調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)的電磁設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)正文

1、第一章概述1.1永磁同步電機(jī)的發(fā)展前景近年來(lái),隨著永磁材料性能的不斷提高和完善,特別是釹鐵硼永磁的熱穩(wěn)定性和耐腐蝕性的改善和價(jià)格的逐步降低以及電力電子器件的進(jìn)一步發(fā)展,加上永磁電機(jī)研究開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)的逐步成熟,經(jīng)大力推廣和應(yīng)用已有研究成果,使永磁電機(jī)在國(guó)防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活等方面獲得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。正向大功率化(高轉(zhuǎn)速、高轉(zhuǎn)矩、高功能化和微型化方面發(fā)展。目前,稀土永磁電機(jī)的單臺(tái)容量已超過(guò)1000KW,最高轉(zhuǎn)速已超過(guò)300000r/min,最低轉(zhuǎn)速低于0.01r/min,最小電機(jī)的外徑只有0.8mm,長(zhǎng)1.2mm。永磁同步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、損耗小、效率高,和直流電機(jī)相比,它沒(méi)有直流

2、電機(jī)的換向器和電刷等缺點(diǎn)。和異步電動(dòng)機(jī)相比,它由于不需要無(wú)功勵(lì)磁電流,因而效率高,功率因數(shù)高,力矩慣量比大,定子電流和定子電阻損耗減小,且轉(zhuǎn)子參數(shù)可測(cè)、控制性能好;但它與異步電機(jī)相比,也有成本高、起動(dòng)困難等缺點(diǎn)。和普通同步電動(dòng)機(jī)相比,它省去了勵(lì)磁裝置,簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu),提高了效率。永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、高動(dòng)態(tài)性能、大范圍的調(diào)速或定位控制,因此永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的耗電量約占工業(yè)用電總量的三分之二左右, 2006年國(guó)際電工委員會(huì)IEC制定了IEC60034- 30電動(dòng)機(jī)新標(biāo)準(zhǔn), 其目的在于淘汰低效率電動(dòng)機(jī), 開(kāi)發(fā)與應(yīng)用高效率和超高效率

3、電動(dòng)機(jī), 美國(guó)在NEMA 高效電機(jī)的基礎(chǔ)上又制定了新NEMA 高效標(biāo)準(zhǔn), 把效率指標(biāo)再提高2% -3% , 在我國(guó)十一五!規(guī)劃的節(jié)能工程中涉及到更新和淘汰低效率電動(dòng)機(jī)及高耗電設(shè)備, 推廣高效節(jié)能電動(dòng)機(jī)、稀土永磁電動(dòng)機(jī)、高效傳動(dòng)系統(tǒng)等, 所以開(kāi)發(fā)高效節(jié)能稀土永磁電動(dòng)機(jī)具有實(shí)際工程應(yīng)用的意義。在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中采用調(diào)速措施可以提高節(jié)能效果, 例如直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速、交流電動(dòng)機(jī)變極調(diào)速或變頻調(diào)速, 還有采用機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)變速等, 但是機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)變速和變極調(diào)速屬于有級(jí)的調(diào)速方式, 直流電動(dòng)機(jī)雖然具有較好的調(diào)速性能, 但存在換向火花的缺點(diǎn), 限制了調(diào)速的容量和應(yīng)用環(huán)境, 而變頻調(diào)速是一種高效節(jié)能型的無(wú)級(jí)調(diào)速方

4、式。自從德國(guó)工程師 F. B laschke等人提出了矢量控制變換理論后, 解決了交流電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的有效控制, 近年來(lái), 隨著變流技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展, 實(shí)現(xiàn)了交流電動(dòng)機(jī)矢量控制的變頻調(diào)速, 交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速性能可以與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美, 稀土永磁電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速要比異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能效果高5% 以上, 因此, 稀土永磁調(diào)速同步電動(dòng)機(jī)在水泵、風(fēng)機(jī)、電梯設(shè)備和軌道交通系統(tǒng)等得到廣泛的應(yīng)用。“中東有石油,中國(guó)有稀土”。我國(guó)是盛產(chǎn)永磁材料的國(guó)家,特別是稀土永磁材料釹鐵硼資源在我國(guó)非常豐富,稀土礦的儲(chǔ)藏量為世界其他各國(guó)總和的4倍左右,號(hào)稱(chēng)“稀土王國(guó)”。稀土曾是讓國(guó)人倍感自豪的優(yōu)勢(shì)資源

5、,而今卻略顯尷尬。由于國(guó)際市場(chǎng)的壓價(jià)行為,以犧牲環(huán)境為代價(jià)開(kāi)采出來(lái)的稀土資源降到“白菜價(jià)”。盡管我國(guó)的稀土永磁材料和稀土永磁電機(jī)的科研水平都達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平,但是這些優(yōu)勢(shì)還沒(méi)有完全發(fā)揮出來(lái),因此,對(duì)我國(guó)來(lái)說(shuō),永磁同步電動(dòng)機(jī)的發(fā)展還任重而道遠(yuǎn),還有很大潛力可開(kāi)發(fā)。充分發(fā)揮我國(guó)稀土資源豐富的優(yōu)勢(shì),大力研究和推廣應(yīng)用以稀土永磁電機(jī)為代表的各種永磁電機(jī),對(duì)我國(guó)國(guó)防、工農(nóng)業(yè)、航空事業(yè)的發(fā)展及綜合實(shí)力的提升具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。1.2永磁同步電動(dòng)機(jī)的分類(lèi)永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁鋼的幾何形狀不同,使得轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)在空間的分布可分為正弦波和梯形波兩種。因此,當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí),在定子上產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)波形也有兩種

