永磁电机的磁路分析与设计文档资料.pptx

2023/4/201稀土永磁同步电动机的研究进展稀土永磁同步电动机的研究进展磁路分析与设计的重要性“场+路”结合的设计方法稀土永磁电机磁路湖北工业大学电气与电子工程学院第1页/共66页2023/4/202稀土永磁材料的发展稀土永磁材料的发展钐钴1:5（20世纪60年代）钐钴2:17（20世纪70年代）钕铁硼（20世纪80年代）湖北工业大学电气与电子工程学院第2页/共66页2023/4/203稀土永磁材料的发展稀土永磁材料的发展磁能积磁能积（kJ/m3）天然磁铁矿石碳钢、钨钢钴钢铝镍钴铁氧体钐钴1：5钐钴2：17钕铁硼2.77.28540199258431湖北工业大学电气与电子工程学院第3页/共66页2023/4/204稀土永磁材料的发展稀土永磁材料的发展钕铁硼的优点剩磁高，Br 可达1.4 T矫顽力大，Hc可达 992 kA/m;退磁曲线为直线；相对于钐钴价格便宜。湖北工业大学电气与电子工程学院第4页/共66页2023/4/205稀土永磁材料的发展稀土永磁材料的发展钕铁硼的缺点居里温度不高，一般为310 410C温度系数较大，Br=-0.13%（K-1）含铁、钕，容易锈蚀磁体可加工性一般湖北工业大学电气与电子工程学院第5页/共66页2023/4/206稀土永磁电机的特点稀土永磁电机的特点结构简单、灵活，运行可靠体积小、重量轻，功率密度高损耗小、效率高，节能显著湖北工业大学电气与电子工程学院第6页/共66页2023/4/207永磁电机的磁路分析与设计永磁电机的磁路分析与设计（一）稀土永磁材料的退磁曲线（二）稀土永磁体的等效磁路（三）永磁电机的等效磁路（四）磁路分析的解析法（五）磁路分析的图解法湖北工业大学电气与电子工程学院第7页/共66页2023/4/208永磁电机的磁路分析与设计永磁电机的磁路分析与设计（一）稀土永磁材料 的退磁曲线湖北工业大学电气与电子工程学院第8页/共66页2023/4/209稀土永磁体的充磁BBrH-Hc0退磁曲线lAmI衔铁湖北工业大学电气与电子工程学院稀土永磁材料的退磁曲稀土永磁材料的退磁曲线线第9页/共66页2023/4/2010在均匀磁性材料中式中，M 为永磁材料的磁化强度，Mr 为剩余磁化强度，为磁化系数）且湖北工业大学电气与电子工程学院稀土永磁材料的退磁曲稀土永磁材料的退磁曲线线第10页/共66页2023/4/2011稀土永磁材料的退磁曲线稀土永磁材料的退磁曲线稀土永磁材料，相对磁导率r 为常数。湖北工业大学电气与电子工程学院第11页/共66页2023/4/2012湖北工业大学电气与电子工程学院稀土永磁材料的退磁曲稀土永磁材料的退磁曲线线BBrH-Hc0第12页/共66页2023/4/2013稀土永磁材料的退磁曲线稀土永磁材料的退磁曲线BBrH-Hc0湖北工业大学电气与电子工程学院第13页/共66页2023/4/2014稀土永磁材料的退磁曲稀土永磁材料的退磁曲线线第I 象限:第II象限:磁路计算中常将第II象限磁化曲线等效到第I象限(即H 取绝对值)湖北工业大学电气与电子工程学院第14页/共66页2023/4/2015稀土永磁材料的退磁曲线稀土永磁材料的退磁曲线湖北工业大学电气与电子工程学院第15页/共66页2023/4/2016BBrHHc0第 I 象限的等效退磁曲线湖北工业大学电气与电子工程学院稀土永磁材料的退磁曲稀土永磁材料的退磁曲线线第16页/共66页2023/4/2017稀土永磁材料的退磁曲线稀土永磁材料的退磁曲线FFc0r湖北工业大学电气与电子工程学院SNhMp稀土磁钢第17页/共66页2023/4/2018稀土永磁材料的退磁曲线稀土永磁材料的退磁曲线湖北工业大学电气与电子工程学院磁通：磁动势：磁导：用标幺值进行磁路计算第18页/共66页2023/4/2019稀土永磁材料的退磁曲线稀土永磁材料的退磁曲线湖北工业大学电气与电子工程学院磁通基值：磁动势基值：磁导基值：标幺值的基值第19页/共66页2023/4/2020稀土永磁体用标幺值表示的退磁关系湖北工业大学电气与电子工程学院稀土永磁材料的退磁曲稀土永磁材料的退磁曲线线第20页/共66页2023/4/2021稀土永磁体用标幺值表示的退磁曲稀土永磁体用标幺值表示的退磁曲线线B1H10F101湖北工业大学电气与电子工程学院第21页/共66页2023/4/2022永磁电机的磁路分析与设计永磁电机的磁路分析与设计（二）稀土永磁体 的等效磁路湖北工业大学电气与电子工程学院第22页/共66页2023/4/2023稀土永磁体的等效磁稀土永磁体的等效磁路路磁 导磁 