《永磁同步电动机》PPT课件

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1、基于ANSYS的永磁同步电动机设计系统报告人：杨振华导师：胡虔生周建华单位：东南大学电气工程学院主要内容一、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

2、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

3、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。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

4、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。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2.1PMSM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

5、作保护层。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，成本低，转动惯量小特点：凸极，磁阻转矩，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。第二章P

6、MSM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2.2PMSM的稳态性能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：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。第二章PMSM的基本理论和设计特点功角特性稀土

7、永磁同步电动机的，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

8、效率，从而得到电动机稳态运行性能（P、、和等）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、