6、:一種為正弦波;另一種為梯形波。這樣就造成兩種同步電動(dòng)機(jī)在原理、模型及控制方法上有所不同,為了區(qū)別由它們組成的永磁同步電動(dòng)機(jī)交流調(diào)速系統(tǒng),習(xí)慣上又把正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)組成的調(diào)速系統(tǒng)稱(chēng)為正弦型永磁同步電動(dòng)機(jī)(PMSM調(diào)速系統(tǒng)或調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī);而由梯形波(方波永磁同步電動(dòng)機(jī)組成的調(diào)速系統(tǒng),在原理和控制方法上與直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)類(lèi)似,故稱(chēng)這種系統(tǒng)為無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)(BLDCM調(diào)速系統(tǒng)。永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)不同,則電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性、控制系統(tǒng)等也不同。根據(jù)永磁體在轉(zhuǎn)子上的位置的不同,永磁同步電動(dòng)機(jī)主要可分為:表面式和內(nèi)置式。在表面式永磁同步電動(dòng)機(jī)中,永磁體通常呈瓦片形,并位于轉(zhuǎn)子鐵心的外表面上,這

7、種電機(jī)的重要特點(diǎn)是直、交軸的主電感相等;而內(nèi)置式永磁同步電機(jī)的永磁體位于轉(zhuǎn)子內(nèi)部,永磁體外表面與定子鐵心內(nèi)圓之間有鐵磁物質(zhì)制成的極靴,可以保護(hù)永磁體。這種永磁同步電動(dòng)機(jī)的重要特點(diǎn)是直、交軸的主電感不相等。因此,這兩種電機(jī)的性能特點(diǎn)有所不同。采用正弦波的永磁同步電動(dòng)機(jī)可根據(jù)永磁體在轉(zhuǎn)子上放置的位置分為三種:一是永磁體埋在轉(zhuǎn)子內(nèi)的內(nèi)磁式永磁同步電動(dòng)機(jī);一是永磁體安放在轉(zhuǎn)子表面的外磁式永磁同步電動(dòng)機(jī);第三種是永磁體嵌入或部分嵌入的嵌入式永磁同步電動(dòng)機(jī)。本文主要介紹表貼式轉(zhuǎn)子的永磁同步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)。1.3調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)的研究現(xiàn)狀雖然無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)比調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)具有控制簡(jiǎn)單,成本低,檢測(cè)簡(jiǎn)單等

8、優(yōu)點(diǎn),但因?yàn)闊o(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)比較大,鐵心損耗也較大,所以在低速直接驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合的應(yīng)用中,調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)的性能比無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)及其它交流伺服電動(dòng)機(jī)優(yōu)越得多。不過(guò)在發(fā)展高性能調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)中也遇到幾個(gè)“ 瓶頸” 問(wèn)題有待于作更深入的研究和探索。存在的主要問(wèn)題如下:(1調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)在使用過(guò)程中出現(xiàn)“退磁”現(xiàn)象,而且在低速時(shí)也存在齒槽轉(zhuǎn)矩對(duì)其轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的影響。(2檢側(cè)誤差對(duì)控制器調(diào)節(jié)性能有影響,發(fā)展高精度的速度及位置檢側(cè)器件和實(shí)現(xiàn)無(wú)傳感器檢測(cè)的方法均可克服這種影響。(3以調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行元件構(gòu)成的永磁交流伺服系統(tǒng),由于調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)本身就是具有一定非線性、強(qiáng)藕合性和時(shí)變性

9、的“ 系統(tǒng)” ,同時(shí)其伺服對(duì)象也存在較強(qiáng)的不確定性和非線性,加之系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)易受到不同程度的干擾,因此采用先進(jìn)控制策略,先進(jìn)的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式如基于控制,以從整體上提高系統(tǒng)的“ 智能化、數(shù)字化” 水平,這應(yīng)是當(dāng)前發(fā)展高性能調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)的一個(gè)主要的“ 突破口”。1.4 永磁電機(jī)發(fā)展機(jī)遇(1 更高的綜合節(jié)能效果永磁同步電動(dòng)機(jī)由永磁體激磁,無(wú)需勵(lì)磁電流,故可顯著提高功率因數(shù)(可達(dá)1甚至容性;定子電流小,定子銅耗顯著減小;轉(zhuǎn)子無(wú)銅耗(三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組損耗約占總損耗的2030%,因而發(fā)熱低,可以取消風(fēng)扇或減小風(fēng)扇,從而無(wú)風(fēng)摩耗或減少風(fēng)摩耗,故永磁同步電動(dòng)機(jī)一般比同規(guī)格異步電動(dòng)機(jī)效率可提

10、高28%,并且在很寬的負(fù)載變動(dòng)范圍內(nèi)始終保持高的效率和功率因數(shù),尤其在輕載運(yùn)行時(shí)節(jié)能效果更顯著。(2 可滿足某些工業(yè)應(yīng)用需大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)的動(dòng)態(tài)需求常規(guī)異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)和最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)都有限,為達(dá)要求,需選擇更大容量的異步電動(dòng)機(jī),而到了正常運(yùn)行狀態(tài),異步電動(dòng)機(jī)則又處于輕載運(yùn)行狀態(tài),效率和功率因數(shù)均較低。例如為油田抽油機(jī)設(shè)計(jì)的具有異步起動(dòng)能力的永磁同步電動(dòng)機(jī),起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)可達(dá)3.6倍以上,效率可達(dá)94%,功率因數(shù)可達(dá)0.95,既滿足了負(fù)載動(dòng)態(tài)時(shí)大轉(zhuǎn)矩的要求,還具有很高的節(jié)能效果。(3 低速直接驅(qū)動(dòng)的需求為了提高控制精度、減小振動(dòng)噪聲、杜絕油霧帶來(lái)的不安全,也為了大轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)的需求,近

