【正文】 ....................... 18 磁路計算 .......................................................................................... 20 參數計算 .......................................................................................... 23 交軸磁化曲線 .................................................................................. 26 工作特性計算 .................................................................................. 26 起動性能計算 ................................................................................ 29 本章小結 ................................................................................................. 32 哈爾濱理工大學學士學位論文 IV 第 4 章 永磁同步電動機的有限元仿真及方案分析 ...................................... 33 永磁同步電動機的有限元仿真 ............................................................. 33 空載仿真結果 .................................................................................. 35 負載仿真結果 .................................................................................. 38 仿真結果分析 ......................................................................................... 40 多方案分析 ............................................................................................. 41 本章小結 ................................................................................................. 41 結論 .................................................................................................................... 42 致謝 .................................................................................................................... 43 參考文獻 ............................................................................................................ 44 附錄 A 常用定、轉子槽比漏磁導計算 .......................................................... 45 附錄 B 外文文獻 .............................................................................................. 47 附錄 C 外文文獻翻譯 ...................................................................................... 59 哈爾濱理工大學學士學位論文 1 第 1章 緒論 永磁同步電 動 機概述 隨著永磁材料工藝的進步和電子電力技術的發(fā)展，永磁同步電動機逐漸克服技術難點，逐步占領市場。 本文 設計了一臺額定功率 15kW、額定轉速為 1500rpm 的永磁同步電動機。采用了高性能的釹鐵硼永磁材料提高電機的功率密度。永磁同步電動機與異步電機比較，有效率高、功率因數 高 、體積小、節(jié)能、 高功率密度、高力矩 /慣量比、結構緊湊等優(yōu)點的極具發(fā)展前景的新型電動機， 在當今強調節(jié)約、綠色概念的社會，節(jié)能和節(jié)約材料的永磁 同步電機 由于具有其他電動機所不可替代的優(yōu)越性 已經在國外蓬勃發(fā)展， 國內電機行業(yè)也以驚人的速度在發(fā)展 [1]。如果 37kW永磁同步電機代替 45kW~55kW的 Y系列電機，較好地解決了“大馬拉小車”的現象，節(jié)省了設備投入費用，提高了系統(tǒng)的運行效能。因此，既要研究開發(fā)適用于電機制 造廠使用的檢查永磁材料熱穩(wěn)定性的方法和裝置，又要分析各種不同結構型式的抗去磁能力，以便設計和制造時，采用相應措施保證永磁同步電機不失磁。 發(fā)展趨勢 根據反電勢波形的不同，交流永磁同步電動機可以分成兩大類 ： 方波驅動永磁同步電動機和正弦波驅動永磁同步電動機。運輸業(yè)和工業(yè)中諸如電動汽車、混合型 (內燃機與電動機并用 )動力汽車、列車、電梯、機床、機器人等，對大功率電動機的需求正在增長。