【正文】 將來永磁電機的發(fā)展將與永磁材料及永磁電機的控制聯(lián)系得更加緊密，只有很好的解決永磁材料的磁性能及其相關的不穩(wěn)定因素，才能使永磁電機跟好的往大功率化、微型化和高性能化等方向發(fā)展。電機的損耗從瞬態(tài)經過近一個周期的時間的衰變將趨于穩(wěn)定狀態(tài)，并隨著時間周期變化，其變化的頻率為電壓∕電路的兩倍。當發(fā)電機帶額定三相對稱負載運行時各相電流波形為上圖所示；圖中黃、綠、紅分別為A、B、C三相的負載電流波形，其中B相滯后于A相120度電角度、C相滯后于B相120度電角度。本發(fā)電機在其他參數(shù)不變的情況下，通過改變永磁體磁化方向長度和氣隙大小進行分析，并通過兩個軟件進行仿真對比，從而使得電機的設計更結合理。切向式磁路結構永磁體的磁化方向為轉子圓周的切線方向；永磁體并聯(lián)作用，由兩個永磁體截面對氣隙提供每極磁通，可以提高氣隙磁通密度，但是永磁體的磁化方向與磁通軸線接近垂直且離氣隙較遠。 固有電壓調整率和降低措施 永磁同步發(fā)電機制成后，氣隙磁場調節(jié)困難。空載氣隙磁場可近似看成寬度為，幅值為的矩形波。在原動機拖動發(fā)電機轉子以恒定轉速n（同步轉速）旋轉時，磁極的磁力線將切割定子繞組導體，在定子導體中感應出交變電勢，當定子三相繞組外接三相對稱負載時，便會在三相繞組中感生出三相對稱電流，從而實現(xiàn)將機械能轉化為電能。旋轉電樞式磁路結構，其永磁體在定子上，電樞旋轉，永磁直流電機采用該種磁路結構。2 效率高，節(jié)能效果顯著 由于永磁體能產生恒定不變的磁場，這樣就省去了勵磁損耗，因此三相永磁同步發(fā)電機比常規(guī)發(fā)電機明顯節(jié)約能量；其效率能提高1015%，是一種典型節(jié)能產品。 Second using traditional design methods on main dimensions, structure of the rotor, stator of electric motor winding design of forms and the related parameters。設計(論文)的研究成果歸屬學校所有。目 錄摘 要 IAbstract II第1章 緒 論 1 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)電機結構和原理 3 3 轉子結構 3 定子結構 3 4 工作原理 4 運行特性 4 永磁同步發(fā)電機的設計特點 6 永磁材料和轉子結構的選擇 6 固有電壓調整率和降低措施 6第3章 設計方案 8 8 8 8 9 9 10第4章 電磁設計程序 11： 11 11 轉子結構尺寸: 13 定子繞組和定子沖片尺寸 13 磁路計算 16 電壓調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 25 25 Maxwell2D 動態(tài)仿真和相關參數(shù)設置 36 動態(tài)性能曲線及分析 37 結論 40結束語 42參考文獻 43致 謝 44附 錄 永磁同步發(fā)電機的設計及磁場有限元分析永磁同步發(fā)電機的設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。 永磁同步發(fā)電機顯著優(yōu)點永磁同步發(fā)電機的結構與電勵磁同步發(fā)電機的結構大體相似，其主要結構分別由定子、轉子和機座組成。永磁發(fā)電機的磁路形式多樣，有許多不同的分類方法。 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。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。（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。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。傳統(tǒng)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。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。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。 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(shù)據(jù)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(tǒng)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。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。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。（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(xiàn)Maxwell2D的主窗口（如下圖415）。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。其具體尺寸見（附錄1）。 從永磁同步發(fā)電機的電壓平衡方程中可以得知，為了降低電壓調整率必須在給定的空載電勢E0的情況下盡量增大輸出電壓U。退磁曲線上的兩個極限位置是表征永磁材料磁性能的兩個重要參數(shù)。 運行特性永磁同步發(fā)電機的運行性能的主要三個重要性能指標：固有電壓調整率、短路電流倍數(shù)、電壓波形正弦性畸變率?