电机新设计第四章
永磁同步电机的设计与控制
永磁同步电机的设计与控制
第一章：绪论
永磁同步电机是一种新型的高效率、高功率密度的电机，已经
在电动汽车、风力发电机、工业自动化等领域得到了广泛的应用。本文将详细介绍永磁同步电机的设计和控制方法。
第二章：永磁同步电机的结构及原理
永磁同步电机分为表面永磁式和内置永磁式两种结构，本文主
要介绍表面永磁式永磁同步电机。
表面永磁式永磁同步电机由定子、转子和永磁体三个部分组成。其中，定子装有三个相位的绕组，电流流经绕组时产生旋转磁场。转子则由带有永磁体的铁芯构成，永磁体的磁场与定子旋转磁场
形成磁矩，从而产生转矩。
第三章：永磁同步电机的设计
永磁同步电机的设计包括选型、计算和仿真三个方面。选型时
需要根据具体的应用场景，选择合适的功率、转速等参数。计算
方面需要根据电机的结构参数，如磁极数、绕组匝数等，计算电
机的性能参数，如转子电感、定子电阻等。仿真则是通过电机仿
真软件进行的，可以进行电机性能模拟、相位电流控制仿真等。
第四章：永磁同步电机的控制
永磁同步电机的控制包括电压源控制和电流源控制两种方式。电压源控制是通过控制电机的电网侧电压，控制电机的转速和转矩，需要控制电机的反电动势。电流源控制则是通过控制电机的电机侧电流，控制电机的转速和转矩。电流源控制不需要控制反电动势，可以提高电机的控制精度。
第五章：永磁同步电机的应用
永磁同步电机在电动汽车、风力发电机、工业自动化等领域得到了广泛应用。在电动汽车中，永磁同步电机具有高效率、高功率密度、质量轻等优点。在风力发电机中，永磁同步电机可以通过尽可能地提高风力机的利用率，提高风力发电机的发电效率。在工业自动化中，永磁同步电机可以被应用于各种机械传动系统中，提高传动效率，降低能耗。
新型永磁电机的设计、分析与应用研究
新型永磁电机的设计、分析与应用研究
一、概述
随着全球能源危机和环境保护压力的不断增大，高效、节能、环保的电机技术成为了当前研究的热点。永磁电机作为一种新型的电机技术，具有高效率、高功率密度、低噪音、低维护等优点，被广泛应用于电动汽车、风力发电、工业自动化等领域。对新型永磁电机的研究具有重要意义。
新型永磁电机的研究涉及到电机设计、分析、优化以及应用等多个方面。在电机设计方面，需要考虑电机的结构、绕组、永磁体等因素，以实现电机的最佳性能。在电机分析方面，需要建立电机的数学模型，对电机的性能进行预测和评估。在电机优化方面，需要采用先进的优化算法，对电机的结构参数进行优化，以提高电机的效率和可靠性。在应用方面，需要研究永磁电机在不同领域的应用特点和技术难点，以推动永磁电机的广泛应用。
本文旨在对新型永磁电机的设计、分析与应用进行深入的研究和探讨。介绍了永磁电机的基本原理和分类，为后续研究打下基础。详细阐述了永磁电机的设计方法，包括电机的结构设计、绕组设计、永磁体设计等。建立了永磁电机的数学模型，对电机的性能进行了预测
和评估。接着，采用先进的优化算法，对电机的结构参数进行了优化，以提高电机的效率和可靠性。结合实际应用案例，分析了永磁电机在不同领域的应用特点和技术难点，为永磁电机的应用提供了有益的参考。
通过本文的研究，可以为新型永磁电机的设计、分析与应用提供理论支持和技术指导，推动永磁电机技术的进一步发展和应用。
1. 永磁电机的发展历程与现状
永磁电机，作为一种重要的电机类型，其发展历程与现状反映了电机技术的持续进步与革新。早在20世纪初，永磁电机就已经开始被研究和应用，但受限于当时永磁材料的性能，其应用范围和效率相对较低。随着稀土永磁材料的出现和发展，尤其是钕铁硼等高性能永磁材料的出现，永磁电机的性能得到了显著提升，应用领域也大幅扩展。
新型电动机设计实用技术手册
新型电动机设计实用技术手册
作者：蒋方山
出版社：3册opy
出版日期：2009年8月
开本：16开
册数：3册
光盘数：0
定价：798元
优惠价：368元