11、年來(lái)對(duì)低速電動(dòng)機(jī)的需求也不斷增長(zhǎng)。如用于電梯拖動(dòng)的永磁同步曳引機(jī),轉(zhuǎn)矩提高了十幾倍,取消了龐大的齒輪箱,通過(guò)曳引輪直接拖動(dòng)轎廂,明顯減小了振動(dòng)和噪聲。又如船用吊艙式電力推進(jìn)器,將低速大轉(zhuǎn)矩的永磁同步電動(dòng)機(jī)置于船艙外的吊艙,無(wú)需原來(lái)的傳動(dòng)系統(tǒng),直接驅(qū)動(dòng)螺旋槳,實(shí)現(xiàn)船舶的運(yùn)行和控制。這是船舶驅(qū)動(dòng)技術(shù)的又一發(fā)展,國(guó)外自上世紀(jì)九十年代已成功用于豪華郵輪、專(zhuān)用油輪等。西門(mén)子公司吊艙式推進(jìn)器中PMSM容量已達(dá)30000KW。(4 多極高功率因數(shù)的需求近年來(lái),永磁同步電動(dòng)機(jī)朝著多極化發(fā)展,多極電機(jī)可顯著減小定、轉(zhuǎn)子鐵心軛部高度,從而減小電機(jī)體積、減少鐵心用量。多極電機(jī)還顯著減小了定子端部長(zhǎng)度,減小定子銅耗、

12、從而減少發(fā)熱、提高了效率。如某安裝于轎廂和井壁間隙的永磁同步電動(dòng)機(jī),轉(zhuǎn)子采用60極結(jié)構(gòu),顯著縮短了定子線圈端部長(zhǎng)度,實(shí)現(xiàn)無(wú)機(jī)房電梯。若仍用異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),隨著極數(shù)增加,其功率因數(shù)明顯降低,在輕載和空載時(shí),功率因數(shù)將更低,因此在Y型系列電機(jī)中,10極電機(jī)已不多見(jiàn)。而該60極永磁同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)高達(dá)0.98,空載、輕載時(shí)甚至可達(dá)1,節(jié)能效果明顯。(5高功率密度的需求艦船、車(chē)輛受體積所限,要求電動(dòng)機(jī)要有高功率密度、高轉(zhuǎn)矩密度。永磁同步電動(dòng)機(jī)由于無(wú)需激磁繞組,空間結(jié)構(gòu)小,高性能的釹鐵硼永磁材料具有高剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度和高矯頑力,從而可提供很高的磁負(fù)荷B,使電機(jī)尺寸縮小。有些并聯(lián)供磁的電機(jī),B甚至可高達(dá)1

13、特斯拉以上。傳統(tǒng)電機(jī)的齒槽結(jié)構(gòu),約束著磁負(fù)荷和電負(fù)荷的關(guān)系,過(guò)高的磁負(fù)荷將減小放置繞組的空間,成為實(shí)現(xiàn)高功率密度的瓶頸。第二章永磁同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行與控制原理永磁同步電機(jī)其本身是一個(gè)自控式同步電機(jī),它有定子和轉(zhuǎn)子組成,有的帶位置傳感器,有的應(yīng)用場(chǎng)合因安裝的不便利及成本上的要求無(wú)法安裝位置傳感器。有的定子是線圈,轉(zhuǎn)子是永磁體,有的轉(zhuǎn)子是線圈,定子是永磁體。但無(wú)論哪種方式,電機(jī)本身是不能夠自己執(zhí)行旋轉(zhuǎn)控制的,它必須依賴(lài)電子換相裝置,這也是為什么這種電機(jī)需要變頻控制的原因。也可以這樣說(shuō),該種電機(jī)系統(tǒng)有電動(dòng)機(jī),逆變器組成(有的還帶位置傳感器。圖3.1給出了一個(gè)基本系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖。 圖3.1永磁同步電機(jī)結(jié)

14、構(gòu)原理圖2.1 永磁同步電動(dòng)機(jī)的基本組成2.1.1 電動(dòng)機(jī)同感應(yīng)電機(jī)和直流電機(jī)相似,永磁同步電動(dòng)機(jī)也是由轉(zhuǎn)子及定子兩大部件所構(gòu)成,三相交流繞組在定子上;永磁體在轉(zhuǎn)子上。關(guān)于電機(jī)的基礎(chǔ)理論知識(shí)部分可參考文獻(xiàn)。定子:定子通常也稱(chēng)作電樞,它由定子三相繞組、定子鐵芯、機(jī)座和端蓋等零部件所構(gòu)成。定子鐵芯是由沖壓后的硅鋼片緊密疊裝而成。見(jiàn)圖2.2。轉(zhuǎn)子:轉(zhuǎn)子有兩種型式的結(jié)構(gòu),依據(jù)定轉(zhuǎn)子之間的氣隙分布有隱極式和凸極式之分。見(jiàn)圖2.2a為凸極式,從圖可看出轉(zhuǎn)子有明顯的凸出磁極,且氣隙不均勻分布。2.2b為隱極式,轉(zhuǎn)子成圓柱形,均勻分布?xì)庀?。?duì)這兩種轉(zhuǎn)子需要采用不同的驅(qū)動(dòng)方式,在永磁電機(jī)運(yùn)行原理一節(jié)再詳細(xì)描述。

