永磁同步电机计算

永磁同步电机设计1电机仿真模型

N S

N S

N S

N S

（a）原型电机（b）新型电机

图1 PM-Y2-180-4电机整体有限元仿真模型

图2 新型电机转子1/4模型

2静态有限元仿真结果比较

2.1永磁磁场分布

当永磁体单独作用时，两种电机的磁力线分布如图3所示。

（a）原型电机（b）新型电机

图3 两种电机永磁磁场分布

2.2 永磁气隙磁密波形

当永磁体单独作用时，两种电机一个周期范围（即一对永磁体范围）的永磁气隙磁密波形如图4所示。

（a ）原型电机

（b ）新型电机

50100

150200250300

-1.25

-1-0.75-0.5-0.2500.250.50.7511.25Distance/mm

B r /T

原型电机新型电机

（c ）两种电机比较

图4 两种电机永磁气隙磁密分布

3 空载稳态有限元仿真结果比较 3.1 空载永磁磁链、空载永磁反电势波形

空载情况下，两种电机的三相绕组电流均设置为零，电机中磁场由永磁体单独产生。设置电机稳态运行转速为n =3000r/min ，可得到两种电机的空载永磁磁链、空载永磁反电势波形分别如图5、图6所示。由于三相绕组对称，在此仅给出A 相绕组仿真结果。

48

121620

-0.6-0.4-0.200.20.4

0.6

时间/ms

空载永磁磁链/W b

原型电机

新型电机

图5 两种电机空载永磁磁链

48

121620

-400

-300-200-1000100200

300400时间/ms

空载反电势/V

原型电机新型电机

图6 两种电机空载永磁反电势

3.2 空载永磁磁链、空载永磁反电势谐波分析

利用Matlab 对图5、图6的波形进行傅里叶分析，可得到两种电机磁链及反电势的各次谐波分量，如图7所示。

23456789101112131415

1

2

3

4

谐波次数

相对于基波分量百分比/%

原型电机

新型电机

23456789101112131415

24681012

谐波次数

相对于基波分量百分比/%

原型电机新型电机

（a ）空载永磁磁链 （b ）空载永磁反电势

图7 磁链及反电势谐波分量分析

通过对两种电机的空载永磁磁链和空载永磁反电势进行谐波分析，得到以下结论：（1）3次谐波分量是主要谐波分量；（2）偶次谐波分量几乎为零，奇次谐波分量相对较大；（3）采用新型电机结构可在一定程度上削弱3次谐波分量，但同时会引起5、7次谐波分量增加，总体削弱谐波效果并不明显。

4 负载稳态有限元仿真结果比较 4.1 电枢绕组通入三相对称电压

两种电机具有相同的参数如下：电阻R =0.0410947Ω，电感L =5.87143⨯10-5H ，额定转速n =3000r/min 。给电枢绕组通入三相对称电压：

A B C 310.269sin(20035.3581/180)

310.269sin(20035.3581/1802/3)310.269sin(20035.3581/1802/3)u t u t u t ππππππππ=+=+-=++ （1） 并进行有限元仿真，得到两种电机的绕组电流及转矩波形，分别如图8、图9所示。

（a ）原型电机

（b ）新型电机

图8 两种电机绕组电流波形

255075

100125150175200

-100

0100200300400

500600

Time/ms

T o r q u e /N m

原型电机

新型电机

图9 两种电机电磁转矩波形

4.2 电枢绕组通入三相对称电流

由图8、图9可见，经过足够长的时间，绕组电流和转矩将趋于稳定，即电流有效值、转矩平均值不再发生变化，此时，转矩在一个周期范围内的平均值大小仅取决于绕组电流有效值大小。因此，为了保证电机稳定运行时的额定平均转矩为117N ⋅m ，可直接给电枢绕组通入三相对称电流，

A B C 2sin(200)

2sin(2002/3)2sin(2002/3)

i I t i I t i I t πππππ==-=+ （2） 并将电流有效值I 调整到适当大小。图10、图11分别给出了一个周期内A 相绕组电流波形及转矩脉动波形。其中，原型电机的电流有效值为60.7A ，新型电机的电流有效值为55.0A ，且两种电机的平均转矩均为117N ⋅m 。

12345678910

-100

-75-50-25025

5075100时间/ms

电流/A

原型电机新型电机

图10 两种电机A 相绕组电流波形

12345678910

8090100110120130

140150时间/ms

转矩/N m

原型电机

新型电机

图11 两种电机转矩脉动波形