进入20世纪，书籍已成为传播知识、科学技术和保存文化的主要工具。随着科学技术日新月异地发展，传播知识信息手段，除了书籍、报刊外，其他工具也逐渐产生和发展起来。但书籍的作用，是其他传播工具或手段所不能代替的。在当代, 无论是中国，还是其他国家，书籍仍然是促进社会政治、经济、文化发展必不可少的重要传播工具。
详细介绍：
新型电动机设计实用技术手三册
第一章多速异步电动机设计
第一节概述
第二节单绕组多速异步电动机的变极原理
第三节用安导调制法设计反向变极绕组
第四节用“槽号相位图法”设计反向变极绕组
第五节用“槽号相位图法”设计换相变极绕组
第六节单绕组三速电动机变极绕组设计
第七节双绕组四速电动机变极绕组设计
第八节变极绕组磁动势的谐波分析
第九节单绕组双速异步电动机的设计特点
第二章锥形异步电动机设计
第一节概述
第二节锥形异步电动机的类型和使用特点
第三节额定数据和要求
第四节设计分析与计算
第五节电磁设计要点
第六节锥形算步电动机电磁计算程序和算例
第七节双速锥形异步电动机的设计
第三章潜水异步电动机设计
第一节潜水电动机的类型
第二节潜水异步电动机的结构
第三节井用潜水三相异步电动机设计计算
第四节通用潜水电动机设计计算
第五节矿用隔爆型潜水电动机设计计算
第六节潜水单相异步电动机设计
新型电动机设计实用技术手
第四章实心转子与复合转子异步电动机设计
第一节概述
第二节实心转子异步电动机的等效电路
永磁电机设计计算手册
永磁电机设计计算手册
第一章永磁电机基础知识概述
1.1 永磁电机的发展历史
永磁电机是利用永磁材料产生永磁场，通过与电流的相互作用产生转矩从而实现动力传递
的一种电动机。永磁电机的历史可以追溯到 19 世纪初，当时英国科学家 Faraday 通过实
验最早发现磁场与导体之间的相互作用。随后，人们利用永磁材料和电流相互作用的原理，逐渐发展出了永磁电机的原型，并不断进行改进，使其性能不断提升。20 世纪以来，随
着先进材料和技术的不断发展，永磁电机在各个领域都得到了广泛应用，并成为电动机领
域的重要一员。
1.2 永磁电机的分类
永磁电机可以根据永磁材料的不同以及结构形式的不同进行分类。按照永磁材料的不同，
永磁电机可以分为硬磁永磁电机和软磁永磁电机两大类。硬磁永磁电机采用永磁材料为NdFeB 等硬磁材料，具有较高的磁场强度和稳定性；而软磁永磁电机采用永磁材料为SmCo 等软磁材料，具有较高的抗腐蚀性和较低的磁场强度。按照结构形式的不同，永磁
电机可以分为平内磁式、平外磁式、内转子外定子式等多种形式。
1.3 永磁电机的工作原理
永磁电机的工作原理主要是通过永磁材料产生的永磁场与电流之间的相互作用，产生电磁
转矩，从而实现动力传递。永磁电机一般由定子、转子、永磁体、绕组等部件组成。当给
定子绕组通电产生磁场时，永磁体的永磁场与定子绕组的磁场相互作用，产生电磁转矩，
从而驱动转子运动。
1.4 永磁电机的优点
与传统的电磁电机相比，永磁电机具有体积小、重量轻、效率高、响应快、寿命长等诸多
优点。首先，永磁电机采用永磁材料产生永磁场，无需外部电流激励，因此没有电励磁损耗，效率更高。其次，永磁电机由于采用永磁材料，所以具有较小的体积和重量，适合于
电机设计实例
第四章、永磁直流电动机的参数设计计算
4.1 额定数据
1．额定功率
2．额定电压
3．额定转速
4．额定电流
5．动转矩倍数
4.2主要尺寸及尺寸选择计算
永磁直流电动机的主要尺寸是指电枢直径和电枢计算长度，除了可根据用户实际使用中安装尺寸要求或参考类似规格电机的尺寸确定外，它可根据给定的额定数据来选择。
6．额定效率
7．计算功率
8．感应电动势初算值
9．极对数P=1
10．永磁材料类型铁氧体Y30BH
11．预计工作温度 t=600℃
12．永磁体剩磁密度其中=-0.20%K-1 , IL=0 , =0.4T
13．计算矫顽力20=240KA/m