該艦裝有兩臺 21MW 永磁同步電機在巡航或隱身時直接驅動螺旋槳。對于常微分方程，只要由輔助條件決定任意常數之后，其解就是唯一的。 法拉第電磁感應定律： BE t??? ?? ? (1— 1) 麥克斯韋安培定律： DHJ t??? ? ? ? (1— 2) 高斯電通定律： D ??? ? (1— 3) 高斯磁通定律： 0B?? ? (1— 4) 電荷守恒定律： J t???? ??? (1— 5) 電磁場的經典描述是麥克斯韋方程組，電機電磁場分析 — 般采用位函哈爾濱理工大學學士學位論文 5 數表示，位函數比場量本身更容易建立邊界條件。 電磁場教科書中常常稱狄利克萊邊界條件為第一類邊界條件，有限元計算領域，常常稱其為約束邊界條件，或本質邊界條件。 除此之外，有一些求解器中還有各自“特色”的邊界條件，如交變電場中的電阻邊界、渦流場中的阻抗邊界，主要用來模擬很薄的介質層。 稀土鈷永磁材料 稀土鈷永磁材料是 60 年代中期興起的磁性能優(yōu)異的永磁材料。它的磁性能高于稀土鈷永磁。因此需根據磁體 的使用環(huán)境來選擇合適的保護涂層。定子繞組通常由圓銅線繞制，為減小雜散損耗，大多采用雙層短距和星形接法，小功率電動機中也有采用單層繞哈爾濱理工大學學士學位論文 8 組的，特殊場合也有采用正弦繞組的。 轉子磁路結構 異步起動永磁同步電動機的永磁體放置在轉子上，其放置的方式影響到氣隙磁通、漏磁乃至電機的性能，是永磁同步電動機設計的核心問題。 總之，表面式轉子磁路結構的制造工藝簡單、成本低，應用較為廣泛，尤其適用于矩形 波永磁同步電動機。這類結構（圖 2— 5(a)）的優(yōu)點是漏磁系數較大、并且需采用相應的隔磁措施電動機的制造工藝和制造成本較徑向式結構有所增加。圖 2— 6 為幾種典型的隔磁措施。 永磁同步電動機由于在轉子上安放了永磁體，使得其起動過程比感應電動機更為復雜；在起動過程中既有平均轉矩，又有脈動轉矩， 且這些轉矩的幅值均隨電動機的轉速的變化而變化。這相當于又一臺感應電動機，但轉子是初級繞組，定子是次級繞組。 圖 2— 7 異步起動永 磁同步電動機的平均轉矩 — 轉差率曲線 本章小結 本章 首先 概要地介紹了 目前常見常用的幾種永磁材料的特點及使用時的注意事項，其次介紹了 永磁同步 電機基本組成部分 及常見的隔磁措施 ，并且分析了永磁同步電動機的基本工作原理 、 特點 及起動過程，并且詳細的分析了起動過程中的平均轉矩的變化 。 哈爾濱理工大學學士學位論文 13 第 3章 15kW 異步起動永磁同步電動機電磁計算 額定數據和技術要求 N 15P? kW m=3 Nl 380VU ? 50Hzf ? 2p? N ? ? % 表 3— 1 絕緣材料耐熱分級 [13] 耐熱等級 允許工作溫度 ℃ 主要絕緣材料 Y 90 棉紗絲綢；紙及其制品；木材；再生纖維素纖維；聚酰胺纖維 A 105 浸漬過 Y 級絕緣材料；酚醛樹脂；油性（ Q 型）漆包線絕緣；黃漆綢；丁腈橡膠；有機玻璃；油性瀝青漆 E 120 、 QA、 QAN 漆包線絕緣；聚酯薄膜；聚脂薄膜絕緣紙復合箔；熱固 性聚脂樹脂；三聚氰胺甲醛樹脂；熱固性合成樹脂膠；紙層壓制品；棉纖維層壓制品 B 130 QZ、 QZN 型漆包線絕緣；玻璃纖維、石棉、壓層制品；聚脂薄膜玻璃漆布復合箔；聚脂無紡布 聚酯薄膜聚脂無紡布復合箔 (D、 M、 D)；環(huán)氧酚醛層壓玻璃布板；熱固性合成樹脂膠；氨基醇酸絕緣漆；環(huán)氧樹脂絕緣漆；油改性合成樹脂漆 F 155 QZY 型漆包線絕緣；聚芳纖維紙薄膜復合箔；絕緣漆處理的玻璃纖維和石棉制品；云母制品和硅有機制品，耐熱優(yōu)良的醇酸、環(huán)氧、熱固性聚脂樹脂；有機硅絕緣膠；環(huán)氧樹脂無溶劑漆 H 180 無機物填 料塑料；硅有機橡膠；聚芳纖維紙薄膜復合箔；有機硅環(huán)氧層壓玻璃布板 C 180 QY 型漆包線絕緣；聚酰亞胺薄膜；聚四氟乙烯薄膜；聚酰亞胺層壓玻璃布板；云母、玻璃、石英、陶瓷；氟塑料安裝線 Ncos ? ? poN ? ? 哈爾濱理工大學學士學位論文 14 stN ? ? stN ? ? 單層交叉 、 Y 接 ： NlN 2 1 9 .3 9 V3UU ?? ： NNN N N 2 5 .6 6 Ac o sPI mU ???? ： N 60 1 5 0 0 r / m infn p?? ： NNN9 .5 4 9 9 5 .4 9 N mPT n? ? ? B 級 絕緣材料耐熱等級見表 3—1 電磁計算程序 主要尺寸 W60050 內置徑向“ W”型 圖 3— 1 轉子磁路結構 1— 轉軸 2— 永磁體槽 3— 永磁體 4— 轉子導條 ? ? 1 260mmD ? 哈爾濱理工大學學士學位論文 15 i1 170mmD ? 2 i1 2 168 .7 m mDD ?? ? ? i2 60mmD ? /轉子鐵心長度 12/ 190 / 190 m mLL ? 當定 /轉子鐵心長度相等時 e f a 2 191 .3 m mLL ?? ? ? /轉子槽數 12/ 36 / 32? 1 / (2 ) 3q Q m p?? i11 1 3 3 .5 2 m m2Dp?? ?? 2F e F e b F e 1( ) 96 .79 kgm L K D?? ? ? ? 式中 ? 為 沖剪余量 ； bL 為 1L 和 2L 中較大者 ； Fe? 為 鐵的密度 ； FeK 為 鐵心疊壓系數，一般可在 范圍內取，此 處 取 永磁體計算 NTP288H Brr r 2 0[ 1 ( 2 0 ) ] ( 1 ) 1 . 1 2 0 8 T1 0 0 1 0 0ILB t B?? ? ? ? ? 式中 r20B 為 20℃時的 剩磁密度 ； Br? 為 rB 的可逆溫度系數 ； IL 為 rB 的不可逆損失率 ； t 為 預計工作溫度 Brc c 2 0[ 1 ( 2 0 ) ] ( 1 ) 8 5 4 . 6 1 k A / m1 0 0 1 0 0ILH t H?? ? ? ? ? r 2 00 c 2 0 1 .0 4 4rBH? ??? M ?