15、 圖 2.2 定子、轉(zhuǎn)子圖電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子使用永磁鐵勵(lì)磁,目前常見(jiàn)的有鐵氧體或稀土永磁材料。依據(jù)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng) 幾何形狀的異同,磁場(chǎng)在空間上分布有方波(或梯形波和正弦波兩種。因此反電動(dòng)勢(shì) 也有兩種,根據(jù)反電動(dòng)勢(shì)的不同分別采用 120度的直流方波控制或正弦波控制。2.1.2 轉(zhuǎn)子位置傳感器在永磁同步電機(jī)中,通常轉(zhuǎn)子位置傳感器與電機(jī)軸聯(lián)在一起,用來(lái)隨時(shí)測(cè)定轉(zhuǎn)子磁 極的位置, 為電子換向提供正確的信息。 也有例外像洗衣機(jī)用的 DD 電機(jī), 往往將 HALL 安裝到定子上,永磁體安裝的轉(zhuǎn)子上。定子轉(zhuǎn)子這里其實(shí)只是個(gè)相對(duì)的概念。目前, PMSM 系統(tǒng)的位置傳感器有很多種方式,像光電編碼式、磁敏式、和電磁式 等。也有

16、控制精度要求相對(duì)較高的場(chǎng)合,采用正弦或余弦旋轉(zhuǎn)變壓器等位置傳感器的, 但無(wú)論哪種測(cè)量方式本質(zhì)都是用來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)子位置信息,只是安裝的體積,方便程度,成 本及可靠性要求不同而已。通常在家電變頻器上,由于要求精度不高,安裝體積要小,結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單,成本要低 等,使得我們只能選擇霍爾元件,而且它對(duì)周?chē)h(huán)境的適應(yīng)性很強(qiáng),輸出信號(hào)的邊沿也 好。2.1.3 逆變器位置傳感器將轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)電平反饋給控制芯片, 控制芯片經(jīng)過(guò)電流采樣和數(shù)學(xué) 變換,并根據(jù)反饋的位置信息經(jīng)過(guò)閉環(huán)運(yùn)算,重新按新的 PWM 占空比輸出,來(lái)觸發(fā)功 率器件 (IGBT 或 MOSFET , 實(shí)際上逆變器是自控的, 由自身運(yùn)行來(lái)保證電機(jī)的轉(zhuǎn)速和

17、電流輸入頻率同步,并避免震蕩和失步的發(fā)生。2.2永磁同步電動(dòng)機(jī)的工作原理為方便理解我們先從 BLDC 電機(jī) 120度直流方波控制來(lái)講解電機(jī)的基本工作原 理,而 180度控制原理則是在 120度方波控制的基礎(chǔ)上加入正弦變化控制。換言之,針 對(duì)電機(jī)最優(yōu)的控制,要看電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)是方波還是正弦波。方波或梯形波的按直流控 制,正弦波的按正弦變化控制。無(wú)刷直流(BLDC 電機(jī)的基本旋轉(zhuǎn)需依靠轉(zhuǎn)子位置傳感器檢測(cè)的位置信息,然后 經(jīng)過(guò)電子換相電路來(lái)驅(qū)動(dòng)控制同電樞繞組相連接的各個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件的關(guān)斷或?qū)? 從 而起到控制繞組的通電狀態(tài),并在定子上產(chǎn)生一個(gè)連續(xù)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),以拖動(dòng)轉(zhuǎn)子跟著旋 轉(zhuǎn)。隨著轉(zhuǎn)子的不斷旋轉(zhuǎn)

18、,傳感器信號(hào)被不斷的反饋給芯片,主芯片據(jù)此來(lái)改變電樞繞 組的通電狀態(tài),使得在每磁極下的繞組中的電流方向相同。因此可以產(chǎn)生恒定轉(zhuǎn)矩,并 使 BLDC 電機(jī)連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)行起來(lái)。BLDC 電機(jī)三相繞組主回路有三相全控和三相半控兩種。其中三相半控電路簡(jiǎn)單, 一個(gè)功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)一相繞組,每個(gè)繞組只保持 1/3的通電時(shí)間,而另外 2/3的時(shí)間則保 持?jǐn)嚅_(kāi)狀態(tài),因此并沒(méi)有被充分利用起來(lái)。所以我們通常選擇采用三相全控電路,如圖 2.3所示。 圖 2.3 三相全控電路示意圖所謂的 120度變頻控制,其實(shí)是采取兩兩導(dǎo)通方式的控制策略。所謂兩兩導(dǎo)通方式 指每一時(shí)刻僅有兩個(gè)功率管導(dǎo)通, 每 1/6周期, 開(kāi)關(guān)管換相一次,

19、 而每次換相也即 PWM 調(diào)制一個(gè)功率管。下面給出一個(gè)典型的 IGBT 或 MOSFET 的連續(xù)通斷開(kāi)關(guān)順序 T1T2-T2T3-T3T4-T4T5-T5T6-T6T1-T1T2, 按此調(diào)制通斷即可產(chǎn)生連續(xù)的旋轉(zhuǎn)電樞磁勢(shì), 從而使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。見(jiàn)圖 2.4a 和 b 。注意這里對(duì) 120度變頻來(lái)講,每一步的 PWM 的占空 比是固定不變的,從而產(chǎn)生直流方波。這種控制方式的特點(diǎn),簡(jiǎn)單方便,容易掌握。而 180度變頻則不僅每 1/6周期的 PWM 占空比不同,而且每一個(gè) PWM 脈沖的占空比都 在調(diào)整中,并在每個(gè)電周期內(nèi)使電壓按照正弦規(guī)律變化,對(duì)矢量變頻來(lái)講使能電流或磁 通按照正弦規(guī)律周期變化控制?；?/p>