工作温度式矫顽力=220.8 KA/m
14．永磁体相对恢复磁导率
15. 最高工作温度下退磁曲线的拐点16．电枢铁心材
料DR510-50
17．电荷预估值
18．气隙磁密预估值
19．计算极弧系数
电机长径比λ的选择对电机的性能、重量、成本有很大影响。在永磁直流电动机设计中，一般取λ＝0.6~1.5。
20．长径比预估值λ=1.28125
21．电枢直径取
22. 电枢长度取23. 极
距τ=5.03cm
24．气隙长度δ=0.5mm
25. 永磁体磁极结构瓦片形
电机气隙径向磁场沿圆周方向的分布是不均匀的。极弧系数可以定义为其隙平均磁通密度与最大磁通密度的比值。
26. 极弧系数
27. 磁瓦圆心角
28．磁体厚度
29．永磁体轴向长度
30．电枢计算长度
31．永磁体内径
32．永磁体外径
33．电枢圆周速度
34．机座材料钢板
4.3电枢冲片及电枢绕组计算
一般根据电枢直径的大小选取槽枢，对于小功率永磁直流电动机，其槽数一般为三至十几槽，但亦有二十多槽的。槽数的选取一般从以下几方面考虑：
电机电机设计第2版——高等学校教材陈世坤主编
I
2 B
RR
I
2 R
RR
RR
( IR IB
)2 RR
4.1 绕组电阻的计算
二、感应电机 2、感应电机转子绕组每相电阻 （2）鼠笼绕组
ⅰ）端环电阻 → 导条
如何求 I R 的关系：每相邻导条电流之间相位差等于槽距电角 2p
IB
相邻两段端环的电流相位差也等于
Z2
IB
∴导条电流等于相邻两端环电流之差（∵ 很小）
2 p2 AR
)
ⅲ）转子电阻折合到定子边
RB
w
lB AB
RR
w
DR
Z2 AR
R2
KR2
4m1 ( N1K dp1 )2 Z
2
R2
4m1 ( N1K dp1 ) 2 Z
2
w
(
lB AB
Z 2 DR
2 p2 AR
)
同步电机与异步机定子绕组计算方法一样。
4.2 绕组电抗的一般计算方法
在分析交流电机的运行原理时，常用等效电路来计算其运行性能。 等效电路中除包含有上述的电阻参数外，还有电抗参数。
4.3 主电抗计算
二、异步电机励磁电抗的计算方法
1、假设： （1）电枢槽部导体中电流集中在槽中心线上；
（2）铁磁物质磁导率 ；
（3）槽开口的影响以气隙系数计及。
电机设计第4部分.
4.2 永磁同步发电机设计
永磁同步发电机设计的主要问题:永磁材料的选择、永磁体尺 寸、转子结构尺寸、定子绕组和定子冲片的确定、磁路计算、 电压调整率和短路计算。
4.3 异步起动永磁同步电动机设计
4.3.1异步起动永磁同步电动机设计的主要问题 永磁同步电动机由永磁（体）提供磁场，没有了电励磁同步电 动机中的电刷及励磁电源。 1、异步起动永磁同步电动机的结构 异步起动永磁同步电动机由定子和转子组成。 1）定子结构 永磁同步电动机的定子结构和感应电机的相同。
4.1 小型三相同步发电机设计
小型凸极同步电机的励磁绕组一般采用漆包圆线或漆包扁导线。 7、阻尼绕组的设计 现代中大型发电机一般设有阻尼绕组。发电机装置阻尼绕组， 不仅使发电机运行稳定，也可以减少发电机在短路或跳闸时的 电枢过电压及励磁绕组的过电压。 凸极发电机的阻尼绕组是装在极靴的表面。阻尼绕组由伸出 极靴铁心槽的阻尼条与两端的端环焊接组成。 小型隐极发电机由于转子磁极铁心采用整块合金钢锻成，合 金钢具有阻尼效果，故小型隐极发电机不再装置阻尼绕组。中 大型隐极发电机装置阻尼绕组，阻尼条装置在转子铁心安置励 磁绕组的开设槽的槽楔下，端环装在中心环里。
4.1 小型三相同步发电机设计
一般 max
min 1.2 1.3 ；对于30kW以下的发电机，为了制造
方便，采用均匀气隙。 隐极结构，采用均匀气隙。
电机第四章《电机设计(第2版)——高等学校教材》陈世坤 主编
Rc K F R
K F 电阻增加系数( K F 1) R 电流电阻
4.1 绕组电阻的计算
一、直流电机
