d可以根据磁密查系数和铁芯的损耗系数曲线计算得到；v t1、v j1定子齿部和铁芯共轭部的体积；k1和k2为考虑由于机械加工和磁场的分布不均匀等原因而引进的损耗系数，小型电机k1=2.5，k2=2.0。
3.杂散损耗杂散作用产生的辐射损耗主要原因是由于在电磁场的高次杂散作用谐波和电磁铁芯中的开槽谐波引起的高次杂散及该谐波在电磁铁芯中高次杂散作用产生的电磁能量辐射损耗，计算困难且不准确。
常用到的经验函数计算公式：4.机械损耗机械损耗p fw是风摩损耗。
小型永磁电机，参考感应电机的经验公式计算。
接着，我们看电磁转换。
1.给定功角θ2.已知U、E0、R1、X1、Xd、Xq直轴电流Id交轴电流I q3.计算功率因素4.确定气隙磁通5.输出功率和效率计算电磁功率和功角特性1.输入功率2.电磁功率只考虑主要损耗定子绕组的电阻r1较小，忽略其影响，电磁绕组的功率为3.电磁转矩将上式两端同除以机械转矩的夹角速度ω，得电磁转矩下面，我们研究影响电机性能的因素。
由上式可以看出：异步起动永磁牵入同步电机的功率和电磁转矩由上式第一项永磁转矩和上式第二项磁阻转矩两个组成部分共同构成，磁阻转矩的功率和大小直接影响电机永磁牵入起动的同步，由上式第二项可以很清楚地看出磁阻转矩的大小是由电机的交轴和直轴电抗之间的x q、x d的倒数差大小决定的。
永磁同步电动机与磁钢性能的关系
永磁同步电动机与磁钢性能的关系本文1996年9月23日收到设计分析永磁同步电动机与磁钢性能的关系邱克立(湖南大学长沙410082)The Rela tion sh ip between P M SynchronousM otor and Per manen tM agnetM a ter i a l functionQ iu K eli(H unan U n iversity ,Changsha 410082)【摘要】永磁电机性能的好坏,直接与所采用的永磁材料的性能参数有着密切的关系。
本文分析了永磁同步电动机与磁钢性能的关系,指出由于磁性能优异的永磁材料的采用,使电机的性能指标得到很大提高和改善,并获得了明显的经济效益。
接着阐明了永磁同步电动机设计中,应着重考虑的问题,最后,指出了永磁同步电动机的研究方向。
【关键词】永磁同步电动机磁钢性能钕铁硼【Abstract 】T he superi o rity and inferi o rity of P Mm ach ine is clo sely related w ith the functi on param eter of perm anen t m agnet m aterialw h ich is being u sed .T h is paper analysis the relati on sh i p betw een P M synch ronou s mo to r and perm anen t m agnet m aterial functi on ;it also indicates that becau se perm anen t m agnen t m aterial w ith superi o r m agnen t functi on are u sed ,the functi on param eter of mo 2to r can be greatly i m p roved ,thu s ach ieve obvi ou s econom ic p rofit .T hen th is paper exp lain s several aspects w h ich shou ld be con sidered in the P M synch ronou s mo to r design p rocess .F inally it po in ts ou t the research directi on of P M synch ronou s mo to r .【Keywords 】P M synch ronou s mo to r perm anen tm agnet m aterial functi on N d FeB1概述永磁同步电动机作为一种高效节能产品,在当今已成为人们的共识,并引起了世界各国的广泛关注。
不同工况下永磁同步风力发电机饱和同步电抗的计算与分析
空气大 ０ ０ ， ．９ 交轴磁力线是经气隙后经少部分磁
极 间的 铁心 而后 闭合 的 。 表 ４给 出 了计 算 所得 的 交轴 电抗 值 ， 表 ３ 与 的直 轴 电抗数 据对 比 ， 以看 出样机 的交 、 可 直轴 电 抗 值 相 差 ００ ３ ， 以 磁极 嵌入 转 子 表面 并 没 有 ．０ ５ 所 引起 交 、 直轴 电抗 值 的明显 变化 ， 以 当作 隐极 式 可 电机 来 分析和 计算 。
算过 程如 下 ： 在得 出某 一 工况磁 场 分布 的基 础 上 ，
