【正文】 密： T （98）負載定子齒磁密：（99）負載定子軛磁密： （100）直軸電樞反應電抗： 直軸電樞反應電抗標幺值：（101）直軸同步電抗： 直軸同步電抗標幺值： 電壓調整率和短路電路計算（102）空載勵磁電勢： （103）額定負載時直軸內電動勢：（104）輸出電壓：（105）電壓調整率： （106）短路電流倍數： =（107）永磁體最大去磁工作點: 損耗和效率計算（108）定子齒質量： （109）定子軛質量： （110）齒部單位鐵耗：（111）軛部單位鐵耗：（112）定子鐵耗： （113）定子繞組銅耗： （114）機械損耗：（115）雜散損耗： （116）總損耗： （117）效率 第5章 磁場有限元分析 有限元分析法和Ansoft軟件介紹磁場有限元分析是使用有限元方法來分析靜態(tài)或動態(tài)的物理物體或物理系統。這個方程組可以用線性代數的方法來求解，然后得到各節(jié)點的磁位，進而得到相應的磁場量。本文利用Ansoft公司最新版的Maxwell 2D仿真軟件建立永磁同步發(fā)電機的模型，它結合了基于磁路法設計旋轉電機的Rmxprt軟件和基于有限元法的電磁場計算軟件Maxwell12。啟動Maxwell Control Panel 進入Maxwell控制板建立所設計電機項目，本設計項目名為YCTF。4）輸入轉子數據氣隙長度2mm、轉子內徑40mm、轉子鐵心長17沖片型號M1924G、永磁體牌號N35H、永磁體尺寸以及轉子結構類型。（3）輸出曲線：在Asoft∕RMxprt的Performance Curves能清晰的查看所設計電機中各參數隨著電角度變化的曲線：從圖中可以看出氣隙磁密的波形為平頂波，其所含有大量奇次諧波磁通。由圖可以看出在每相繞組均采用短距和分布的繞組形行可以明顯的消弱各匝線圈感應電勢的各奇次諧波，使之接近于正弦波以滿足負載對輸出電壓波形的要求。（2）幾何模型的設置(Set Up the Geometry)： 用Maxwell2D Control Panel 打開已創(chuàng)建的2D項目2DFZ，出現Maxwell2D的主窗口（如下圖415）。（6）設置求解條件： a 對自動生成的有限元網絡剖分進行局部細化； b 設置動態(tài)分析的有關選項； c 運動關系設置。（2）在Open窗口中雙擊某項特性數據文件，PlotData窗口中繪出該特性的動態(tài)過程曲線圖（，輸出曲線分別如下圖所示）。圖 圖中反映出定子繞組反電勢，即電樞反應電勢的波形為隨時間變化的正弦波。圖 在電機從啟動的瞬態(tài)進入穩(wěn)態(tài)運行，電機的有功損耗隨著時間而趨于穩(wěn)定為電機的穩(wěn)定運行提供了有利的條件，并且更能提高電機的運行時的效率。b) 永磁電機由永磁體向外提供磁能，以氣隙磁場作為媒介進行機電能量轉換。結 束 語在此次的畢業(yè)設計課題研究當中，首先利用電機傳統的設計方法對永磁發(fā)電機的尺寸進行合理的計算和選型，在計算尺寸大小的同時也確定好電機的轉子磁路類型、定子沖片，槽型大小尺寸以及定子三相繞組的形式；其次利用圖解法對轉子永磁體進行等效計算，計算出電機的磁路和電路的各有關參數，求出電機的各種損耗及效率?，F階段的釹鐵硼永磁雖然磁性性能遠優(yōu)越于第一、二代永磁，但是其溫度系數不高仍是限制其在更廣領域應用的最主要因素之一。在她的指導下自己對永磁同步發(fā)電機的電磁設計和磁場有限元仿真分析過程有了一個初步的認識和了解。在本次的設計工作過程中通過老師的耐心指導和自己查閱相關設計書籍以及和同學們之間的交流討論才使本課題得以順利完成。*****誨人不倦的工作作風，一絲不茍的工作態(tài)度，嚴肅認真的治學風格給我留下深刻的影響，值得我永遠學習。