20、于續(xù)流二極管方法檢測(cè)的直流電機(jī)控制可參考文獻(xiàn), 以及基于三次諧波控制的直 流電機(jī)可參考相關(guān)文獻(xiàn)、文獻(xiàn)、文獻(xiàn)等。 a b圖 2.4 電機(jī)旋轉(zhuǎn)示意圖2.2.1電樞反應(yīng)空載時(shí),同步電機(jī)氣隙中僅有轉(zhuǎn)子磁勢(shì)存在。而帶負(fù)載后,除轉(zhuǎn)子磁勢(shì)之外,還有 定子三相電流產(chǎn)生的電樞磁動(dòng)勢(shì)。電樞磁動(dòng)勢(shì)的存在,會(huì)使氣隙中磁場(chǎng)的位置和大小發(fā) 生畸變,這種電樞磁勢(shì)影響主磁極磁場(chǎng)的現(xiàn)象我們稱(chēng)之為電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)除了能使氣隙磁場(chǎng)產(chǎn)生畸變之外,還會(huì)關(guān)系到機(jī)電能量轉(zhuǎn)換,還有增磁或 去磁作用,這對(duì)電機(jī)的運(yùn)行性能會(huì)產(chǎn)生很大的影響。該反應(yīng)的性質(zhì)取決于,主磁場(chǎng)與電 樞磁勢(shì)在空間上的相對(duì)位置,分析表明該位置與負(fù)載電流 Ia 和激磁電動(dòng)勢(shì) E

21、0之間的相 位差 有關(guān),下面將根據(jù)它們之間的相位關(guān)系分別進(jìn)行分析。2.2.1.1 a I 與 0E 同相位時(shí)的電樞反應(yīng)如圖 2.5a F 與 f F 矢量相加后為氣隙合成磁動(dòng)勢(shì),另外,習(xí)慣上用 d (直軸來(lái)表示轉(zhuǎn)子磁 極軸線,用 q (交軸來(lái)表示 N , S 極之間的中線。這樣因?yàn)榻惠S磁勢(shì)的存在,會(huì)使合 成磁勢(shì)軸線的位置發(fā)生位移,并且幅值也發(fā)生一定的變化。 圖 2.5 =0時(shí)的電樞反應(yīng)aI f 0=2.2.1.2 a I 滯后 0E 相位 90電角度(=90時(shí)的電樞反應(yīng)如圖 2.6顯然從圖中可看出電樞磁勢(shì)的方向與氣隙磁勢(shì)的方向相反,電樞反應(yīng)是去磁效果 的。圖 2.6 =90時(shí)的電樞反應(yīng)2.2.

22、1.3 a I 超前 0E 相位 90電角度(=-90時(shí)的電樞反應(yīng)如圖 2.7電樞磁動(dòng)勢(shì)。顯然可以看出這時(shí)電樞反應(yīng)是增磁作用的,也稱(chēng)之為直軸增磁 圖 2.7 =-90時(shí)的電樞反應(yīng)2.2.1.4 對(duì)于=任意角度時(shí)的電樞反應(yīng)此時(shí)要分清電流超前電動(dòng)勢(shì)還是滯后電動(dòng)勢(shì)。電流滯后電動(dòng)勢(shì) :0 90此時(shí)可利用迭加原理,將 a I 分解成兩個(gè)分量 q I .與 0E ,以及滯后于 0E 90電角度的分量 d I . 。 見(jiàn)圖 3.8a ,它們有如下數(shù)學(xué)關(guān)系:aF F faF fF F fab 圖 2.8 =任意角度時(shí)的電樞反應(yīng) q d a I I I . . . += (2-l=cos sin a q a d

23、 I I I I (2-2 q I 與 E0同相,起交磁作用, d I 與主磁勢(shì)相反起去磁作用。也可以這樣理解將電樞磁勢(shì) Fa 按 分解如下:=cos sin a aq a ad F F F F (2-3 電流超前電動(dòng)勢(shì):-90,例如像壓縮機(jī)類(lèi)電機(jī),也有少部分電機(jī)有q d L L ,例如日本質(zhì)譜公司生產(chǎn)的部分永磁同步直驅(qū)電機(jī)。在這類(lèi)情況下,為了充分的利用由于轉(zhuǎn)子不對(duì)稱(chēng)的磁路結(jié)構(gòu)所造成的磁阻轉(zhuǎn)矩,針對(duì)d q L L 的情況,應(yīng)該使電流直軸分量為負(fù)值,也就是去磁,而對(duì)于q d L L 的情況,就應(yīng)該使電流的直軸分量為正值,也就是增磁。關(guān)于如何才能產(chǎn)生最大的扭矩,這方面的公式求解參考第七章第4節(jié)最大

24、扭矩每安培(MTPA 控制策略的公式(7-l6和公式(7-l7。將d-q 坐標(biāo)系放在同步旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)上,把靜止坐標(biāo)系中的交流量轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的直流量,并使 d 軸與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)方向重合即可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制。如按功率不改變這一條件進(jìn)行約束,經(jīng)坐標(biāo)變換后,在dq 軸系統(tǒng)中的各個(gè)量,磁鏈、電壓、電流就等于三相軸系統(tǒng)(UVW 中第三章永磁同步電機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)及思路調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合極為廣泛,與其配套的傳動(dòng)系統(tǒng)與控制方式也不一樣,因而對(duì)其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能的要求大不相同,一般來(lái)說(shuō)對(duì)調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)的主要要求是:調(diào)速范圍寬,轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速平穩(wěn),動(dòng)態(tài)響應(yīng)快速準(zhǔn)確,單位電流轉(zhuǎn)矩大等。調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)的

25、設(shè)計(jì)是與相匹配的功率系統(tǒng)的有關(guān)性能密不可分的。設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)根據(jù)傳動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合和有關(guān)技術(shù)指標(biāo)要求,首先確電動(dòng)機(jī)的控制策略和逆變器的容量,然后根據(jù)電機(jī)設(shè)計(jì)的有關(guān)知識(shí)來(lái)設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)。下面以正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)為例分析研究調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。永磁同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)的主要特性是它的調(diào)速范圍和動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。調(diào)速范圍又分為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速區(qū)和恒功率調(diào)速區(qū)。而電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行過(guò)程可以用工作周期來(lái)表示,調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能常常以從靜止加速到額定轉(zhuǎn)速所需的加速時(shí)間t來(lái)表示。為了提供足夠的加速能力,一般情況下,最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩T的3倍左右。調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)的具體設(shè)計(jì)包括以下幾大部分:主要尺寸的選