表 ３给 出了样 机在 额定 工 况下 三相绕 组 的 电 抗计 算 值 。从 表 中可 以 看 出 ， 时 ｃ相 的 同步 电 此 抗 最 大 ， 相最 小 ， 差 ２ ５ Ａ 相 ．８倍 。这 是 由于 电机
饱和 时 ， 同步 电机 铁 心 内 的磁 阻 率 将 为 不 均 匀 分
保持 各单 元 磁 阻不 变 ， 施 加 直 轴 磁 势 ， 并 求解 后 ，
可 由式 （ ） ２ 计算 出 Ａ相绕 组 在 一个 相 带 内 的磁 链
大小 。
ｑ
：
布 。对 于 特定 的 负 载 工 况 ， 阻 率将 有特 定 的 分 磁 布 ， 此分 布将 随 着转子 的旋转 而 同步旋 转 ； 且 因此 从 定 子 Ａ、 Ｃ三 相端 点观 察 ， Ｂ、 每一 瞬 间 各相 的 同 步 电抗 将 有 不同 的值 。
力发 电系统中所 用的永磁 同步发电机 ， 额定 功率
为 ４ ０ ， 子 外径 为 １０ ｍ、 数 为 ３ ０Ｗ 定 ５ｒ 槽 ａ ３槽 ， 转子
外径 为 ９ ．ｍｍ、 数 为 １ ， ２２ 极 ０极 电机 的径 向剖面如
图 １所示 。
永磁磁通切换电机结构参数对电磁性能影响
12/10极永磁磁通切换电机结构参数对电磁性能影响研究朱德明1张富浩2（1南京电子技术研究所江苏省南京市2100392南京师范大学江苏省南京市210042）摘要针对三相12/10极永磁磁通切换电机，分析其工作原理并研究空载状态下电磁特性。
利用有限元分析软件Ansoft Maxwell，从变化电机的定子永磁体宽度、转子齿宽度及转子齿高度等角度，探索电机结构参数的改变对电机电磁特性的影响，助力电机优化设计。
关键词：永磁磁通切换电机有限元分析电磁特性中图分类号：Study on Influence of Structure Parameters on Electromagnetic Characteristics for 12/10 Flux-switching Permanent Magnet MotorZhu Deming Zhang Fuhao（1 Nanjing Research Institute of Electronics Technology, Nanjing Jiangsu 210039, China2 Nanjing Normal University, Nanjing 210016 China）ABSTRACT:The operating principle and electromagnetic characteristics under no-load condition of 12/10 pole flux-switching permanent magnet motor（FSPM）are studied using the finite element analysis software Ansoft Maxwell in this paper. By changing the stator permanent magnet width, the rotor tooth width and the rotor tooth height, the influence of structure parameters on the no-load electromagnetic characteristics of FSPM is explored, which is helpful to its optimal design.KEY WORDS: flux-switching permanent magnet motor, finite element analysis, electromagnetic characteristic1 引言传统的永磁电机，其永磁体安装在转子上，随着电机转子转动，永磁体会受到较高的离心力。
永磁同步电机毕业设计--永磁同步电动机的电磁设计与分析[管理资料]
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永磁同步电动机的电磁设计与分析摘要永磁同步电动机（PMSM）是一种新型电机，永磁同步电动机具有结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高等优点，和直流电机相比，它没有直流电机的换向器和电刷等缺点。
和异步电动机相比，它由于不需要无功励磁电流，因而具有效率高，功率因数高，转矩惯量大，定子电流和定子电阻损耗小等特点。
本文主要介绍永磁同步电动机（PMSM）的发展背景和前景、工作原理、发展趋势，以异步起动永磁同步电动机为例，详细介绍了永磁同步电动机的电磁设计，主要包括额定数据和技术要求，主要尺寸，永磁体计算，定转子冲片设计，绕组计算，磁路计算，参数计算，工作特性计算，起动性能计算，还列举了相应的算例。
还通过Ansoft软件的Rmxprt模块对永磁同步电动机了性能分析，得出了效率、功率、转矩的特性曲线，并且分别改变了电机的三个参数，得出这些参数对电机性能的影响。
又通过Ansoft软件Maxwell 2D的瞬态模块对电机进行了仿真，对电机进行了磁场分布计算，求出了电流、转矩曲线和电机的磁力线、磁通密度分布图。
