【正文】 General Motors using finite element method for numerical calculation of magnetic field. This topic is intended for permanent magnet synchronous generator of main dimensions, rotor of permanent magnet structure, form of stator windings, number of stator laminations and Groove dimensions and the simulation of electromagnetic fields, mainly: the first describes the basic principles, characteristics of permanent magnet generator, design features and characteristics and selection of permanent magnet materials。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(jié)構(gòu)和原理 3 3 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) 3 定子結(jié)構(gòu) 3 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 8 8 8 9 9 10第4章 電磁設(shè)計程序 11： 11 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 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 25 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。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”。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。由于永磁材料的固有特性，它經(jīng)過預先磁化（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。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。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。 學生(簽名) 年 月 日 湖南工程學院應(yīng)用技術(shù)學院畢業(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 **** 學號 ************指導老師 ******* 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。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院應(yīng)用技術(shù)學院畢業(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》是在指導老師的指導下自主完成，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責任。設(shè)計(論文)的研究成果歸屬學校所有?！　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　? 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、撰寫實習報告　　　　　　　　　　　　　　　　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。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。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。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。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。 Second using traditional design methods on main dimensions, structure of the rotor, stator of electric motor winding design of forms and the related parameters。但當時所用的永磁材料是天然鐵礦石（Fe3O4）,磁能密度很低，用它制成的電機體積龐大，不久被電勵磁電機所取代。這段時期在永磁電機設(shè)計理論、計算方法、充磁和和制造技術(shù)等方面也都取得了突破性發(fā)展，形成了以永磁體工作圖圖解法為代表的一套分析研究方法。一直到上世紀60年代和80年代，稀土鈷永磁和釹鐵硼永磁（二者統(tǒng)稱稀土永磁）相繼問世，它們的高剩磁密度、高矯頑力、高磁能積和線性的退磁曲線等優(yōu)異性能特別適合制造電機，從而使永磁電機的發(fā)展進入一個新的歷史時期。1967年美國K??J?Strnat教授發(fā)現(xiàn)的釤鈷永磁為第一代稀土永磁，其化學式可以表示成RCO5（其中R代表釤、鐠等稀土元素），產(chǎn)品最大的磁能積現(xiàn)已超過199KJ∕m3（25MG?Oe）。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。目前正在研究新的、更高性能的永磁材料，如釤鐵氮永磁、納米復合稀土永磁等，希望能有更大的突破。永磁電機的定子由定子鐵心和定子三相對稱繞組構(gòu)成，其有別與電勵磁同步發(fā)電機的結(jié)構(gòu)是轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子主要由轉(zhuǎn)軸、永磁體及相關(guān)支撐部件組成。2 效率高，節(jié)能效果顯著 由于永磁體能產(chǎn)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(chǎn)品。4 過載能力強，適合于在各種惡劣環(huán)境下工作5 無電刷，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，使用壽命長 無電刷和滑環(huán)，同時轉(zhuǎn)子上既無線圈，也無電子元器件，轉(zhuǎn)子上的永磁體和鐵心固成一個剛性整體，結(jié)構(gòu)非常簡單，其可靠性和使用壽命都遠優(yōu)于常規(guī)的電勵磁發(fā)電機。采用稀土永磁后還可以增大氣隙磁密，并把電機轉(zhuǎn)速提高到最佳值，提高功率質(zhì)量比。其典型產(chǎn)品為美國通用電氣公司制造的150kVA 14極12000 r/min~21000r/min和100kVA6000 r/min的稀土鈷永磁同步發(fā)電機。永磁發(fā)電機也用作大型汽輪發(fā)電機的副勵磁機，80年代我國研制成功當時世界容量最大的40 kVA~160KVA稀土永磁副勵磁機，配備200MW~600MW汽輪發(fā)電機后大大提高電站運行的可靠性。目前，獨立電源用的內(nèi)燃機驅(qū)動發(fā)電機、車用永磁發(fā)電機、風輪直接驅(qū)動的永磁風力發(fā)電機正在逐步推廣。第2章 永磁同步發(fā)電機結(jié)構(gòu)和原理 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)由于其轉(zhuǎn)子磁場由永磁材料產(chǎn)生，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)多樣化。1） 按永磁體所在位置分類，可分為旋轉(zhuǎn)磁極式和旋轉(zhuǎn)電樞式。旋轉(zhuǎn)電樞式磁路結(jié)構(gòu)，其永磁體在定子上，電樞旋轉(zhuǎn)，永磁直流電機采用該種磁路結(jié)構(gòu)。在一臺電機中，只采用一種永磁材料，稱為單一式結(jié)構(gòu)，絕大多數(shù)電機都采用該種結(jié)構(gòu)。3） 按永磁體的安置方式分類，可分為表面式和內(nèi)置式。內(nèi)置式磁極的永磁體置于鐵心內(nèi)部，加工和安裝工藝復雜，漏磁大，但可以放置較多的永磁體來提高氣隙磁密，減小電機的重量和體積。5） 按永磁體磁化方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向的相互關(guān)系，可分為切向式、徑向式、混合式和軸向式。定子鐵心的基本要求：1）導磁性能好，損耗低；2）剛度好，振動小；3）結(jié)構(gòu)布置上有良好的通風冷卻效果；4）疊壓后鐵心內(nèi)徑和槽型尺寸應(yīng)滿足設(shè)計精度要求。定子交流繞組主要有以下幾種分類形式：1） 按相數(shù)分為單相，兩相和三相繞組；2） 按槽內(nèi)層數(shù)分為單層、雙層繞組，其中單層有等元件、交叉式和同心繞組，雙層繞組有波繞組和疊繞組，它們一般采用短距分布繞組形式；3） 按每極每相槽數(shù)分為整數(shù)槽繞組和分數(shù)槽繞組。定子上有AX,BY,CZ三相對稱繞組，相繞組由多匝串聯(lián)的繞組元件連接而成，每相繞組匝數(shù)相等，在空間上相差120度電角