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1、ANSOFT软件在电机设计中的应用(四)报告人:李春艳永磁同步电机(旋转电机)PMSM主要内容永磁同步电机直线电机(一)永磁同步电机1.工作原理永磁同步电机工作原理3.永磁同步电机稳态运行电势方程式3.永磁同步电机稳态运行电势相量图E0>U时空载或轻载的状态.需要永磁体多.驱动用电机在功率因数无特殊要求的情况下,额定点不设计在过励容性去磁状态.3.永磁同步电机稳态运行电势相量图E0
2、小.力能指标高.K=E0/U,k受Ke=Xq/Xd影响.一般Ke在(0.8~1.3)范围内,电机工作在C状态3.永磁同步电机稳态运行功角特性在忽略定子铜耗,并将铁耗,杂散损耗都计入电磁功率的前提下,得到功率和转矩的表达式:3.永磁同步电机稳态运行功角特性3.永磁同步电机稳态运行功角特性4.永磁同步电机电枢反应直交轴概念直交轴磁路4.永磁同步电机电枢反应永磁同步电机电枢反应折合系数Kad,Kaq4.永磁同步电机电枢反应永磁同步电机电枢反应折合系数Kad,Kaq4.永磁同步电机电枢反应电枢电抗计算6.永磁同步电机的设计(一)设计任务书6.永磁同步电机的设计按照永磁体放置方
3、式分:表面内置混合径向切向按照极数分:2极4极多极(二)转子结构形式6.电机设计__(二)转子结构形式表面式转子典型结构表面式转子磁路结构的制造工艺简单成本低,应用较为广泛,主要适宜于矩形波永磁同步电动机。但因转子表面无法安放起动绕组,无异步起动能力,不能应用于异步起动永磁同步电动机。永磁体放置方式分类径向6.电机设计__(二)转子结构形式内置式转子结构这类结构的永磁体位于转子内部,永磁体表面与定子铁心内圆之间有铁磁物质制成的极靴,极靴中可以放置铸铝笼或铜条笼,起阻尼或启动的作用,动﹑稳态性能好,广泛应用于要求有异步起动能力或动态性能高的永磁同步电动机。内置式转子内的
4、永磁体受到极靴的保护,其转子结构的不对称性所产生的磁阻转矩有助于提高电动机的过载能力和功率密度,而且易于弱磁扩速。切向永磁体放置方式分类6.电机设计__(二)转子结构形式混合式内置式转子结构永磁体放置方式分类6.电机设计__(二)转子结构形式2极电机极对数分类需紧圈.加工难度大.永磁体利用率低.永磁体利用率高,漏磁大6.电机设计__(二)转子结构形式2极电机极对数分类鼠笼条空间更灵活,永磁体放置量受限6.电机设计__(二)转子结构形式2极电机极对数分类加工成本下降,漏磁增加6.电机设计__(二)转子结构形式2极电机极对数分类永磁体结构简单,鼠笼放置灵活,冲片分割,工艺
5、复杂交轴隔磁槽减小Xq/Xd值,便于启动6.电机设计__(二)转子结构形式4极电机极对数分类聚磁作用.结构复杂,强度差电枢反应程度正反转不对称适合单方向运行隔磁槽减小漏磁,非整体结构增加工艺难度,结构强度差6.电机设计__(二)转子结构形式4极电机极对数分类有效利用空间聚磁作用.转轴隔磁或非磁性轴6.电机设计__(二)转子结构形式4极电机极对数分类空气隔磁,转子整体性,工频情况下强度满足要求6.电机设计__(二)转子结构形式4极电机极对数分类采用两种永磁体,降低成本.最简单的4极结构6.电机设计__(二)转子结构形式多极电机极对数分类漏磁小,鼠笼内侧削弱启动效果.一般
6、6极及6极以上多极PMSM一般采用这种结构.6.电机设计__(二)转子结构形式多极电机极对数分类一般6极及6极以上多极PMSM一般采用这种结构.6.电机设计(三)永磁体材料选择磁性能-高矫顽力和剩磁感应.6.电机设计(四)基本尺寸确定6.电机设计(五)定子冲片设计1定子冲片:可参照异步电机设计再做调整。2绕组设计:绕组形式,每槽导体数,线径,槽(六)转子冲片和永磁体设计在基本尺寸,结构形式和永磁体材料性能确定以后,转子冲片的设计就是合理利用有效空间安置鼠笼条(需要自启动),永磁体及磁路结构的问题。满率,核算电密,电负荷等。6.电机设计(六)转子冲片和永磁体设计所需永磁
7、体体积:6.电机设计转子永磁体确定考虑因素:1多极电机比2极电机方式方式灵活方便2工作点比(BH)max略高一点3结构影响,比如漏磁大的结构永磁体用量多4短粗的永磁同步电机节省永磁体5永磁体去磁问题等6.电机设计目的是保证磁路的合理设计.包括磁路参数计算,空载磁路和负载磁路三部分.磁化特性计算和漏磁计算等,如气隙磁势降,定子齿轭磁势降,转子齿轭磁势降,空载漏磁系数等.磁密分布是否合理,齿轭磁密,反电势波形,漏磁计算等.(七)磁路计算路算场算6.电机设计气隙磁密分布云图场算6.电机设计空载气隙齿磁密场算6.电机设计空载气隙磁密波形图场算6.电机设计负载