关键词永磁同步电动机；电磁设计；性能分析The design of Permanent-MagnetSynchronous MotorAbstractPMSM (Permanent-Magnet Synchronous Motor) is a new type of motor, which has the advantages of simple structure, small volume, light 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 current, It has the advantages of high efficiency, high power factor, large moment of inertia, stator current and small stator resistance loss .The paper mainly introduces the PMSM's development background and foreground, working principle, development trend, taking asynchronous start permanent magnet synchronous motor as an example, it introduces in detail the electromagnetic design of PMSM, that mainly includes the rated data and technical requirements, main dimensions, permanent magnet calculation, rotor and stator punching, winding calculation, magnet circuit calculation, parameters calculation, performance calculation, calculation of starting performance , and also lists the revevant examples. We aslo can analyse the performance of PMSM through the Rmxprt module of Ansoft software and conclude that the characteristic curve of efficiency, power, torque. By changing two parameters of the motor, I get the optimal scheme of the motor. Through transient module of Ansoft software Maxwell 2D to simulate the motor parameters, the magnetic field distribution of the motor is calculated, I can be obtained the curves of the current and the torque, the distribution of magnetic line of force and the distribution of magnetic flux density.Keywords PMSM; Motor design; Performance analysis目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (4)课题背景 (4)永磁电机发展趋势 (5)本文研究主要内容 (6)第2章永磁同步电动机的原理 (7) (7)永磁材料的概念和性能 (7)钕铁硼永磁材料 (8) (9)转速和气隙磁场有关系数 (9)感应电动势和向量图 (10)交直轴电抗及电磁转矩 (12)小结 (13)第3章永磁同步电动机的电磁设计 (14)永磁同步电机本体设计 (14)永磁同步电动机的额定数据和主要性能指标 (14)定子冲片和气隙长度的确定以及定子绕组的设计 (15)转子铁心的设计 (16) (18)额定数据及主要尺寸 (18)永磁体及定转子冲片设计 (19)绕组计算 (23)磁路计算 (26)参数计算 (29)工作特性计算 (33)起动特性计算 (37)小结 (41)第4章永磁同步电动机的性能分析及磁场分析 (42)永磁同步电动机的性能分析 (42)永磁同步电动机性能曲线 (42)重要参数的变化对性能的影响 (44)永磁同步电动机的磁路分析 (46)永磁同步电动机的模型 (46)在Ansoft Maxwell 2D 中运行后的结果图 (47)小结 (52)结论 (53)致谢 (54)参考文献 (55)附录A (56)第1章绪论课题背景永磁同步电动机（PMSM）具有体积小、效率高、功率因数高、起动力矩大、力能指标好、温升低等特点。