26、擇及計(jì)算;轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)的選擇;永磁體的設(shè)計(jì)及計(jì)算;定、轉(zhuǎn)子沖片的設(shè)計(jì);繞組計(jì)算;磁路計(jì)算;參數(shù)計(jì)算;交軸磁化曲線計(jì)算;工作特性計(jì)算;定位力矩的抑制和低速平穩(wěn)性的改善;調(diào)高永磁同步電動(dòng)機(jī)弱磁括速能力的措施等等。這些在后面的具體設(shè)計(jì)中會(huì)詳細(xì)的提到。永磁同步電動(dòng)機(jī)得電磁設(shè)計(jì)基本方法和普通同步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)方法有很多相似之處,但也存在不同之處?；驹O(shè)計(jì)思路:由技術(shù)要求首先確定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和永磁材料性能,再由電磁負(fù)荷(A, B,確定主要尺寸(D il l ef其電磁設(shè)計(jì)計(jì)算流程如圖3-1所示。該方程思路清晰,參數(shù)確定和方案調(diào)整都很方便,對(duì)電機(jī)研發(fā)人員來(lái)說(shuō)非常習(xí)慣,但需要很多經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。圖3-1 調(diào)速永磁同步電動(dòng)

27、機(jī)電磁設(shè)計(jì)流程3.1 主要尺寸選擇永磁同步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)與其他交流動(dòng)電機(jī)設(shè)計(jì)一樣,通過(guò)電磁計(jì)算來(lái)確定電機(jī)的各個(gè)部分幾何尺寸,如電動(dòng)機(jī)的主要尺寸、定子沖片尺寸、繞組數(shù)據(jù)和氣隙長(zhǎng)度等,還要確定轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)型式以及永磁材料和尺寸等。主要尺寸(D i1和L eff 、定子沖片尺寸、槽數(shù)、槽形尺寸、電樞繞組等都可采用類(lèi)比法參考類(lèi)似規(guī)格的異步電動(dòng)機(jī)初步選定,再進(jìn)行電磁計(jì)算核算。調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)的主要尺寸尚可可由所需要的最大轉(zhuǎn)矩和動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能指標(biāo)確定,為了提高加速能力,一般情況下,最大轉(zhuǎn)矩(又稱(chēng)峰值轉(zhuǎn)矩T max 為額定轉(zhuǎn)矩T N 的2.5倍以上。下面分析表面凸出式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)主要尺寸的設(shè)

28、計(jì)過(guò)程。 確定磁鋼用量,設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子沖片估算A, B 確定電機(jī)基本尺寸D ,L 設(shè)計(jì)定子尺寸確定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)型式已知或給定設(shè)計(jì)任務(wù)磁路計(jì)算,空載工點(diǎn)計(jì)算繞組設(shè)計(jì)電磁參數(shù)計(jì)算工作特性計(jì)算,負(fù)載工作點(diǎn)計(jì)算設(shè)計(jì)結(jié)果當(dāng)調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)最大電磁轉(zhuǎn)矩指標(biāo)為T(mén) max 時(shí),則最大轉(zhuǎn)矩與電磁負(fù)荷和電機(jī)的主要尺寸有如下關(guān)系:T max =42B 1L ef D i12A 10-4 (3-1 式中B 1-氣隙磁密基波幅值(T ;A-定子電負(fù)荷(A/cm A=p K I mN dp 2111 當(dāng)選定電動(dòng)機(jī)的電磁負(fù)荷后,電動(dòng)機(jī)的主要尺寸L ef D i12= AB T 1max 24104 (3-2 確定電動(dòng)機(jī)定子外徑時(shí),

29、一般是在保證電動(dòng)機(jī)足夠散熱能力的前提下,視具體情況為提高電動(dòng)機(jī)效率而加大定子外徑或?yàn)闇p小電動(dòng)機(jī)制造成本而縮小定子外徑。調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)的氣隙長(zhǎng)度一般由于電動(dòng)機(jī)的不同的用途,其氣隙長(zhǎng)度的取值也不相同:對(duì)采用表面式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)的永磁同步電動(dòng)機(jī),由于轉(zhuǎn)子鐵心上的瓦片興磁極需加以表面固定,其氣隙長(zhǎng)度不得不做的較大;對(duì)采用內(nèi)置式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)的,并要求具有一定的恒功率運(yùn)行速度范圍的永磁同步電動(dòng)機(jī),則電動(dòng)機(jī)的氣隙長(zhǎng)度不宜太大,否則將導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的直軸電感過(guò)小,弱磁能力不足,無(wú)法達(dá)到電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速。調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)的雜耗偏大,為了降低雜耗、振動(dòng)和噪聲,其氣隙長(zhǎng)度(mm 一般要比同規(guī)格電勵(lì)磁式同步電動(dòng)機(jī)要大

30、,比同規(guī)格異步電動(dòng)機(jī)大得多,而且隨著中心高的增加,氣隙長(zhǎng)度也隨之增加。比一般異步電動(dòng)機(jī)增加20%30%,或按以下經(jīng)驗(yàn)公式選取:=4.7D a /p 10-2 (3-3式中 D a -定子內(nèi)徑(cm;p -極對(duì)數(shù)。3.2 轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)的選擇轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)不同,則電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能、控制系統(tǒng)、制造工藝和適用場(chǎng)合也不同。 近年來(lái),外轉(zhuǎn)子永磁同步電動(dòng)機(jī)在一些領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。它的主要優(yōu)點(diǎn)在于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比常規(guī)永磁同步電動(dòng)機(jī)大,且電樞鐵芯直徑可以做的較大,從而提高了在不穩(wěn)定負(fù)載下電動(dòng)機(jī)的效率和輸出功率。按照永磁體在轉(zhuǎn)子上位置的不同,永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)一般可分為三種:表面式、內(nèi)置式和爪極式。下