；旌鲜浇Y構通常采用兩種性能特點不同的永磁體（將矯頑力低的永磁體置于磁極的前部，將矯頑力高的永磁體置于磁極后部），揚長避短，充分發(fā)揮永磁材料的優(yōu)勢，提高電機的性能，降低制造成本。 永磁同步發(fā)電機的發(fā)展方向和前景永磁同步發(fā)電機有別于傳統(tǒng)電勵磁同步發(fā)電機，其最主要的區(qū)別在于轉子采用永磁材料來產生磁場；其次永磁同步發(fā)電機與不需要集電環(huán)和電刷裝置，結構簡單，減少了故障率，可靠性得到了很大的提高。20世紀30年代出現(xiàn)的鋁鎳鈷永磁（最大磁能積可達85KJ∕m3）和50年代出現(xiàn)的鐵氧體永磁材料（最大磁能積現(xiàn)可達40 KJ∕m3），磁性能有了很大的提高，各種微型和小型電機也紛紛使用永磁體來勵磁。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。永磁電機的應用從最初的單一領域而發(fā)展到如今的國防、工農業(yè)生產和人們日常生活等更為廣泛的應用領域；同時也隨著各種現(xiàn)代化技術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。1983年日本住友特殊金屬公司和美國通用汽車公司各自研制成功釹鐵硼（NdFeB）永磁，∕m3（?Oe）， KJ∕m3（50MG?Oe），稱為第三代稀土永磁。目前，獨立電源用的內燃機驅動發(fā)電機、車用永磁發(fā)電機、風輪直接驅動的永磁風力發(fā)電機正在逐步推廣。定子鐵心的基本要求：1）導磁性能好，損耗低；2）剛度好，振動?。?）結構布置上有良好的通風冷卻效果；4）疊壓后鐵心內徑和槽型尺寸應滿足設計精度要求。短路電流的作用，對于無極靴的轉子磁路結構，由于永磁體的電阻率很大，幾乎沒有阻尼作用，固瞬態(tài)短路電流的去磁作用很大。如果下降到最低點時消去外加退磁磁場強度，則磁通密度并不沿退磁曲線回復。第3章 設計方案對于永磁材料的選擇原則為：1） 永磁體應能保證電機氣隙中有足夠大的氣隙磁場和規(guī)定的電機性能指標；2） 在規(guī)定的環(huán)境條件、工作溫度和使用條件下應能保證磁性能的穩(wěn)定；3） 有良好的經濟性能及加工裝配方便；4） 經濟性好，價格便宜。由實際的物理模型中推導出來得平衡方程式被使用到每個點上，由此產生了一個方程組。點擊view∕winding layout顯示圖 圖中真實地反映了定子繞組在定子槽中所放置的順序，即各相繞組排列方式。 動態(tài)性能曲線及分析（1）在Maxwell2D主窗口中，點擊下拉菜單Post Process∕Transient Data ,彈出PlotData窗口和Open小窗口。有限元突出的優(yōu)點： 1 適用于具有復雜邊界形狀或邊界條件，含有復雜媒質的定解問題 2 其分析過程易于實現(xiàn)標準化，并能得到通用的計算程序且計算精度高 3 能求解非線性問題總之在電機電磁設計過程當中采用磁場有限元分析法是一種非常行之有效的方法，利用有限元分析軟件對電機磁場進行分析和建模仿真使設計得到進一步的優(yōu)化，能縮短電機的設計周期和提高電機的設計質量以及各種材料的利用率。其次我還需感謝學校圖書館所提供給我們一個能全面查詢的專業(yè)書籍和永磁電機的設計案例的平臺，我從中能了解到電機設計過程中應注意的各種參數(shù)變化、和分析研究方法，為自己能勝利完成此次的設計工作起到了非常之大的作用。從仿真所輸出的數(shù)據(jù)、圖形和曲線能得出以下幾點結論：a) 永磁體的類型和尺寸直接影響電機的功率和體積大小，永磁體的體積并不是越大越好。（5）設置參數(shù)： 設置鐵心損耗參數(shù)，選擇鐵心牌號為M1924G，并導入其磁滯損耗曲線。3）輸入定子繞組數(shù)據(jù)鐵心長度170mm、定子沖片型號M1924G、并聯(lián)支路數(shù)每槽導體數(shù)3節(jié)距8以及繞組形式。第4章 電磁設計程序（1）額定功率： PN=（2）相數(shù)： m=3（3）額定電壓（線電壓）：UN=400V 額定相電壓（Y型接法）：V（4）額定相電流： A（5）效率： （6）功率因數(shù)： （滯后）（7）額定轉速： （8）額定頻率: （9）冷卻方式: 空氣冷卻（10）轉子結構方式：切向套環(huán)式（11）固有電壓調整率：（12）永磁材料牌號：N35H（13）預計工作溫度：（14）剩余磁通密度： 工作溫度時的剩磁密度： （15）計算矯頑力 工作溫度時的計算矯頑力： （16）相對回復磁導率： 真空磁導率，（17）在最高工作溫度時退磁曲線拐點位置（18）永磁體磁化方向長度：（19）永磁體寬度：（20）永磁體軸向長度：（21）永磁體段數(shù)：（22）極對數(shù)： （23）永磁體每極截面積: 切向結構 （24）永磁體每對極磁化方向長度： （25）永磁體體積: （26）永磁體質量：釹鐵硼永磁 轉子結構尺寸（27）氣隙長度: 均勻氣隙 空氣隙長度（cm） :無緯玻璃絲帶厚度或非磁性材料套環(huán)厚度，cm（28）轉子外徑:（29）軸孔直徑：（30）轉子鐵心長度： （31）襯套厚度：切向套環(huán)結構 其中 （32）極距： （33）極弧系數(shù)：（34）極間寬度： 定子繞組和定子沖片尺寸（35）定子外徑：（36）定子內徑： （37）定子鐵心長度：（38）每極每相槽數(shù)：（39）定子槽數(shù)：（40）繞組節(jié)距：（41）短距系數(shù)：雙層繞組（42）分布系數(shù)： （43）斜槽因數(shù)： 斜槽中心角， 斜槽寬距離，（44）繞組系數(shù)： （45）預估永磁體空載工作點：（46）預估空載漏磁系數(shù)：（47）預估空載磁通： （48）預估空載電動勢： V（49）繞組每相串聯(lián)匝數(shù)： （50）每槽導體