电抗对永磁同步电动机牵入转矩的影响
• （2） 可知， 电抗参数中直轴 同步电抗X d和交轴同步电抗X q 的取值大小及二者的取值比 不同， 对PM SM 牵入同步性 能的影响是各不相同的。 下面
就二电抗对牵入同步性能的影 响分别进行讨论。在分析直轴 同步电抗X d 对牵入同步性能的
• 影响时，
• 保持交轴同步电抗X q 不变， 改变X d 时的临界牵入特性， 如图2， 当增大X d 时， PM SM 的牵入同步的能力下降。 由式 （2） 可知， 当X q 不变， 而X d 从大变小时， 电磁转矩T 增大， 故牵入同步能力提高。
• 为牵入同步的过程中电磁转矩的幅 值T m 随转差率S变化的情况， 可 见T m 不仅是S的函数， 而且随X d 的不同而改变。 对于一定的X q ， 减小X d ， 不仅有利于PM SM 牵 入同步性能的提高，
• 而且在稳态时可以提高PM SM 的 过载能力。• 2 Fra bibliotek抗对牵入同步的影响
• 2. 1 电枢反应
• 按同步电机的双轴反应理论， 电枢电流可分为直轴分量和交 轴分量， 并用线性参数直轴电
• 枢反应电抗X ad 和交轴电枢反 应电抗X aq 来表征电枢电流各 分量的作用。 实践证明， 直轴 电枢反应与电机结构、 磁路饱 和以及漏磁等情况有关
• 交轴电枢反应与电机转子结构 有很大的关系。 计及定子漏抗，
电动机保护器 整理编辑 by 巧克力味的菠萝蜜
电抗参数是影响永磁同步电 动机牵入同步转矩的主要因素 之一， 文章就交、 直轴同步电 抗对牵入同步性能的影响进行 了分析， 并针对牵入同步转矩 给出二电抗的取值比范围， 为 此类电机的设计提供了参考。
永磁同步电动机电枢反应电抗计算
而 电抗是 电机 的重 要 电 气参 数 ， 其 大 小将 影 响 到 电
本文以 １ ｋ Ｗ 表 贴 式永 磁 同步 电动机 和 １ １ ｋ Ｗ 内置式 永磁 同步 电动 机 为例 ， 采 用 磁路 解 析 法 和有
ｔ ｗｏ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ： ＰＭＳＭ ； ｓ ｕｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｍｏ ｕ ｎｔ ｅ ｄ； ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｉ ｅ ｒ ； ａ ｒ ｍａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｒ ｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ａ ｃ ｔ ａ ｎｃ ｅ； ｅ ｑ ｕｉ ｖ ａ ｌ ｅ ｎ ｔ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ； ｄ ｏ ｕ ｂｌ ｅ—
ｐ ｅ ｒ ｍａ ｎ ｅ ｎ ｔ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｍ ｏ ｔ ｏ ｒ ｓ （ Ｉ Ｐ ＭＳ Ｍ） ， ｔ ｗ ｏ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｆ ｏ ｒ ａ ｒ ｍ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｒ ｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ａ ｃ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｗ ｅ ｒ ｅ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ
ｒ ｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ； ｉ ｆ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ （ Ｆ Ｅ Ａ）
高凸极率永磁同步发电机电抗参数计算与测试
高凸极率永磁同步发电机电抗参数计算与测试李春艳【摘要】高凸极率永磁同步发电机能够降低电压调整率。
基于有限元仿真软件计算了该电机的电抗参数。
在介绍了直接负载法的测试原理及功角的测量方法的基础上，对该电机进行了电抗参数的测试。
实验测量结果与仿真计算结果吻合，验证了高凸极率的永磁发电机能够降低电压调整率及电抗参数的计算和测量方法的正确性。
【期刊名称】黑龙江大学工程学报【年(卷),期】2012(003)001【总页数】4【关键词】高永磁同步发电机；凸极率；电抗参数；直接负载法0 引言永磁同步发电机取消了容易出现故障的集电环和电刷，具有效率高，高功率／质量比，体积小，结构结实，可靠性好等优点[1]。