阻非铁磁材料铁磁材料磁路的磁阻与磁导湖北工业大学电气与电子工程学院第23页/共66页2023/4/2024稀土永磁体的等效磁稀土永磁体的等效磁路路永磁体内磁导湖北工业大学电气与电子工程学院第24页/共66页2023/4/2025稀土永磁体的等效磁稀土永磁体的等效磁路路诺顿等效磁路r0mF12G0SNhMp稀土磁钢湖北工业大学电气与电子工程学院第25页/共66页2023/4/2026永磁体计算磁动势（虚拟磁动势）稀土永磁体的等效磁稀土永磁体的等效磁路路式中：Fm湖北工业大学电气与电子工程学院第26页/共66页2023/4/2027戴维南等效磁路戴维南等效磁路mF12FmG0SNhMp湖北工业大学电气与电子工程学院稀土磁钢稀土永磁体的等效磁路第27页/共66页2023/4/2028稀土永磁体的工作点稀土永磁体的工作点FFc0rW湖北工业大学电气与电子工程学院稀土永磁体的等效磁路第28页/共66页2023/4/2029（三）永磁电机的 等效磁路永磁电机的磁路分析与设计永磁电机的磁路分析与设计湖北工业大学电气与电子工程学院第29页/共66页2023/4/2030永磁电机的等效磁永磁电机的等效磁路路稀土电机的主、漏磁路漏磁系数空载漏磁系数湖北工业大学电气与电子工程学院第30页/共66页2023/4/2031永磁电机的空载漏磁系数永磁电机的空载漏磁系数磁极结构无极靴瓦片形圆筒形弧形端面式漏磁系数1.11.31.21.41.31.41.51.6湖北工业大学电气与电子工程学院永磁电机的等效磁路第31页/共66页2023/4/2032永磁电机负载等效磁路图永磁电机负载等效磁路图湖北工业大学电气与电子工程学院mF12FmG0GGFa主磁路的等效主磁导：漏磁路的总漏磁导：变磁导第32页/共66页2023/4/2033mF12FmG0GGFamF12FmG0GGFa电枢反应去磁 电枢反应增磁 永磁电机的等效磁路永磁电机的等效磁路湖北工业大学电气与电子工程学院第33页/共66页2023/4/2034永磁电机的等效磁路永磁电机的等效磁路稀土永磁电机负载等效磁路图mF12FmG0GG 0(Fa=0)原因：1）稀土电机气隙较大，电枢反应较弱；2）稀土材料矫顽力高，抗电枢反应能力强。湖北工业大学电气与电子工程学院第34页/共66页2023/4/2035m0F120FmG0GG0稀土永磁电机空载等效磁路图稀土永磁电机空载等效磁路图(Fa=0)湖北工业大学电气与电子工程学院永磁电机的等效磁路第35页/共66页2023/4/2036永磁电机的磁路分析与设计永磁电机的磁路分析与设计（四）磁路分析的解析法湖北工业大学电气与电子工程学院第36页/共66页2023/4/2037I 类：已知磁体和磁路尺寸，求气隙 磁通；II类：已知气隙磁通和气隙长度，设计磁体。两类问题：两种方法：解析法，图解法湖北工业大学电气与电子工程学院永磁电机的磁路计算第37页/共66页2023/4/2038磁路分析的解析法磁路分析的解析法 视 Fe 为常数，同时通过系数 ks 来考虑铁心磁阻，即（ks1）湖北工业大学电气与电子工程学院第38页/共66页2023/4/2039磁路分析的解析法磁路分析的解析法湖北工业大学电气与电子工程学院m0F1201G0GG0m0F1201G0Gn用标幺值进行磁路计算第39页/共66页2023/4/2040空载磁路（磁钢工作点）的求空载磁路（磁钢工作点）的求解解磁钢发出总磁通的标幺值：磁钢磁动势的标幺值：(G0=1)湖北工业大学电气与电子工程学院磁路分析的解析法第40页/共66页2023/4/2041永磁电机空载时的磁钢工作点永磁电机空载时的磁钢工作点B1H10F101Hm0Bm0MF m0 m0N湖北工业大学电气与电子工程学院磁路分析的解析法第41页/共66页2023/4/2042永磁电机空载时的磁路求解永磁电机空载时的磁路求解总漏磁通标幺值：气隙磁通标幺值：总漏磁通实际值：气隙磁通实际值：湖北工业大学电气与电子工程学院磁路分析的解析法第42页/共66页2023/4/2043永磁电机的磁路分析与设计永磁电机的磁路分析与设计（五）磁路分析的图解法湖北工业大学电气与电子工程学院第43页/共66页2023/4/2044径向式永磁转子结构径向式永磁转子结构磁力线分布（分布绕组）磁场云图湖北工业大学电气与电子工程学院第44页/共66页2023/4/2045径向式永磁转子结构径向式永磁转子结构气隙磁密波形湖北工业大学电气与电子工程学院第45页/共66页2023/4/2046径向式永磁转子结构径向式永磁转子结构磁力线分布（集中绕组）磁场云图湖北工业大学电气与电子工程学院第46页/共66页2023/4/2047径向式永磁转子结构径向式永磁转子结构气隙磁密波形湖北工业大学电气与电子工程学院第47页/共66页2023/4/2