永磁同步电机计算.pdf

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1、永永磁磁同同步步电电机机计计算算 The manuscript was revised on the evening of 2021永磁同步电机设计1 电机仿真模型SNNSSNNS（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1.2510.750

2、.50.25Br/T原型电机新型电机0-0.25-0.5-0.75-1-1.25050100150Distance/mm200250300（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。0.6原型电机0.4新型电机空载永磁磁链/Wb0.20-0.2-0.4-0.6048时间/ms121620图

3、 5 两种电机空载永磁磁链400300200原型电机新型电机空载反电势/V1000-100-200-300-400048时间/ms121620图 6 两种电机空载永磁反电势空载永磁磁链、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。412相对于基波分量百分比/%3相对于基波分量百分比/%原型电机新型电机1086420原型电机新型电机21023456789 10 11 12 13 14 15谐波次数2345678 9 10 11 12 13 14 15谐波次数（a）空载永磁磁链（b）空载永磁反电势图 7 磁

4、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=，电感 L=105H，额定转速 n=3000r/min。给电枢绕组通入三相对称电压：uA 310.269sin(200t 35.3581/180)uB 310.269sin(200t 35.3581/180

5、2/3)（1）uC 310.269sin(200t 35.3581/180 2/3)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600原型电机500400新型电机Torque/Nm3002001000-1000255075100Time/ms125150175200图 9 两种电机电磁转矩波形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

6、运行时的额定平均转矩为 117Nm，可直接给电枢绕组通入三相对称电流，iA2I sin(200t)iB2I sin(200t 2/3)（2）iC2I sin(200t 2/3)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，新型电机的电流有效值为，且两种电机的平均转矩均为 117Nm。100755025电流/A原型电机新型电机0-25-50-75-100012345时间/ms678910图 10 两种电机 A相绕组电流波形150140130原型电机新型电机转矩/Nm1201101009080012345时间/ms678910图 11 两种电机转矩脉动波形