但是永磁电机制成以后，励磁便不能调节，当负载和功率因数变化时，电压调整率便会随着发生变化[2]。
通过在表面贴式永磁体结构的永磁同步发电机两个相邻的磁极间添加软磁材料[3－5]增加交轴电抗，同时尽可能保持直轴电抗不变。
电机运行时软磁材料的增磁作用减少电枢反应对电机的影响，从而减小了电压调整率。
高凸极率是该电机的显著特点，因此对其电抗参数的计算和测量尤为重要。
由于永磁电机中永磁体形状和布置多种多样，转子交轴和直轴磁路复杂，电抗参数值不仅与磁路饱和有关，还与直轴和交轴磁路间的交叉饱和有关，使得永磁同步电机的直轴和交轴电抗参数的测试方法与传统的电励磁的同步电机有很大的差别，不能沿用电励磁电机的试验方法。
笔者针对该永磁同步发电机用有限元方法计算了直轴和交轴电抗参数，并在香港理工大学电机工程系实验室用直接负载方法测量了考虑饱和的直交轴电抗参数。
1 高凸极率永磁同步发电机电抗参数计算高凸极率永磁同步发电机（High saliency permanent magnet synchronous generator（PMSG））的结构见图1，在两个相邻磁极间添加了4块软铁。
电机凸极率定义为交轴电抗与直轴电抗的比值，即Xq／Xd。
凸极率可由适当的设计气隙长度，永磁体的极弧和极间软铁宽度获得。
永磁同步电机电抗参数的测定
永磁同步电机电抗参数的测定永磁同步电机是一种高效的电动机，在工业、交通等领域得到广泛应用。
其中，电抗参数的测定对于电机的性能优化、控制等方面具有重要意义。
本文将详细介绍永磁同步电机电抗参数的测定方法与应用。
一、永磁同步电机电抗参数概述永磁同步电机是指通过磁场同步转子转速的电机。
其电抗参数是电机电路的基本参数之一，反映了电机对交流电的阻抗。
在电机运行中，电抗参数会对转矩、转速、效率等方面产生影响。
二、电抗参数的测量方法通常采用同步反演法、交流化直流法和轴承测试法等方法来测定永磁同步电机的电抗参数。
1.同步反演法同步反演法是一种基于转子定子同步原理的测量方法。
在该方法中，将永磁同步电机的绕组接入谐振电路，调节电路频率，使电流在电机电抗参数的作用下与电压同步，并测量出相位差。
通过反演计算，可以得到电机的电抗参数。
2.交流化直流法交流化直流法是一种基于电压与电流的比值得出电抗值的测量方法。
在该方法中，将永磁同步电机的绕组分别接入直流电源和交流电源，分别测量电流、电压，并计算出电阻值和电抗值。
3.轴承测试法轴承测试法是一种通过测量永磁同步电机的轴承电流得到电抗值的测量方法。
在电机运行过程中，因为转子与定子的相互作用，会产生轴承电流，通过测量轴承电流的幅值和相位，可以计算出电机的电抗参数。
三、电抗参数的应用与优化在永磁同步电机的应用过程中，通过测量电抗参数，可以优化电机的控制性能，提高电机的效率。
其中，电抗参数的改变会对电机的转速、转矩产生影响，因此在优化电机效率时，需要根据具体的应用场景进行选择。
例如，在电动汽车中，需要优化电机的效率和噪音，因此需要调整电抗参数以实现高效、低噪音的运行。
综上所述，永磁同步电机电抗参数的测定对于电机的优化、控制等方面具有重要意义。
通过合适的测量方法和参数优化，可以实现更高效、更稳定的永磁同步电机运行。
永磁同步电动机电抗参数的准确计算
永磁同步电动机电抗参数的准确计算
胡怡妍;郭振宏
【期刊名称】《中小型电机》
【年(卷),期】1999(026)002
【摘要】1.引言永磁同步电动机较之传统的电励磁电动机,以其具有体积小、重量轻、效率高而备受青睐,因而对永磁同步电动机设计计算的研究日益受到重视,而电
枢反应电抗Xad和Xaq参数的精确计算一直是困扰该类电机设计的一个难题,这两个电抗参数对永磁同步电动机的运行性能至关重要。
理论研究表明,Xad/Xaq比值的大小,对电机牵入同步过程中电机的牵入能力有很大影响。
若Xad、Xaq计算偏
差过大,则有可能产生理论计算电机可牵入同步,而实际上却不能,这方面曾有过教训。
因此,对这两个参数的准确计算是设计成功的关键。
【总页数】2页(P15-16)
【作者】胡怡妍;郭振宏
【作者单位】浙江省电力职工大学;沈阳工业大学
【正文语种】中文
【中图分类】TM351.02
【相关文献】
1.电动汽车用永磁同步电动机饱和电抗参数计算 [J], 梁艳萍;刘美华;陈晶;
2.永磁同步电动机电抗参数研究 [J], 张飞;唐任远;陈丽香;韩雪岩
3.永磁同步电动机瞬态电抗参数的计算与测试 [J], 张春红;孙昕;佟文明;唐任远
4.一种由试验结果求取永磁同步电动机电抗参数的方法 [J], 张永平
5.异步起动稀土永磁同步电机电抗参数准确计算 [J], 尚静;邹继明;孙立志
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永磁同步电动机电抗参数研究
永磁同步电动机电枢电感及弱磁运行特性的分析计算
图 3 气隙磁密曲线
图 4 气隙磁密谐波分析
由于永磁同步电动 机的气 隙为正 弦 波，则 每极
下的基波气隙磁通:
Φ10
=