N a lc Ra w Ac (2a ) 2
N a 导体总数 lc 线圈或元件平均半匝长 Ac 导体截面积 2a 并联支路数
B
A
B
N 2lef
N E 1 1 2 lef 4K Nm Kdp fN 2 D lef NDlef 2p A 大，说明绕组匝数多；
B
成正比
B 小，
小，感应一定电势所需匝数多。
因此在设计电机时，电磁负荷的比值应当选择恰当，以避免得出不
合理的或不符合技术要求的与主电抗有关的某些参数。
第四章 参数计算
绕组电阻的计算 绕组电抗的一般计算方法 主电抗计算 漏电抗计算 漏抗标幺值 集肤效应对电机参数的影响 饱和对电机参数的影响 斜槽漏抗计算
第四章 参数计算
直流电阻
电阻 交流电阻 主电抗 电抗 漏电抗 异步机：励磁电抗 同步机：电枢反应电抗
参数
槽漏抗
谐波漏抗 端部漏抗 齿顶漏抗
2、直、交轴电枢反应电抗的标么值
X
ad
*
X U
ad I N
(第5讲)电机设计 第四章 参数计算-LF
m1
2I
4 f 0
m NK
dp1
2
p
l ef
ef
• 结论：在频率、相数与极数一定的条件下，主电抗主
要与电枢有效长度lef 、每相匝数N、基波绕组系数以
及极距与气隙之比有关。
• 或：
X m 4f 0 N
2
pq
lef m
• 其中： m
m
2
K
2 dp1
q
df
4m1 N 1 K dp1 Z2
2
2
• 其中m2=Z2，N2=1/2，Kdp2=1
中原工学院信息商务学院
电机设计 第四章
第四章
参数计算
§ 4-1 绕组电阻的计算 § 4-2 绕组电抗的一般计算方法
§ 4-3 主电抗计算
§ 4-4 漏电抗计算 § 4-5 漏抗标幺值 § 4-6 集肤效应对电机参数的影响 § 4-7 饱和对电机参数的影响
铸铝
硬紫铜杆 黄铜 磷青铜 含有铝铁 锰的青铜
0.035
0.0224 0.07 0.14 0.185
• *式中ρ 表示电阻率，与温度、材料有关。
电机中常用的金属材料的电阻率（15℃）见表4-1 • 按规定，电机的各种损耗的测定要换算到
相应绝缘等级的基准工作温度，一般为75℃，
(第6 讲后)电机设计 第四章 参数计算-LF
（1）谐波漏抗
pν = νp nν = n1
ν
pν nν pn1 fν = = = f1 60 60
• 谐波漏抗对基波的磁势有一定程度的影 响 ， 二者相互作用。 故需要进行讨论分 二者相互作用 。 析。
•计算时假定： 计算时假定： 计算时假定
•1）气隙均匀且较小； 1 气隙均匀且较小； •2）多槽线圈边中的电流集中在槽中心线上； 2 多槽线圈边中的电流集中在槽中心线上； •3）铁磁物质磁导μ→∞，忽略铁中磁压降； μ→∞， 3 铁磁物质磁导μ→∞ 忽略铁中磁压降； •4）忽略各次谐波磁场在对方绕组中所感应电流对本 4 身的削弱作用。 身的削弱作用。
每相总谐波漏抗： 每相总谐波漏抗：
Kdpν τ mN N2 Xδ = 4πfµ0 2 lef ∑ ν = 4πfµ0 pq lef λδ π p δef
2 2
4-75
λδ =
π δef
2
m qτ
∑s
Kdpν ∑s = ν
2
上式是谐波漏抗的一般表达式， 上式是谐波漏抗的一般表达式，它适用于感应电机 和隐极同步电机的定子绕组和绕线式感应电机的转 子绕组。 子绕组。
•交流电机的气隙磁场与基波旋转磁场对应的电抗是主 交流电机的气隙磁场与基波旋转磁场对应的电抗是主 电抗，而各次谐波对应的电抗属于漏电抗（称为谐波漏 电抗，而各次谐波对应的电抗属于漏电抗（称为谐波漏 因为这些旋转磁场不能产生有用的电磁转矩。 抗）。因为这些旋转磁场不能产生有用的电磁转矩。 •另外， 它等于气隙总磁场与基波磁场的差值 ， 因此谐 另外， 另外 它等于气隙总磁场与基波磁场的差值， 波漏抗也称差别漏抗 差别漏抗。 波漏抗也称差别漏抗。
(第6讲)电机设计 第四章 参数计算-LF