參考文獻[1][M]，北京：機械工業(yè)出版社，1997[2][M]，北京：機械工業(yè)出版社，2010[3][M]，北京：中國電力出版社，2007[4][M]，北京：清華大學出版社，2010[5]高徐嬌,趙爭鳴,[J]. 北京：清華大學學報（自然科學版），2011，53（2）：8085[6][M]，西安：電磁與電子技術研究所，2008[7][電機卷] [M]，北京：中國電力出版社，2005[8][M].西安：西安交通大學出版社，2000[9][J]，上海：微特電機，2010，25（8）：3037[10][J]，西安：西安交通大學出版社，2011，43（4）：112[11][J]，西安：西安交通大學出版社，2009，35（7）：2224[12] , Direct Self Control ( DSC ) of Inverter Fed Induction Machine[J], IEEE Trans . on PE , 2011，7（10）：415423[13]Idris ,Yatim .. Direct torque control of induction machines with constant switching frequency and reduced torque ripple[J]. IEEE Transactions on Industrial Elec tronics, 2010,60(30):515521致 謝值此本科學位論文完成之際，首先我要感謝我的指導老師*****。 通過仿真的輸出的氣隙磁場、線圈感應電勢、齒槽轉矩、額定負載下的電壓∕電流以及和損耗隨時間變化的波形和相關數據結果可以看出磁場有限元分析法是一種非常有效的磁場分析法，它能很好的彌補傳統電機磁場分析法的不足，特別適用于永磁電機的設計當中，同時為永磁電機磁場的分析和計算提供了一個快速、準確的分析計算環(huán)境。c) 電機的磁場分布比較合理，磁場飽和區(qū)域少。仿真結果比較準確地反應了永磁同步發(fā)電機的瞬態(tài)過程，以及電機的反電勢、電流、氣隙磁密分布特性；為進一步優(yōu)化永磁同步發(fā)電機尺寸、槽型、繞組分布的設計提供了基礎。因為在電壓∕電流交變一次，轉子磁場轉過一個對極，而損耗隨著磁通的變化了兩次，固其損耗的交變頻率為電壓∕電流的兩倍關系。在Maxwell 2D 軟件運行的能對電機的各項性能指標進行驗證和輸出其隨時間變化的曲線圖，設置仿真求解條件時選擇的步長越短，總仿真時間就越長，但是磁場計算的精度不會隨仿真步長減斷而增大。在計算過程中，可以用REFRESH命令觀察電壓電流等相關動態(tài)曲線。（4）設置邊界條件和激勵源（Setup Boundary∕Sources）： 點擊Setup Boundary∕Sources 進入2D Boundary∕Source manager 窗口；分別定義主邊界、輔助邊界和設置定子繞組參數、定子外徑邊界值、外部電路。∕相電勢波形（4）建立Maxwell2D幾何模型點擊下拉菜單Analysis∕View Geometry，彈出2D Modeler窗口顯示如下：圖 Maxwell2D 動態(tài)仿真和相關參數設置（1）創(chuàng)建二維電磁場Maxwell2D項目（Creat Maxwell2D Project）： 點擊下拉菜單Post Process∕Create Maxwell 2D Project, 彈出Creat Maxwell 2D Project 窗口。紅色所反映的為每匝線圈所感應的電勢波形，其中也含有各種奇次諧波。（2）圖形：圖 ∕轉子截面圖上圖中為RMxprt運行后自動生成的電機定∕轉子橫截面圖。 