【正文】 ivalent Br (Tesla): Equivalent Hc (kA/m): Estimated Rotor Inertia (kg m^2): Ansoft中RMxprt模塊是基于傳統(tǒng)電機設(shè)計方法（路的計算方法）而進行的電磁設(shè)計參數(shù)優(yōu)化，仿真輸出主要參數(shù)如下：（線電壓）Load Line Voltage (V): （線電流）RMS Line Current (A): （相電流）RMS Phase Current (A): （輸出功率）Output Power (W): （功率因數(shù)）Power Factor: （效率）Efficiency (%): 從以上參數(shù)可以看出電磁設(shè)計中的各項指標已達設(shè)計任務書的全部要求，已達最優(yōu)電磁設(shè)計的目的。（2）圖形：圖 ∕轉(zhuǎn)子截面圖上圖中為RMxprt運行后自動生成的電機定∕轉(zhuǎn)子橫截面圖。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。（3）輸出曲線：在Asoft∕RMxprt的Performance Curves能清晰的查看所設(shè)計電機中各參數(shù)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。圖 圖中紅色的曲線為槽中每根導體所感應出來的電勢曲線。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。從以上兩張圖形的曲線可以清晰的看出空載下各匝線圈的感應電勢的波形和空載氣隙磁通的波形基本是相似的，空載磁通在定子線圈中感應出與其同相位的感應電勢；但是每匝線圈中的電勢波形畸變率非常大，通常采用分布和短距的繞組形式能有效地消除感應電勢的奇次（主要是5次和7次）諧波。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。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。∕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(guān)參數(shù)設(shè)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。分別在Project Name和Path欄中輸入項目名稱和路徑，點擊Creat完成Maxwewll2D項目的創(chuàng)建。（2）幾何模型的設(shè)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）。圖 Maxwell2D項目（3）設(shè)置材料特征(Setup Materials)： 點擊Setup Material，進入材料管理窗口加入新的非線性鐵磁材料M1924和新的永磁材料N35H及相關(guān)結(jié)構(gòu)組件的材料屬性。（4）設(shè)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(shè)置定子繞組參數(shù)、定子外徑邊界值、外部電路。（5）設(shè)置參數(shù)： 設(shè)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。（6）設(shè)置求解條件： a 對自動生成的有限元網(wǎng)絡剖分進行局部細化； b 設(shè)置動態(tài)分析的有關(guān)選項； c 運動關(guān)系設(shè)置。（7）求解： 點擊下拉菜單命令Solve∕Nominal Problem,開始進行有限元分析計算。在計算過程中，可以用REFRESH命令觀察電壓電流等相關(guān)動態(tài)曲線。 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。（2）在Open窗口中雙擊某項特性數(shù)據(jù)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 2D網(wǎng)絡分割圖在Asoft∕Maxwell2D中基于有限元的分析思想將電機的氣隙磁場進行二維建模，首先必須根據(jù)電機2D模型的邊界對電機將磁場分割成有限個單位元，然后才能對所設(shè)計的電機磁場進行瞬態(tài)仿真和分析，最后輸出電機的各個參數(shù)隨時間變化的波形曲線。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(shè)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。,（三個磁場周期）總的時間為三個磁場周期。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。電機的損耗從瞬態(tài)經(jīng)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。因為在電壓∕電流交變一次，轉(zhuǎn)子磁場轉(zhuǎn)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(guān)系。圖 圖 在電機從瞬態(tài)進入穩(wěn)態(tài)的電壓∕電流隨時間變化的波形中能看出電機從啟動到穩(wěn)定運行時，端電壓∕電流是頻率為50Hz、正弦波變化，都能符合設(shè)計任務書所給的要求，在外加三相對稱負載的情況下能很好地穩(wěn)定運行。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。圖 結(jié)論 本章首先利用有限元分析軟件Ansoft RMxprt 對所設(shè)計的永磁同步發(fā)電機結(jié)構(gòu)參數(shù)進行分析并確定了此設(shè)計電機的最優(yōu)化參數(shù)；其次通過在Maxwell 2D 中建立二維動態(tài)模型來進一步對電機的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)進行有限元分析。仿真結(jié)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(shè)計提供了基礎(chǔ)。從仿真所輸出的數(shù)據(jù)、圖形和曲線能得出以下幾點結(jié)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。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(zhuǎn)換。選擇合理的氣隙大小可以提高永磁體的利用率和電機的效率又可以減少電樞反應對電機的影響。c) 電機的磁場分布比較合理，磁場飽和區(qū)域少。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(zhì)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(shè)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(shè)計得到進一步的優(yōu)化，能縮短電機的設(shè)計周期和提高電機的設(shè)計質(zhì)量以及各種材料的利用率。結(jié) 束 語在此次的畢業(yè)設(shè)計課題研究當中，首先利用電機傳統(tǒng)的設(shè)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(guān)參數(shù)，求出電機的各種損耗及效率。傳統(tǒng)的永磁電機磁場都采用解析法來進行計算，在本設(shè)計課題是基于磁場的有限元的分析法軟件Ansoft對電機的電磁設(shè)計進行參數(shù)優(yōu)化和對氣隙磁場進行二維建模仿真，從有限元的分析思想對電機從瞬態(tài)到穩(wěn)定進行有限元分析，通過Asoft軟件的仿真輸出波形和數(shù)據(jù)中得出電機的運行情況以及設(shè)計當中所需改進的方面。 通過仿真的輸出的氣隙磁場、線圈感應電勢、齒槽轉(zhuǎn)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(guān)數(shù)據(jù)結(jié)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(shè)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。但是永磁電機的磁場不可調(diào)節(jié)性和磁性材料的各種不穩(wěn)定性仍然是阻礙永磁體在電機中應用的最主要因素?，F(xiàn)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(shù)不高仍是限制其在更廣領(lǐng)域應用的最主要因素之一。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(guān)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。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(shù)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*****。*****從一開始的畢業(yè)設(shè)計課題的選定，到最后的整個畢業(yè)設(shè)計論文的完成，都非常耐心的對我進行指導，推薦給我大量電機設(shè)計、磁場有限元分析參考書籍和指導性建議；同時給予我應該注意的細節(jié)問題和指出在設(shè)計中出現(xiàn)的錯誤。在她的指導下自己對永磁同步發(fā)電機的電磁設(shè)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。她對永磁電機的設(shè)計和磁場分析領(lǐng)域的專業(yè)研究和對該課題深刻的見解，使我受益匪淺。*****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。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(shè)計案例的平臺，我從中能了解到電機設(shè)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(shè)計工作起到了非常之大的作用。在本次的設(shè)計工作過程中通過老師的耐心指導和自己查閱相關(guān)設(shè)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。在此，謹向?qū)W校和******老師致以崇高的敬意，以及在此過程中給予我寶貴意見的同學表示衷心的感謝！ ******** 2012年6月 45