A 与 B 成正比 A 1 * X q B 1 与 有关 q
修正：
主电抗的标幺值：
0 2 A K dp1 A X Km B 1 ef B 1
* m
1）设计值与预计算相差不大时，可改变q、∑λ。 2）相差较大时，可改变A、Bδ1,甚至D、lef。
41绕组电阻的计算42绕组电抗的一般计算方法43主电抗计算44漏电抗计算46集肤效应对电机参数的影响47饱和对电机参数的影响48斜槽漏抗计算漏电抗的计算和主电抗的计算步骤类似均采用磁链法
电机设计
第4章 参数计算
§ 4-1 绕组电阻的计算 § 4-2 绕组电抗的一般计算方法
§ 4-3 主电抗计算
§ 4-4 漏电抗计算
m
m
2
K dp1
q
ef
考虑饱和时：
X ms
Xm ks
F0 F Ft1 Ft 2 ks 1饱和系数 F F
§4-8 斜槽漏抗计算 ------专指笼型异步电机
1、斜槽漏抗
在异步电机中，为了削弱由齿谐波磁场引起的 附加转矩及噪声，一般笼型转子常采用斜槽。 斜槽：即把转子槽相对定子槽沿轴向扭斜一个 角度。
§ 4-5 漏抗标幺值
§ 4-6 集肤效应对电机参数的影响
§ 4-7 饱和对电机参数的影响
§ 4-8 斜槽漏抗计算
电动机的研发设计分析
摘要
世界上大多数国家对于电动机消耗大约70%的电能总量感到十分苦恼。到我们开始起动电动机时如若不采取任何措施，则会在刚起动的极短的时间内，生成极大的的电流，其电流的大小将会比额定的电流大很多,这并不是一种好的情况，它会消耗很多电能。同样的这种情况下，将会影响系统的正常工作，更严重时，将会产生更严重的后果，甚至影响其它系统的工作，不采取任何措施的启动方式还会产生极大的转矩，这种极大的转矩产生的冲击力会产生极大的危害，无论是对电机，还是对电机所关联的设备都会造成很大的危害与影响。这是世界各国所不愿意看到的
同样的不采用任何措施就将电机起动，导致很多能量的损失。因此，起动电机时使用一定的手段，会减少很多能量的浪费，同样的用这种手段也会减少起动机产生的极大的转矩，减少冲击，这样也就会对其它系统进行保护并对安全性进行一定的提高，是非常重要的步骤。所以，起动电动机使用一定的手段是必须的。
本设计考虑到的软起动技术是具有极高现实意义的,因此对交流电动机软起动系统进行了深入研究。并且通过分析和比较，我们确定了以晶闸管组串联结构构成主电路,以磁环变压器驱动二级晶闸管，借此来实现隔离和同步触发，以AT89S52型号的单片机为主控芯片，这样我们就实现了对系统的控制，并设计了静态和动态均压之路。其次我们也对其它具有检测功能及电等辅助电路进行了具体详细的构建
最后，以MA TLA B这一仿真工具作为平台,通过全面对所设计的整体的系统进行分析，得到仿真的总体结构的设计框图，并应用所需要的仿真模块，然后逐步搭建出所需要的整体结构，在整体结构中，还进行了所需的包括触发部分的子系统的完成，运用仿真手段，获得了没有采取任何手段的方式下对电机起动以及在软起动状态下测得的能反映电机运行状态的数据进行对比，得到了通过软起动的手段起动电机，将会大大改善其性能，减小其对系统的危害的结论。
变频器调速电动机的设计说明
变频调速电机的设计
摘要
在这个经济快速发展的社会，随着电力电子技术、计算机技术和自动控制技术的发展，交流调速代替DC调速已经成为现代电气传动的主要发展方向，这使得交流变频调速系统广泛应用于工业电机传动领域。许多国外企业会在生产中应用变频技术。此外，由于PLC功能强大、使用方便、可靠性高，常被用作数据采集和设备控制。
工作中发现身边很多设备都应用了变频技术，在接触中感受到了变频技术的重要性。通过调节电机的速度来达到节能增产的效果，在未来必然更加重要。
变频器和可编程控制器以其优越的调速、启停性能、高效率、高功率因数和显著的节电效果，广泛应用于大中型交流电动机，被公认为最有前途的调速控制。
关键词:电气传动，变频技术，调速