31、面主要介紹表面式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)。3.2.1表面式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子這種結(jié)構(gòu)中,永磁體通常呈瓦片形,并位于轉(zhuǎn)子鐵心的外表面上,永磁體提供磁通的方向?yàn)閺较?且永磁體外表面與定子鐵心內(nèi)圓之間一般僅套以起保護(hù)作用的非磁性圓筒,或在永磁磁極包以無(wú)緯玻璃絲帶作保護(hù)層。有的調(diào)速永磁同步電機(jī)的永磁磁極用許多矩形小條拼裝成磁瓦形,能降低電動(dòng)機(jī)的制造成本。表面式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)又分為凸出式和插入式兩種,對(duì)采用稀土永磁的電機(jī)來(lái)說(shuō),由于永磁材料的相對(duì)回復(fù)磁導(dǎo)率接近1,所以表面凸出式轉(zhuǎn)子在電磁性能上屬于隱極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu);而表面插入式轉(zhuǎn)子的相鄰兩永磁磁極間有著磁導(dǎo)率很大的鐵磁材料,故在電磁性能上屬于凸極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。表面凸出式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)由

32、于其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本較低、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小等優(yōu)點(diǎn),在矩形波永磁同步電動(dòng)機(jī)和恒功率運(yùn)行范圍不寬的正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)中得到了廣泛應(yīng)用。此外,表面凸出式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中的永磁磁極易于實(shí)現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計(jì),使之成為能使電動(dòng)機(jī)氣隙磁密波形趨近正弦波的磁極形狀,可顯著提高電動(dòng)機(jī)乃至整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的性能。表面插入式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)可充分利用轉(zhuǎn)子磁路的不對(duì)稱(chēng)性所產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩,提高電動(dòng)機(jī)的功率密度,動(dòng)態(tài)性能較凸出式有所改善,制造工藝也較簡(jiǎn)單,常被某些調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)所采用。但漏磁系數(shù)和制造成本都較凸出式大?？傊?表面式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)的制造工藝簡(jiǎn)單、制造成本低,應(yīng)用較為廣泛,尤其適宜于矩形波永磁同步電動(dòng)機(jī)。但因轉(zhuǎn)子表面無(wú)法安

33、放起動(dòng)繞組,無(wú)異步起動(dòng)能力,不能用于異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)。3.2.2 RT11新型永磁轉(zhuǎn)子本人已簽約一家生產(chǎn)電梯電機(jī)的美資企業(yè),今年已在該公司實(shí)習(xí)了3個(gè)月,對(duì)該公司設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有所了解。該公司的專(zhuān)利RT11新型永磁轉(zhuǎn)子,在技術(shù)方面有四大突破:安裝方便、高效、易維護(hù)、電壓適用范圍更寬,能最大限度滿足電壓波動(dòng)。眾所周知,永磁轉(zhuǎn)子是永磁同步曳引機(jī)非常重要的部件之一,而RT11新型永磁轉(zhuǎn)子將極大提升永磁電機(jī)的工作效率和安全性,代表了中國(guó)永磁電機(jī)技術(shù)最尖端水平。目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的永磁轉(zhuǎn)子有三種結(jié)構(gòu):第一種是表面瓦狀永磁結(jié)構(gòu)的永磁轉(zhuǎn)子,瓦形永磁體均勻分布在圓柱磁軛上。為防止位移,此種結(jié)構(gòu)的永磁體一般采用

34、膠粘方法固定,存在粘結(jié)劑老化后永磁體極易松動(dòng)問(wèn)題,因此一般都用在轉(zhuǎn)速低,小負(fù)荷的永磁電機(jī)上。第二種將瓦狀永磁體兩側(cè)加工成燕尾狀,在永磁體兩側(cè)之間設(shè)有用非導(dǎo)磁材料制成、用螺釘緊固的壓條,利用壓條兩側(cè)將永磁體壓緊。雖然解決了粘結(jié)劑老化永磁體易松動(dòng)的問(wèn)題,但需要在圓柱磁軛上加工很多螺孔,存在加工工藝復(fù)雜、成本較高等缺陷。第三種在磁軛兩端增加加非導(dǎo)磁材料制作的端板,利用端板上的凸緣對(duì)永磁體定位。雖然沒(méi)有加工螺孔的問(wèn)題,但是,永磁體只能單列使用,永磁體長(zhǎng)度有限制,只能用于小功率電機(jī)或定轉(zhuǎn)子較短的電機(jī)。針對(duì)永磁轉(zhuǎn)子常見(jiàn)的弊病,KDSRT11新型永磁轉(zhuǎn)子,一次性解決了所有問(wèn)題。據(jù)RT11新型永磁轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)師梁

35、昌勇先生介紹,此項(xiàng)發(fā)明的目的在于提供一種制造工藝簡(jiǎn)單、效率高、瓦狀永磁體能牢固地固定在磁軛上,并且,RT11永磁轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度不受限制,永磁體可以單段,也可多段并列的永磁轉(zhuǎn)子。其特別之處在于:通過(guò)新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),優(yōu)化槽定位,切向和徑向均不會(huì)產(chǎn)生位移,并且,不需要在上面鉆較多的孔,所以,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,工作可靠。由于磁軛由沖片疊壓而成,燕尾槽的加工是由模具完成,所以,易加工,分度均勻,轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度不受限制,永磁體可以單列,也可多列3.2.3本設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子選擇的磁路結(jié)構(gòu)根據(jù)磁路結(jié)構(gòu)選擇的原則:當(dāng)電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速不是很高時(shí),可選用表面凸出式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu);反之,則應(yīng)選取內(nèi)置式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)選擇表面凸出式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)。3