2 π B1 0 τ1 l ef
( 7)
计算得 Φ10 = 0 ． 005 144 2 Wb，根据公 式 E0 =
机直轴去磁电流分量 i d ，减小交轴电流分量 i q ，来 维 持电机端电压 平 衡 。对 于 电 机 而 言，它 的 相 电 流 是 有限制的，所以增 加 直 轴 去 磁 电 流 不要 超 过 电枢 电 流的极限值，而直 轴 电 流 的 增 加 必 将导 致 交 轴电 流
的减小 。
26
收稿日期 :2013 － 01 － 30
D
2014 年第 42 卷第 12 期
e
signand
设 analy si s
计
分
析
由式( 4) 可以得到电机的机械角速度表达式:
B10 = 0 ． 89 T，如图 4 所示。
Ω=
us
( 5)
槡 p ( － L q i q ) 2 + ( L d i d + ψ f ) 2
当电机的端电压和 电流均 达到最 大 值，且 电流
Key word s: p erma nen t ma gne t syn ch ron ou s moto r( P MSM) ; no － load back EMF; dq a xi s inductance s; field weake -
ning contro l
0引 言
的永磁体提供励磁 的，且永 磁体产 生的励 磁无法 调 节，要实现电机 的弱磁运 行，只有通 过调节定子 电流
80 变频调速永磁同步电机电抗参数的研究
（８）
‘矿
图５空载反电势的计算波形与实测波形
图６体现了交叉饱和对参数的影响，带有·形标记
的嗌线为ｋ随厶的变化曲线，带有△形标记的曲线
为Ｌｄ随厶的变化曲线。由于有永磁体的存在，直轴磁 路不饱和，所以直轴参数基本不受交轴电流的影响，呈 水平直线分布。而交轴由于气隙较小，磁路较为饱和，
万方数据
４
变顿词选永磁同步电机电抗参数的研究
ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｅ Ｒｅａｃｔａｎｃｅ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｎｅｔ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｍｏｔｏｒｓ ｉｎ Ｖａｒｉａｂｌｅ］ｎｅｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｙｓｔｅｍ
删Ｃｈａ，１９—ｈｏｎ９１，ＹＡＯ Ｒｕｏ－ｐｉｎｇｌ，ＬＩＵ Ｔｍａｇ—ｖａｎ２
（１．Ｓｈａｎ曲ａｉ Ｊｉａｏ Ｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００３０，Ｃｈｉｎａ；
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图３永磁同步电动机相量图
—ＩＯＯ
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０．００４ ０．００６ 时问（８）
ｏ．蝴
ｏ．ｏｌ
３．３端部漏抗 和总电抗相比，小容量电机的端部漏抗占的比例
不大，其端部漏抗可采用传统的计算方法。对于双层 叠绕组：
知４“＝：——旦—盟—１— ｝旦——兰—一盟Ｌ，ｅ
２．Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ－Ｂ，ｗｅｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，Ｈａｒｂｉｎ １５００４０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｒｅａｅｔａｎｃｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｒｃ ｍ０６ｔ ｅｓｓｅｎｔｉａｌ ｔＯ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｍｏｔｏｒ．Ｗｈｅｎ ａ ｐｅｍｌａ．
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永磁同步电动机电抗值的计算及其对性能的影响刘仲恕1吴亚麟2林明耀3(1.福建工程学院电子信息与电气工程系,福建福州350014;2.福州职业技术学院技术工程系,福建福州350108;3.东南大学电气工程学院,南京210096)摘要:对永磁同步电动机稳态电抗值的3种计算方法进行了分析和比较,确认用“负载法”计算最为精确,结合样机实测数据,讨论了电抗值对永磁电动机性能的影响,提出了电抗参数设计的最佳值。
关键词:永磁;同步电动机;电抗值中图分类号:TM351文献标识码:A文章编号:1006-0170(2007)01-0028-04FUJIAN DIAN LI YU DIANG ONG第27卷第1期2007年3月IS S N 1006-0170CN 35-1174/TM1引言永磁同步电动机与普通的感应电动机相比,不需要无功励磁电流,在同步运行状态下转子电阻损耗为零;因此,它具有功率因数高和效率高的特点,通常可用以代替力能指标较低的感应电动机,其经济效益和社会效益十分显著。
