【正文】 畢業(yè)設(shè)計論文 永磁同步發(fā)電機的設(shè)計及磁場有限元分析 湖南工程學(xué)院應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 誠 信 承 諾 書 本人慎重承諾和聲明：所撰寫的《 永磁同步發(fā)電機的設(shè)計及磁場有限元分析 》是在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下自主完成，文中所有引文或引用數(shù)據(jù)、圖表均已注解說明來源，本人愿意為由此引起的后果承擔(dān)責(zé)任。 設(shè)計 (論文 )的研究成果歸屬學(xué)校所有。 學(xué)生 (簽名 ) 年 月 日 湖南工程學(xué)院 應(yīng)用 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 題目： 永磁同步發(fā)電機的設(shè)計及磁場有限元分析 姓名 ***** 系 ************ 專業(yè) 電氣工程及其自動化 班級 **** 學(xué)號 ************ 指導(dǎo)老師 ******* 職稱 ****** 教研室主任 ****** 一、 基本任務(wù)及要求： 基本數(shù)據(jù)： 1） 額定功率： PN = 2） 連接方式： Y 3） 額定電壓： UN =400V 4） 額定轉(zhuǎn)速： nN =1500r∕ min 5） 相數(shù)： m=3 6） 功率因數(shù)： cos? = 7） 效率： η = 8） 冷卻方式：空氣冷卻 本畢業(yè)設(shè)計課題主要完成以下設(shè)計內(nèi)容： （ 1）按所給定技術(shù)要求完成永磁同步發(fā)電機的電磁設(shè)計方案； （ 2）用 ANSOFT或 ANSYS有限元法對發(fā)電機磁場進行仿真研究； （ 3）說明書編制。 二、 進度安排及完成時間： 2月 27 日 —— 3月 10日：查閱資料、撰寫文獻綜述、撰寫開題報告 3月 11 日 —— 3月 23日：畢業(yè)實習(xí)、撰寫實習(xí)報告 3月 24 日 —— 4月 25日：畢業(yè)設(shè)計（電磁設(shè)計） 4月 26日 —— 5月 20日：畢業(yè)設(shè)計（磁場有限元分析） 5月 下 旬：畢業(yè)設(shè)計中期抽查 5月 21 日 —— 6月 1日：撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 6月 2 日 —— 6月 9日：修改、裝訂畢業(yè)設(shè)計說明書（論文），并將電子文檔上傳 FTP 6月 10 日 —— 6月 12日：畢業(yè)設(shè)計答辯 湖南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 前 言 隨著現(xiàn)代工業(yè)的 高 速發(fā)展， 能源的需求量也日益增加。電能 作為現(xiàn)代工業(yè)中最重要的二次能源 ， 也 發(fā)揮著越 來 越重要的作用。 而 電機 作為電能的生產(chǎn)者和主要的消費者，它 的 需求量在工業(yè)制造中占有很大的比例。電機 是 以磁場為媒介進行機械能和電能相互轉(zhuǎn)換的電磁裝置。為了在電機內(nèi)建立進行機電能量轉(zhuǎn)換所必需的氣隙磁場，可以有兩種方法 ：一種是在電機繞組內(nèi)通以電流來產(chǎn)生磁場，例如普通的直流電 機和同步電機，這種電勵磁的電 機既需要有專門的繞組和相應(yīng)的裝置 ， 又需要不斷供給能量以維持電流流動；另一種是由永磁體來產(chǎn)生磁場。由于永磁材料的固有特性，它經(jīng)過預(yù)先磁化（充磁）以后，不再需要外加能量就能在其周圍空間建立磁場，這就是既可簡化結(jié)構(gòu)，又可以節(jié)約能量的永磁電機。 永磁同步發(fā)電機的應(yīng)用領(lǐng)域廣闊，功率大的如航空、航天用主發(fā)電機、大型火電機組用副勵磁機，功率小的如汽車、拖拉機用發(fā)電機、風(fēng)力發(fā)電機、小型水力發(fā)電機、小型內(nèi)燃發(fā)電機組等都廣泛采用各種類型的永磁同步發(fā)電機。 永磁電機的發(fā)展依賴于永磁材料等相關(guān)電機材料， 從最初的永磁電機的誕生到近年來各種高性能永磁電機的出現(xiàn)，這正是永磁電機隨著永磁材料的更新?lián)Q代的過程。 永磁電機的應(yīng)用從最 初的單一領(lǐng)域 而 發(fā)展到如今的國防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人們?nèi)粘Ｉ畹雀鼮閺V泛的應(yīng)用領(lǐng)域； 同時 也隨著各 種 現(xiàn)代化技術(shù)的 日益 成熟 向著大功率化、微型化、 多樣化、 高性能化等方向不斷發(fā)展。 我國稀土資源豐富， “ 稀土不稀 ” ，稀土礦的儲藏量為世界其他各國 總 和的四倍左右，號稱“稀土王國”。 我國 稀土礦石和稀土永磁的產(chǎn)量都居世界前列 ， 因此充分發(fā)揮我國稀土資源豐富的優(yōu)勢，大力研究和推廣應(yīng)用以稀土永磁電機為代表的各種永磁電機， 對實現(xiàn)我國社會主義現(xiàn)代化具有重要的理論意義和實用價值。 湖南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 目 錄 摘 要 .................................................... I Abstract ................................................ II 第 1 章 緒 論 .............................................. 1 永磁材料發(fā)展概況 ..................................... 1 永磁同步發(fā)電機顯著優(yōu)點 ............................... 1 永磁同步發(fā)電機的發(fā)展方向和前景 ......................... 2 第 2 章 永磁同步發(fā)電機結(jié)構(gòu)和原理 .............................. 3 永磁同步發(fā)電機結(jié)構(gòu) ................................... 3 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) ....................................... 3 定子結(jié)構(gòu) ....................................... 3 永磁同步發(fā)電機原理及特性 .............................. 