目录
第一章导言..........................................................一
1.1交流变频调速发展历史综述........................................一
1.2逆变器的结构和功能........................................一
1.3....................................二、逆变器的关键技术。
第二章变频器调速...................................................四
2.1变频调速原理.................................................四
新能源汽车电机设计及优化
新能源汽车电机设计及优化
第一章介绍
新能源汽车是指以电力为驱动力的车辆，它主要是以电机作为
动力源，电池作为能量贮存装置。近年来，随着环保理念的日益
普及，新能源汽车逐渐成为了汽车行业的热门话题之一。电机是
新能源汽车的核心零部件之一，其性能的好坏直接影响整车的性能。因此，优化新能源汽车电机性能已经成为了汽车厂商和研究
机构的重要研究内容之一。
第二章电机设计
电机种类较多，但在新能源汽车中，主要采用的是三种电机类型：永磁同步电机（PMSM）、异步电机和开关磁阻电机。其中
永磁同步电机因其高效、扭矩密度大、体积小等特点，成为了新
能源汽车的主流电机类型。在永磁同步电机设计中，需要考虑到
以下几个关键因素：电机功率、电压、铁芯尺寸、磁极数等。不
同的参数组合会导致不同的电机性能，因此在设计时需要综合考
虑多个参数，以达到最优的电机性能。
第三章电机优化
在电机设计完成后，还需要通过优化来进一步提升其性能指标。电机的优化通常包括磁场优化、电磁噪声优化、电磁振动分析、
优化控制策略等方面。其中，磁场优化是电机优化的重点之一，
其目的是通过改变电机的磁场分布，以进一步提高电机效率和输出功率。同时，电磁噪声和电磁振动也是电机优化的关键因素之一。电磁噪声可以采用改变电机结构或使用降噪材料等方式进行优化，而电磁振动则需要通过控制电机振动模态来实现优化。
第四章电机控制
除了电机设计和优化之外，电机控制也是影响电机性能的重要因素之一。电机的控制系统通常由电机控制器和电机驱动器两部分组成，通过对电机控制器中的控制算法进行优化，可以实现对电机转速和扭矩的精准控制。同时，电机驱动器的设计也需要综合考虑电压和电流等参数，以提供稳定的功率输出，确保电机的正常运行。因此，在电机控制方面，需要综合考虑功率、效率、响应速度和控制精度等方面的因素。
《电机设计》课件之三
h1 h0 a 3bs bs
h3 h0 h1 h2 , b 3bs bs
h1 h0 采用积分的办法可以推 导出: ab 2bs bs 1 总的比漏磁导: s (a b 2ab ) 4 1 h1 h0 h3 h0 h1 h2 h1 2h0 ( ) , 一般有h1 h3 4 3bs bs 3bs bs bs bs
（二）双层整距绕组的槽漏抗 仍以矩形开口槽为例，槽中有两层线圈边，如图所示：
求槽漏抗的基本思想 是分别求出上层、下层 线圈边的自感及互感， 然后相加得出总自感。 假设上、下层串联导线 数为Ns/2，则： N 上层边自感La ( s ) 2 0lef a 2 Ns 2 下层边自感Lb ( ) 0lef a 2 Ns 2 上下层边互感M ab ( ) 0lef ba 2 由于是整距绕组，所以上下层线圈边属于同一相，其电流也 属同一相，不存在时间上的相位差，故每槽漏感：
电机的电气参数
励磁绕组电阻Rf、励磁绕组电感Lf； 一、直流电机： 电枢绕组电阻Ra、电枢绕组电感La； 励磁绕组电阻Rf、励磁绕组电感Lf； 二、同步电机参数： 电枢绕组电阻Ra、直轴电枢反应电抗xd 交轴电枢反应电抗xq、电枢漏抗x1δ 转子绕组电阻R2、转子漏抗x2δ