基本數據的輸入2）輸入定子鐵心數據定子外徑220mm、內徑146mm、槽數3斜槽數1以及槽型尺寸。根據永磁同步發(fā)電機的設計指標，首先通過Ansoft中的Rmxprt軟件進行電機設計仿真和優(yōu)化，它能快速提供基于磁路法的分析結果，然后觀察電機主要參數對磁密和電機特性的影響，相應調整電機尺寸和繞組結構得到最佳電機設計方案。傳統的電機設計過程是采用磁場耦合法對電機磁場進行計算，但是這種方法在稀土電機設計中存在難以得到準確的磁路計算結果、設計結果和實際的電機相差比較大、研發(fā)周期長、成本高等缺點。在這種方法中這些獨立的點的數量是有限的，因此被稱為有限元。其繞組展開圖具體詳見（附錄2） 繞組分相第一對極相帶A1C1B1A1C1B1槽號1,2,34,5,67,8,910,11,1213,14,1516,17,18第二對極相帶A2C2B2A2C2B2槽號19,20,2122,23,24,25,26,2728,29,30,31,32,33,34,35,36上表中為每匝線圈的上層導體邊，下層導體邊按照短距繞組形式（節(jié)距y=8）放置于各槽的下層。為減少永磁體向里側漏磁，轉軸襯套需由非磁性構成。綜合考慮電機性能及各方面要求，本設計采用釹鐵硼永磁材料，其牌號為N35H，∕m預計工作溫度為80oC。在上述措施中，都將導致耗用更多的永磁材料，所以在滿足規(guī)定的性能指標的前提下，合理的選擇參數，盡量減少永磁材料的用量。 a )為了降低電樞反應引起的去磁磁通，首先要增大永磁體的抗去磁能力，即增大永磁體的抗去磁磁動勢，為此應選用矯頑力大，回復磁導率小的永磁材料；同時增大永磁體磁化方向長度，使工作點提高，削弱電樞反應影響。為了使其能得到大量推廣，需要對永磁同步發(fā)電機的固有電壓調整率有嚴格要求。（4）穩(wěn)定性為了保證永磁發(fā)電機的電氣性能不發(fā)生變化和長期可靠運行，需要保證永磁材料的熱穩(wěn)定性、磁穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性和時間穩(wěn)定性。當對已充磁的永磁體施加退磁磁場強度時，磁通密度會沿退磁曲線下降。退磁曲線上與磁感應強度B為零時，所對應的磁場強度值稱為磁感應強度矯頑力，簡稱矯頑力。當發(fā)電機容量較大或對電壓波形要求嚴格時，需對極靴形狀進行加工，使氣隙不均勻并選用合適的極弧系數，從而使氣隙磁場分布波形盡可能接近正弦。在國家標準規(guī)定中，電壓波形正弦性畸變率是指電壓波形中不包括基波在內的所有各次諧波有效值平方和的平方根值與該波形基波有效值的百分比。對于軟鐵極靴，極間澆鑄非磁性材料，轉子上安裝阻尼籠等有阻尼系統的磁路結構，瞬態(tài)短路電流對永磁體的去磁作用大大減弱，并接近于穩(wěn)態(tài)。對于切向、徑向、混合式結構，可以將永磁材料等效地化為兩個恒磁通源并聯供應同一條外磁路的等效磁路。當轉子為一對極時，轉子旋轉一周，相繞組中的感應電勢正好交變一次（稱為交變了一個周波），實際電機有P對極。 工作原理 永磁同步發(fā)電機主要電磁結構為定子和轉子，定∕轉子之間有氣隙。 定子結構 定子鐵心是構成永磁電機磁通回路和固定定子線圈的重要部件，它由沖片和三相對稱繞組以及各緊固件壓緊成一個整體。表面式磁極的永磁體直接面對空氣隙，具有加工和安裝方便的優(yōu)點，但永磁體直接承受點電樞反應的去磁作用。2） 按所用材料分類，可分為單一式結構和混合式結構。永磁發(fā)電機的磁路形式多樣，有許多不同的分類方法。 從永磁電機的已有發(fā)展可以看出其發(fā)展是隨著永磁材料性能的不斷改進而發(fā)展起來。當代航空、航天用發(fā)電機幾乎全