4 工作原理 ....................................... 4 運行特性 ....................................... 4 永磁同步發(fā)電機的設(shè)計特點 .............................. 6 永磁材料和轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的選擇 ......................... 6 固有電壓調(diào)整率和降低措施 ......................... 6 第 3 章 設(shè)計方案 ........................................... 8 轉(zhuǎn)子設(shè)計 ............................................ 8 永磁材料的選擇 .................................. 8 轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu) .................................... 8 定子設(shè)計 ............................................ 9 定子鐵心 .......................................... 9 定子繞組形式 ................................... 10 第 4 章 電磁設(shè)計程序 ....................................... 11 額定數(shù)據(jù)： ......................................... 11 永磁材料的參數(shù)尺寸確定 .................................. 11 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)尺寸 : ...................................... 13 定子繞組和定子沖片尺寸 .............................. 13 磁路計算 .......................................... 16 湖南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 電壓調(diào)整率和短路電路計算 ............................. 22 損耗和效率計算 ..................................... 23 第 5 章 磁場有限元分析 ...................................... 25 有限元分析法和 Ansoft軟件介紹 ........................ 25 電機的電磁仿真及設(shè)計優(yōu)化 ............................. 25 采用 RMxprt進行路的方法計算 ..................... 25 Maxwell2D 動態(tài)仿真和相關(guān)參數(shù)設(shè)置 ................ 36 動態(tài)性能曲線及分析 ............................. 37 結(jié)論 ......................................... 40 結(jié)束語 .................................................. 42 參考文獻 ................................................ 43 致 謝 ................................................. 44 附 錄 永磁同步發(fā)電機的設(shè)計及磁場有限元分析 I 永磁同步發(fā)電機的設(shè)計及磁場有限元分析 摘 要 ： 隨著永磁材料性能的不斷提高和完善，特別是釹鐵硼永磁材料的熱穩(wěn)定性和耐腐蝕性的改善 和 價格的逐步降低以及電力電子器件的進一步發(fā)展， 永磁電機 以其優(yōu)越的性能和結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代航空航天 .國防 .工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 永磁電機采用永磁體勵磁，電機內(nèi)部的電磁場分布較為復(fù)雜，采用傳統(tǒng)的等效磁路方法分析會帶來較大的誤差，為保證計算的準(zhǔn)確，一般采用有限元法對電機內(nèi)部電磁場進行數(shù)值計算。 本課題主要是針對永磁同步 發(fā)電機的主要尺寸，轉(zhuǎn)子永磁體結(jié)構(gòu)，定子繞組形式，定子沖片和槽數(shù)槽型尺寸 以及電磁場的仿真研究，主要做一下工作： 首先 介紹永磁發(fā)電機的基本原理、特性、設(shè)計特點 以及永磁材料的特性和選擇； 其次運用傳統(tǒng)電機設(shè)計方法對電機的主要尺寸、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、定子繞組形式以及相關(guān)參數(shù)進行設(shè)計 和計算 ； 最后基于 Ansoft 磁場仿真軟件對所設(shè)計的電機 的性能指標(biāo) 進行 計算 、 優(yōu)化設(shè)計和建立二維仿真模型進行二維 瞬 態(tài)分析 關(guān)鍵詞： 永磁同步發(fā)電機 電磁設(shè)計 磁場 有限元分析 永磁同步發(fā)電機的設(shè)計及磁場有限元分析 II Design and finite element analysis of magic field of Permanent mag synchronous generator Abstract: In recent years， continues increase and improve the performance of permanent magic materials, particularly neodymiumIronBoron permanent magic materials and improvement of corrosion resistance and thermal stability of prices and gradually reduced, as well as the further development of power electronic devices, permanent mag motor with superior performance and structure in mod