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
00.250.7511.25Distance/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。

时间/ms
空载永磁磁链/W b
图5 两种电机空载永磁磁链
时间/ms
空载反电势/V
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。

谐波次数
相对于基波分量百分比/%
谐波次数
相对于基波分量百分比/%
（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
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 sin(200)
sin(2002/3)sin(2002/3)
i t i t 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 。

时间/ms
电流/A
图10 两种电机A 相绕组电流波形
时间/ms
转矩/N m
图11 两种电机转矩脉动波形。