36、.3 永磁體設(shè)計(jì)永磁體的尺寸主要包括永磁體的軸向長(zhǎng)度L M、磁化方向長(zhǎng)度h M和寬度b M。永磁體的軸向長(zhǎng)度一般與電動(dòng)機(jī)鐵心軸向長(zhǎng)度相等,因此實(shí)際上只有兩個(gè)永磁尺寸(即h M 和b M需設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)考慮下列因素:h M的確定應(yīng)使電動(dòng)機(jī)的直軸電抗X ad 合理。因?yàn)閔 M 決定X ad 的重要因素,而X ad 又影響電動(dòng)機(jī)的許多性能。h M 不能過(guò)小。這主要是從兩方面考慮:一是h M 大小應(yīng)保證電動(dòng)機(jī)主磁路的磁動(dòng)勢(shì)平衡;二是永磁體太薄將使其易于退磁。設(shè)計(jì)h M 應(yīng)使永磁體工作于最佳工作點(diǎn)。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)中永磁體的工作點(diǎn)更大程度上取決于永磁體的磁化方向長(zhǎng)度h M 。為調(diào)整電動(dòng)機(jī)的性能,嘗嘗要調(diào)整b

37、 M ,因?yàn)閎 M 直接決定了永磁體能夠提供磁通的面積。 電動(dòng)機(jī)的磁負(fù)荷與永磁體的尺寸和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)有關(guān)。而磁負(fù)荷則決定著電動(dòng)機(jī)的功率密度和損耗。對(duì)表面式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)的調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī),其永磁體尺寸可近似地由下式確定:=-=pp M r r M b B B h 01 (3-4 式中:0-電動(dòng)機(jī)的計(jì)算氣隙長(zhǎng)度;r B /B -一般取為1.11.35。對(duì)內(nèi)置徑向式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)的電動(dòng)機(jī),永磁體尺寸的確定比較復(fù)雜,因?yàn)樗c許多因素都有關(guān),例如,確定永磁體得磁化方向長(zhǎng)度時(shí),應(yīng)考慮它對(duì)永磁體工作點(diǎn)的影響,對(duì)電動(dòng)機(jī)抗不可逆退磁能力的影響和電動(dòng)機(jī)的弱磁增速能力等。永磁體尺寸除影響電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能外,

38、還影響著電動(dòng)機(jī)中永磁體得空載漏磁系數(shù)0,從而也決定了永磁體的利用率。通常內(nèi)置徑向式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)永磁體尺寸的估算公式為:=-=M r m efp M m m a t M L K B b L B b b b K K h 01000021( (3-5 式中K t -電動(dòng)機(jī)的飽和系數(shù),其值為1.051.3;K-與轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù),取值范圍為0.71.2。對(duì)內(nèi)置切向式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)永磁體尺寸的估算公式為:=-=M r m efp M m m a t M L K B b L B b b b K K h 0100001(2 (3-6永磁體的磁化方向長(zhǎng)度與電動(dòng)機(jī)的氣隙長(zhǎng)度有著很大的關(guān)系,氣隙越長(zhǎng),永磁體的磁化

39、方向長(zhǎng)度也越長(zhǎng)。需要指出的是在正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)中,由永磁體產(chǎn)生的氣隙磁密并不是呈正弦波分布,因而設(shè)計(jì)時(shí)必須合理設(shè)計(jì)電樞繞組以減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。當(dāng)永磁體產(chǎn)生的氣隙磁密接近正弦波,且通過(guò)先進(jìn)的SPWM 技術(shù)使定子繞組產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)也接近正弦波時(shí),便可得到低脈動(dòng)的轉(zhuǎn)矩輸出。2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 湖南工程學(xué)院 調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)的電磁設(shè)計(jì) 第四章 調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)電磁設(shè)計(jì)程序 4.1 額定數(shù)據(jù)和技術(shù)要求 除特殊注明外， 電磁計(jì)算程序中的單位均按目前電機(jī)行業(yè)電磁計(jì)算時(shí)習(xí)慣使用的 單位，尺寸以 cm(厘米、面積以 cm2(平方厘米、電壓以 V（伏） 、電流以 A（安） 、功 、磁通以 Wb(韋伯、磁密以

40、T(特斯拉、磁 率和損耗以（瓦） 、電阻和電抗以 （歐姆） 場(chǎng)強(qiáng)度以 A/cm(安培/厘米、轉(zhuǎn)矩以 N（牛頓）為單位。 額定功率 PN =15 KW 相數(shù) m1=3 額定線電壓 UNl=380V 額定頻率 fN=50 Hz 極對(duì)數(shù) p=2 額定效率 N =94% 額定功率因數(shù) cos N =0.92 失步轉(zhuǎn)矩倍數(shù) TP0N=1.8 倍 繞組型式 單層交叉、Y 接 額定相電壓 UN=UNL/ 3 =219.39 V 額定相電流 IN= PN 3 10 =26.53A mUNN cos N 額定轉(zhuǎn)速 nN=1500r/min 9.549 PN 3 額定轉(zhuǎn)矩 TN= 10 =95.49 Nm nN 絕緣等級(jí) B級(jí) 4.2 主要尺寸 15.鐵芯材料 DW315-50 16.轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)形式 表面凸出式 -2 17.氣隙長(zhǎng)度 =4.7Da/ p 10 =0.565cm 18.定子外徑 D1=26cm 19.定子內(nèi)徑 D1i=17cm 20.轉(zhuǎn)子外徑 D2= Di1-2 =15.87cm 21 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 湖南工程學(xué)院 調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)的電磁設(shè)計(jì) 21.轉(zhuǎn)子內(nèi)徑 D12=6