近几年来,对永磁同步电动机设计计算的研究日益受到广泛重视,其中,永磁同步电动机的直轴与交轴电枢反应电抗X a d 、X a q 值的准确计算,一直是该类电机设计的核心问题。
由永磁同步电动机稳态分析模型可知,电磁转矩的大小取决于X a d 和X a q 数值;而在动态数学模型中,动态效率以及内功率因数角ψ的选取,也与这两个电抗值有关。
因此,异步启动永磁电动机设计与仿真过程中电抗值的准确计算,是决定该种电机性能的关键。
永磁同步电动机按转子永磁体在转子上的不同位置,其结构有表面式、内置式和爪极式3种,而按永磁体磁化方向与转子旋转方向的相互关系,内置式转子结构又可分为径向式、切向式和混合式3种。
本文将以笔者设计并试制成功的混合式永磁体结构的三相异步启动永磁同步电动机XTD180M -4为例展开讨论。
2永磁同步电动机电抗值的3种计算方法根据目前发表的永磁电机电抗参数计算方法的有关文献,总的来说,可以用以下3种方法计算电枢反应电抗X a d 和X aq 。
2.1等效磁路法样机XTD180M-4的典型混合式永磁体结构的转子冲片图如图1所示,对其电磁场进行数值计算发现:当电动机直轴电流I d 从0.005I N 增大到I N 时,其直轴电枢反应电抗X a d 从13Ω增至15Ω,而当交轴电流I q 从0.008I N 增大到I N 时,交轴电枢反应电抗X aq 从35Ω降至29.7Ω。
可见,在计算永磁同步电动机的交、直轴电抗时,可不考虑X a d 的非线性,但必须考虑交轴磁路的饱和对X aq 的影响。
根据电动机的相量图,可得到电动机直轴内电动势:E d =E 0±I d X a d (1)式(1)中,当电动机运行于去磁状态时取“-”号,当电动机运行于增磁状态时取“+”。
本样机额定负载时电枢反应为去磁作用,故其直轴电枢反应电抗为X =||I ()图1XTD180M-4永磁电动机的转子冲片图基金项目福建省教育厅科研基金资助项目(B 3)福建电力与电工:ad E 0-E d d2:J 021228--式(2)中E d 的基波电势有效值可由式(3)求得:E d =4.44fK dp N 1Φ1N(3)式中Φ1N———直轴电枢电流等于I d 时,永磁体提供的有效气隙基波磁通。
故直轴电枢反应电抗为:X a d =4.44fK dp N 1|Φ10-Φ1N |d(4)式中Φ10———空载气隙基波磁通。
直轴电枢同步电抗为:X d =X 1+X a d(5)式中X 1———定子每相漏电抗。
交轴磁路饱和时,X a q 需用双重迭代求解,即功率角迭代和电枢电流迭代,其步骤如下:(1)给定某一功率角θ′(U 与E 0的夹角);(2)假设交轴电流分量I ′q ,则交轴电枢磁动势F a q 为:F a q =1.35K dp NK ap I ′q(6)式中K a q ———交轴电枢磁动势折算系数。
(3)由F a q 求交轴气隙基波磁通Φaq 1,根据F a q 由预先算得的交轴Φa q1-E aq 曲线查取相应的Φaq 1;(4)由Φa q 1求出交轴电枢反应电动势E a q :E a q =4.44fK d p N Φa q1(7)(5)计算交轴同步电抗:X q =X 1+E a q I ′q=X 1+X a q(8)(6)计算交轴电流分量I q :I q =X d Usin θ-R 1(E 0-Ucos θ)12d q(9)(7)比较I ′q 和I q ,重复(2)～(6)步,反复进行迭代计算,直至I ′q 与I q 间的误差在容许范围内。
通过上述方法解得样机的交、直轴电枢反应电抗分别为:34.2Ω和17.56Ω,分别加上定子漏电抗X 1(1.08Ω)后,得到交、直轴同步电抗分别为:35.28Ω和18.64Ω,额定负载电流为32.28A ,功率因数为0.972,效率为90.88%,与试验结果相比误差较大,相对误差为6.8%。
这是由于以下两个原因造成的:一是采用等效磁路计算本身带来的,二是计算X a d 和X a q 时没有考虑d 、q 轴磁场“共磁路”所引起的X ad 和X aq 的变化。
事实上,d 、q 轴磁通在定、转子铁心中都有一部分磁路是公共的,因而d 、q 轴磁场之间的相互影响比较严重。
2.2不考虑交、直轴耦合作用的电磁场计算方法这种方法的具体步骤是:采用静态电磁场有限元法,取主磁极位于交轴和直轴两种状态进行计算,且计算在一相绕组通以不同电流时,负载场的每极磁通值与空载场的每极磁通值,再根据式(4)和(5),就可求出直轴同步电抗和交轴同步电抗。
由于这种计算方法只考虑交直轴负载磁场的非线性问题而没有考虑交、直轴共磁路的问题,所以计算结果同样不够精确。
因为主电枢在总电流一定的情况下,若直轴电流较小,则交轴电流较大,此时交轴电流的饱和将加剧与其共磁路的直轴磁路的饱和程度。