048径向式永磁外转子结构径向式永磁外转子结构磁力线分布（分数槽绕组）磁场云图湖北工业大学电气与电子工程学院第48页/共66页2023/4/2049带磁桥的切向式永磁转子带磁桥的切向式永磁转子磁力线分布磁场云图（磁桥宽1.8mm）湖北工业大学电气与电子工程学院第49页/共66页2023/4/2050带磁桥的切向式永磁转子带磁桥的切向式永磁转子磁桥磁密波形（磁桥宽1.8mm）一个极下的气隙磁密波形湖北工业大学电气与电子工程学院第50页/共66页2023/4/2051带磁桥的切向式永磁转子带磁桥的切向式永磁转子磁力线分布磁场云图（磁桥宽9.8mm）湖北工业大学电气与电子工程学院第51页/共66页2023/4/2052带磁桥的切向式永磁转子带磁桥的切向式永磁转子磁桥磁密波形（磁桥宽9.8mm）一个极下的气隙磁密波形湖北工业大学电气与电子工程学院第52页/共66页2023/4/2053无隔磁气隙切向式永磁转子无隔磁气隙切向式永磁转子磁力线分布磁场云图（无隔磁气隙）湖北工业大学电气与电子工程学院第53页/共66页2023/4/2054无隔磁气隙切向式永磁转子无隔磁气隙切向式永磁转子原磁桥处磁密波形 一个极下的气隙磁密波形湖北工业大学电气与电子工程学院第54页/共66页2023/4/2055磁路分析的图解法磁路分析的图解法NNNNSSSS磁桥隔磁气隙磁钢转轴湖北工业大学电气与电子工程学院带磁桥的切向式永磁转子第55页/共66页2023/4/2056NNNNSSSS1/4（一对极）分析区域磁桥槽楔磁路分析的图解法磁路分析的图解法带磁桥的切向式永磁转子湖北工业大学电气与电子工程学院第56页/共66页2023/4/20571/4（一对极）分析模型槽漏磁通：总漏磁通：磁钢发出的总磁通：湖北工业大学电气与电子工程学院磁路分析的图解法磁路分析的图解法第57页/共66页2023/4/2058带磁桥切向式永磁电机带磁桥切向式永磁电机等值磁路图等值磁路图与漏磁通s1、s2、s3、相对应漏磁导磁钢两侧附加气隙磁导（包括磁体内磁导）与漏磁通fb相对应磁桥处、转子轭部的漏磁导定、转子的轭部磁导定、转子齿部磁导+_s3s2s1fb+_m湖北工业大学电气与电子工程学院第58页/共66页2023/4/2059永磁电机的简化永磁电机的简化等值磁路等值磁路图图主磁路等效磁导：磁路分析的图解法msfb+_湖北工业大学电气与电子工程学院第59页/共66页2023/4/2060计算槽漏磁导GS假设气隙磁通0计算主磁路磁动势F12（五段法）计算漏磁通s、fb计算总磁通m0是否在预定范围设计结束Y计算磁动势Fm计算漏磁系数0N磁路分析的图解法磁路分析的图解法湖北工业大学电气与电子工程学院永磁电机磁路迭代框图第60页/共66页2023/4/2061磁路计算的磁路计算的“五段五段法法”NNSS主磁路的组成：气隙+定子齿+定子轭 +（转子齿）+转子轭总磁动势：无刷电机的主磁路磁路分析的图解法湖北工业大学电气与电子工程学院第61页/共66页2023/4/2062磁路计算磁路计算“五段法五段法”假设气隙磁通0计算气隙磁密B 和气隙磁势F 计算定子齿磁密Bt1，查磁化曲线得Ht1、计算定子齿磁势Ft1计算定子轭磁密Bj1、查磁化曲线得Hj1、计算轭磁动势Fj10是否在预定范围YN计算转子齿磁密Bt2，查磁化曲线得Ht2、计算转子齿磁动势Ft2计算转子轭磁密Bj2、查磁化曲线得Hj2、计算轭磁动势Fj2计算总磁动势F12 湖北工业大学电气与电子工程学院磁路分析的图解法第62页/共66页2023/4/2063计算内容计 算 值400006000080000120000140000160000湖北工业大学电气与电子工程学院磁路分析的图解法第63页/共66页2023/4/2064带磁桥切向式永磁电机带磁桥切向式永磁电机磁路计算结果磁路计算结果表表计算内容计算内容计计 算算 值值4000060000800001200001400001600001366204927324098478154641652453265016108028628128111704726197318974193713124137271439615066157361640561752865381114431612631876332183421922833755726938991.541.441.391.341.341.36湖北工业大学电气与电子工程学院第64页/共66页2023/4/2065总漏磁通：空载气隙磁通：湖北工业大学电气与电子工程学院磁路分析的图解法M0MSfbF12FMFM0FM MF12 SFM fb第65页/共66页2023/4/2066谢谢您的观看！第66页/共66页