三、异步电机：
定子绕组电阻R1、定子励磁电抗xm 定子漏抗x1δ
第四章 简单电机回路设计
4.2 准备知识
4.2.3 黑盒 黑盒由图形元素构成，代表物理上存在设备。 通常用黑盒描述标准符号库中没有的符号。 电气设计过程中，会遇到很多工作场景需要用黑盒处理。
4.2 准备知识 4.2.3 黑盒 1.黑盒的制作
本节以国赛设备变频器G120为例，G120变频器功率模块供货编号 6SL3224-0BE15-5UA0，其接线图如图4-13所示。
4.2 准备知识
4.2.2 属性（元件） 3.属性（元件）：符号数据/功能数据标签 （1）多线：将相应的功能定义为多线，在多线原理图中使用。 （2）总览：将相应的功能定义为“总览功能”，在总览图上用于显示设 备总览。 （3）成对关联参考：将相应的功能定义为成对关联参考。成对关联参考 元件指向其在原理图中接线的多线配对物，反之亦然。通过现有的成对关 联参考元件可以改变主要/辅助功能的关联参考属性。 （4）单线：将相应的功能定义为单线，在单线原理图中使用。
4.2 准备知识
4.2.2 属性（元件） 3.属性（元件）：符号数据/功能数据标签 （5）管道及仪表流程图：用于描述放置在一个管道及仪表流程图中的功 能，如工艺流程中的容器。 （6）外部：如果选用此设置，相应的元件在报表、错误检查和构成关联 参考时均不参与直接生成报表，但被作为目标被评估。
4.2 准备知识
4.2.1 符号 3.符号变量
4.2 准备知识
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
电机新设计第四章
补充：永磁电机结构拓扑
选择永磁电机结构拓扑考虑的因素 用途、性能、成本
1、有利于充分发挥永久磁铁的特性。 2、考虑永磁铁对电枢反应去磁作用的抵抗能力。 3、考虑对感应电势波形的影响。 4、考虑转子加工、装配的工艺性和发展。 5、考虑漏磁的大小。 6、考虑阻尼效果。 7、考虑转子表面脉振损耗的大小。
标的乘积BmHm代表单位 体积永磁铁磁能的两倍，
a
B r 称为磁能积。
去磁曲线上不同点的磁
a B＝ f (H ) a
B m 能积BmHm大小不同，我 们把其中乘积最大的称
H H CJ
H CB
Hm
O
图 4－ 5 具 有 直 线 型 去 磁 曲 线 的 永 久 磁 铁工作点
为永久磁铁的最大磁能 积（BmHm）max，简写 为（BH）m。
电机新设计第四章
4.2永久磁铁的基本特性
硬磁：磁滞回线宽 较高的剩余磁感应强度Br 较高的矫顽磁场强度 Hc 较大的磁能积 BmHm
内禀磁化强度J是定向结集的微观电流所产生的等效 磁场强度。
将因磁畴定向结集而在铁磁物质内部产生的磁感应BJ
表示为： BJ 0J
B B 0 B J 电机 新设计0 第H 四章 0 J 0 ( H J )
特点：
剩余磁感应强度高 矫顽磁场强度高 最大磁能积高 价格高、机械性能较差
钕铁硼永磁材料 更高磁能积、价廉
（NdFeB）
热稳定性较差
电机新设计第四章
电机新设计第四章
电机新设计第四章
电机新设计第四章
4、如何选择永磁材料
在选择永磁电机用永磁材料时，主要应考虑下列 几点：
能产生较大的气隙磁场； 磁场的稳定性，其中包括本身磁场的稳定（例
电机新设计第四章
PMSM最重要的电磁参数：
永磁磁链（通过气隙） 交轴、直轴电感
转子永磁体（性能、体积、位置参数）决定空载磁 场大小，对应空载电势E0； 直轴电枢反应电感Lad、交轴电枢反应电感Laq、 绕组漏感Lσ； 直轴电感Ld=Lad+Lσ 、交轴电感Lq=Laq+Lσ
电机新设计第四章
PMSM永磁电机方程
电机新设计第四章
2、永磁铁工作点
工作线 a
回复直线
a
A
a
工作线
B
Br
tg
Bm Hm
0
Im
D