因而,在直轴电枢电流较小时,不考虑交、直轴共磁路耦合作用,而采取独立磁路的电磁场有限元计算,结果偏差仍然较大。
限于文章篇幅,对此种方法本文不详细展开讨论。
下面,重点讨论考虑交、直轴磁路耦合作用的“负载法”。
2.3考虑交直轴磁路耦合作用的负载法上述两种方法在计算电机同步电抗值时,都没有考虑d 、q 轴磁场“共磁路”所引起的变化,而实际电机在负载运行时,交、直轴磁路是相互影响的。
准确的计算应考虑交、直轴磁场的作用,这种方法的本质还是通过对电枢电流I 1和内功率因数角ψ的双重迭代,计算出电机实际负载状态磁场。
在电机实际负载饱和状态求取X a d 和X aq ,这样就可以同时考虑了d 、q 轴磁路的相互影响,故称之为“负载法”。
根据有关参考文献,在采用“负载法”时,可采用修正软磁性材料相对磁导率μr 的办法来计算交、直轴耦合作用给电抗值带来的影响。
这种计算电抗参数的方法是在确定一定电流及内部功率因数角的前提下,通过静态磁场分析计算其交、直轴电感而得到。
与上述两种方法相比,从整体框图上看,也是遵循双重迭代法,只是将其磁路计算部分换作交、直轴耦合磁路的有限元计算方法。
其过程可分为以下步骤:①应用修正μr 的二维有限元计算,考虑交、直轴磁路耦合情况下定子三相绕组的自感及互感;②将一相绕组的自感与互感转换为交、直轴电感;③将交、直轴电感乘以相应的系数得到交、直轴电枢反应电抗。
这种方法首先计算在所有磁势作用下的软磁材料内部所有分节点处的μr 值,并保存该值,再计算某一相单独作用下的自感系数及互感系数。
这时,计算磁场采用的相对磁导率是上一次计算的保存值,这样,虽然得出的是一相绕组的自感系数或互感系数,但已考虑了三相磁势同时作用及永磁体励磁磁势对磁路饱和的影响,更接近于实际电机的工作情况,计算结果也更为精确。
采用这种方法计算永磁同步电动机电抗值的关键在于自感系数和互感系数的准确计算。
对于样机而言,定子每相绕组产生的脉振磁势经过气隙,产生的磁通值与所经磁路的磁阻成29--正比,即与转子的位置有关。
因而,定子绕组的电感系数将发生周期性的变化,定子三相绕组自感系数的一般表达式为:L a a =L a a0+L a a 2co s2θ(10)L b b =L bb 0+L b ba 2cos2(θ-23π)(11)L c c =L c c0+L c ca 2cos2(θ+23π)(12)式中θ———转子交轴与定子A 相绕组轴线夹角;L a a0、L bb0、L c c0———自感系数的平均值;L a a 2、L b b2、L c c 2———自感系数交变部分的幅值。
同理,互感系数可表示为:M bc =M cb =-M 0+M 2co s2θ(13)M ca =M a c =-M 0+M 2cos2(θ-23π)(14)M ab =M ba =-M 0+M 2co s2(θ+23π)(15)式中M 0———互感系数的平均值;M 2———互感系数交变部分的幅值。
引入d 、q 变换后,交、直轴电抗变化值可由式(16)、(17)计算:X d =2πfL N 2(L a a 0+M 0-23L aa 2)(16)X q =2πfL N 2(L a a 0+M 0+23L aa 2)(17)式中L ———电机轴向长度;N ———定子匝数。
这种计算方法的原理框图如图2。
用此方法计算额定负载状态下的电抗参数为:X ad =13.81Ω,X a q =32.8Ω,分别加上定子漏电抗X 1(1.08Ω),得到交轴同步电抗为14.89Ω,直轴同步电抗为33.88Ω,额定负载电流为31.54A ,功率因数为0.941,效率为94.81%,与试验结果相比误差小于2%,较为精确。
3X ad 、X aq 对永磁同步电动机性能的影响3.1X ad 、X aq 对效率的影响根据样机进行仿真计算,得出图3和图4的效率随X aq /X ad 值的变化曲线。
图中曲线显示,稳态效率不随X a q /X a d 值的变化而变化,而动态平均效率随X aq /X ad 值发生变化。
且在保持X aq 不变时,X a d 减小,X aq /X ad 值增大,动态效率增大;在保持X ad 不变时,X aq 减小,X a q /X a d 值减小,而动态效率增大。
综合图3、图4可知,动态平均效率随着X ad 、X a q 的减小而增大,且受X q 的影响比X 大。
3X 、X q 对功率因数的影响根据样机进行仿真计算,得出图5和图6功率因数随X a q /X ad 值的变化曲线。
由图可见,稳态功率因数随X a q /X a d 值的变化很小。
当X a q /X ad 值为2.0～2.5时,动态功率因数达到最大值。
由上述试验结果可知,交、直轴电抗X a d 、X a q 的图2用修正的负载法计算X ad 和X aq 的流程图图3效率随X q X 的变化曲线—动态平均效率曲线;—稳态效率曲线3a d .2a d a a /ad 120--图4效率随X ad /X aq 的变化曲线减小有利于动态平均效率的提高,而且当X a q /X a d 的值为2.0～2.5时,动态功率因数达到最大值。