永磁同步电动机共47页文档

第二章 PMSM的基本理论和设计特点
表面式转子磁路结构又分为凸出式和插入式两 种。
凸出式
插入式
特点：隐极，结构简单， 特点：凸极，磁阻转矩，
成本低，转动惯量小
动态性能好，漏磁大，成
本高本低
第二章 PMSM的基本理论和设计特点
内置式 按永磁体磁化方向与转子旋转方向的相互关系，
内置式转子磁路结构又可以分为径向式、切向式和 混合式三种。 径向式：漏磁系数小，不需隔磁措施，极弧系数易 控制，转子强度高，永磁体不易变形。 切向式：漏磁系数大，需隔磁措施，每极磁通大， 极数多，磁阻转矩大。 混合式：结合径向式和切向式优点，结构和工艺复 杂，成本高。
而得到电动机稳态运行性能（P、 、cos 和I 1 等）与
输出功率P2之间的关系曲线，即电动机的工作特性 曲线。
第二章 PMSM的基本理论和设计特点
2.3 设计特点
永磁同步电动机电磁设计的主要任务是确定电
机主要尺寸、选择永磁体材料和转子磁路结构、估
算永磁体的尺寸、设计定转子的冲片和选择绕组数
据，然后利用有关的公式对初始设计方案进行性能
第二章 PMSM的基本理论和设计特点
下图是一种W型的混合式转子磁路结构，其永磁 体的径向部分和切向部分的磁化长度相等，也采用 了隔磁磁桥隔磁。在该结构中，转子可为安放永磁 体提供更多的空间，空载 漏磁系数也小，但制造工 艺更复杂，转子冲片的机 械强度也下降。
第二章 PMSM的基本理论和设计特点
2.2 PMSM的稳态性能
第一章 绪论
1.2 永磁同步电动机的发展及研究现状
发展： 1831年出现了世界上第一台永磁电机。 永磁同步电动机是随着永磁体材料的不断发展而 发展的。直到第三代稀土永磁材料的问世，永磁 电机得到了飞速发展。 研究现状： 国外：80年代、90年代出现了大量永磁同步电动
机理论和研究方法的文章。 国内：80年代起，以唐任远的《现代永磁电机理
主要内容
一、绪论 二、永磁同步电动机的基本理论和设计
特点 三、永磁同步电动机的有限元分析 四、永磁同步电机软件对ANSYS的封装 五、永磁同步电动机设计系统 六、样机的设计、制造与实验 七、总结与展望
第一章 绪论
1.1 课题背景及实际研究意义
我国电动机保有量大，消耗电能大，设备老化， 效率较低。 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。 永磁同步电动机磁路结构复杂，传统设计方法无 法满足高性能永磁同步电动机的发展需求。 现代计算机技术的发展使得电磁场的研究成为永 磁同步电动机的新方法。
第二章 PMSM的基本理论和设计特点
定转子槽数选择 定子槽数选择原则与感应电动机相同 ，转子槽数
通常被选定为电动机极数的整数倍。 转子设计
设计时应根据待设计电动机的具体性能指标按照 不同转子磁路结构的特点选，或者研究、开发新的 转子磁路结构。 永磁体设计
磁化方向长度hM：从成本和退磁考虑。 宽度bM：从空载漏磁系数和电动机磁负荷考虑。 绕组设计 可参考普通交流电动机的绕组设计，绕组匝数和 线规可根据电动机的电磁负荷、定子槽形尺寸和槽 满率的限制来确定。
本文设计了样机并进行了实验，验证了本设计 系统的准确性，同时也积累了工程设计经验。
第二章 PMSM的基本理论和设计特点
2.1 PMSM的结构特点
按照永磁体在转子上的位置不同，永磁同步电 动机的转子磁路结构一般可分为三种：表面式、 内置式和爪极式。 表面式
这种结构中，永磁体通常呈瓦片形，并位于转 子铁心的外表面上，永磁体提供磁通的方向为径 向，且永磁体外表面与定子铁心内圆之间一般仅 套以起保护作用的非磁性圆筒，或在永磁磁极表 面包以无纬玻璃丝带作保护层。
第二章 PMSM的基本理论和设计特点
功角特性 稀土永磁同步电动机的 Xq Xd ，其功角特性与电
磁式同步电动机有明显的差异，如下图所示。其凸 极效应转矩在0°~90°范围内呈现负值，最大功 角大于90°，额定功角相对较大，甚至会在原点附 近出现一个不可实现的“回环”。
稀土永磁
电磁式
第二章 PMSM的基本理论和设计特点
校核，调整电动机的某些设计参数，直至电动机的
电磁设计方案符合技术经济指标要求。
主要尺寸及气隙长度的选择
由电动机的功率和转速可选定电动机的
D
2 i1
L
e
f
，然
后凭经验选取一定的主要尺寸比 D i1 / 1 ，得出电动机
的主要尺寸 。
气隙长度参照相同规格或近似规格的感应电动机
的气隙长度，并加以适当的修改。
效率 与电磁式同步电动机相比，稀土永磁同步电动机
无励磁铜损耗；与异步电机相比，稀土永磁同步电 动机转子无铜损耗。 工作特性曲线
计算出电动机的E0、Xd、Xq和R1等参数后，给 定一系列不同的转矩角 ，便可求出相应的输入功 率、定子相电流和功率因数等，然后求出电动机的 损耗，便可得到电动机的输出功率P2和效率 ，从
第一章 绪论
1.4 本文的主要研究内容
本文采用场路结合法，借助于有限元计算软件 ANSYS和程序设计语言C++，编写了一套较完整的 永磁同步电动机设计分析软件系统。功能如下： 具有友好的人机界面和方便的数据库管理系统。 具有三种磁路结构的计算方案 建立了ANSYS和C++设计程序的接口，有效地实现 了场路结合法。 提供各种图形和表格供设计人员参考。
论和设计》和李钟明的《稀土永磁电机》 为代表。
第一章 绪论
目前来说，国内外对永磁同步电机的研究主要 在以下几个方面： 结构设计研究 优化设计 磁场分析计算和数值方法的研究 测试技术的研究 调速系统的研究
第一章 绪论
1.3 永磁同步电动机的设计方法
用于永磁同步电动机电磁性能分析的方法主要 有以下三种： 等效磁路法 简单快速，采用大量经验数据或曲线，设计周期 长，精确度不高。 电磁场数值计算法 精度高，占用计算机资源较多，时间较长。 场路结合法 结合了等效磁路法和电磁场数值计算法的优点。
相量图 根据永磁同步电动机的电路模型，当电动机稳定
运行于同步转速时，根据双反应理论可写出永磁同
步电动机的电压方程：
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右图为感性去磁作用下的相量图， 稀土永磁同步电动机的额定工作状 态一般都设计在此状态下。