Bm a’点为不稳定 工作点 a为工作点
H
HCJ
H CB
Hm
O
图4－4 永久磁铁的工作点
回复直线的斜 率tgβ称回复磁 导率或可逆磁 导率μr
电机新设计第四章
3、磁能积
B J＝ f (H )
B 去磁曲线上每一点纵坐
对永磁电机不需要设计计算励磁绕组，但要计 算和确定磁铁的体积、尺寸和工作点。
永磁同步发电机的参数校核和计算必需借助磁 铁工作图进行，所以应先作出磁铁工作图，然 后依据磁铁工作图进行参数的校核和计算。
永磁电机特性的计算及其变化规律与电励磁电 机比较也有不少特点和区别。
在一些设计参数的选择上永磁同步发电机也有 它的特点，往往与所选用的永磁材料的性能有 关。
4.1稀土永磁同步电机转子结构特点
3 1 6
SN 7
绕组
铁芯
δ SN
径向磁化结构 切向磁化结构 轴向磁化结构 磁铁在永磁电机中的作用 第一，代替电励磁绕组作为磁势源。 第二，作为磁路的一部分，较大磁阻。
电机新设计第四章
电磁设计方面与电励磁电机设计的主要差别:
首先要根据技术要求选择合适的永磁转子结构 和永磁材料。
is 32(iAiB2iC)
us
Rsis
Ls
dis dt
d dt
(f
ejr
)
Ls是电感矩阵，各相的自感与互感构成
气隙均匀， Ls为常数，气隙不均匀， Ls与转子位置有关
3/2变换，去耦合互感
旋转定向，双反应理论，电感恒值
概述
永久磁铁励磁 特点:损耗小、效率高、结构简单、可靠性高
电机Baidu Nhomakorabea设计第四章
1120kW
２００６年１０月，包头市汇全 稀土实业（集团）有限公司、内 蒙古科技大学和包头市爱 能控制 工程有限公司共同组成产学研联 合体，对兆瓦级大型并网风力发 电机组项目展开攻关，并成功研 制出世界第一台兆瓦级双电枢混 电合机新励设磁计第风四章力发电机组。
最大磁能积代表该永磁
(BH)m
1 4
Br
Hc
铁单位体积所可能提供 的最大磁能，所以是永
久磁铁的重要参数之一。
电机新设计第四章
4、可逆温度系数和居里温度
温度每升高一度磁感应可逆变化的百分数称磁 感应温度系数或剩磁感应温度系数
Br
Brt0Brt1 100% Brt0(t1t0)
B mB m (t0)[1B(t1t0)]
5、永磁材料本身磁性能的稳定
磁性能变化包括可逆的和不可逆的两部分。其中 可逆变化（如磁性能随温度的可逆变化）我们是无 能为力的。而产生的不可逆变化，这在电机工作的 过程中是不允许的，应在电机装配前尽力消除之。
电机新设计第四章
4.3永磁电机常用的永磁材料
1、铝镍钴系永磁材料
制造：材料、浇铸、强磁场 冷却定向结晶 特点： 剩余磁感应强度高 热稳定性好 机械强度好，便于机械加工
电机新设计第四章
永磁电机的应用发展现状
电机新设计第四章
电机新设计第四章
电机新设计第四章
电机新设计第四章
电机新设计第四章
电机新设计第四章
电机新设计第四章
电机新设计第四章
电机新设计第四章
电机新设计第四章
电机新设计第四章
电机新设计第四章
电机新设计第四章
电机新设计第四章
电机新设计第四章
型号： 最大磁能积（kJ/m3) 缺点：Hc小，去磁曲线非线 性，拆装很麻烦
电机新设计第四章
2、铁氧体永磁材料
制造：锶或钡与氧化铁的 粉末冶金 特点： 去磁曲线基本成线性 价廉 剩余磁感应强度小 矫顽磁场强度大 最大磁能积较小 机械强度差
电机新设计第四章
3、稀土永磁材料
制造：稀土元素和钴组成的金 属化合物，原料制粉后在磁场 中模压成型，再烧结而成
1、永磁铁的去磁曲线和内禀磁化曲线
BJ f (H )
B B0(J H) Br
B0 0H B f (H )
H
H CJ
H CB
H
图 4-3 永 久 磁 铁 的 特 性
BJ
几个特征点的参数： Br——剩磁感应强度。 HCB或简写为HC—— 磁感应矫顽力（或简 称矫顽力）。 HCJ——内禀矫顽力。 它表示欲使内禀磁感 应BJ将为零。