《毕业设计（论文）内置式异步起动永磁同步电动机设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计（论文）内置式异步起动永磁同步电动机设计（74页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、哈尔滨理工大学学士学位论文内置式异步起动永磁同步电动机设计摘要随着永磁材料工艺的进步和电子电力技术的发展，永磁同步电动机逐渐克服技术难点，逐步占领市场。永磁同步电动机与异步电动机相比，有效率高、功率因数高、体积小、节能等优势。在当今强调节约、绿色概念的社会，节能和节约材料的永磁同步电机已经在国外蓬勃发展，而在国内电机行业也以惊人的速度在发展。本文设计了一台额定功率15kW、额定转速为1500rpm的永磁同步电动机。采用了高性能的钕铁硼永磁材料提高电机的功率密度。主要进行了电机的磁路计算、绕组计算、参数计算、损耗计算。通过改变电动机电枢铁心长径、磁钢片厚度、气隙长度和定、转子槽配合方式，对比分析
2、了电动机的性能，对电动机进行优化设计，实现小型化和高效节能运行的目的，并且降低了电动机的成本。利用基于有限元Ansoft软件进行了电机参数的相关计算，与电机设计的传统磁路法进行了对比，分析了两者之间的误差以及误差产生的原因，提高了电机设计的准确性。关键词永磁同步；电磁计算；有限元仿真Design of Internal Rotor Line Start Permanent Magnet Synchronous MotorAbstractWith advances in magnetic materials technology and electronic power technology d
3、evelopment, technical difficulties are gradually being overcome; the market is gradually being occupied by permanent magnet synchronous motor. Permanent magnet synchronous motors compare to asynchronous motors, there are high efficiency, high power factor, small size, energy-saving advantages. In to
4、days emphasis on saving energy, with the concept of environment protection, energy-saving materials, permanent magnet synchronous motor has been flourishing in foreign countries, and in the national domestic, motor industry at an alarming rate in the development.Depended on the practical technical r
5、equirements, a high performance NTP permanent magnet motor is designed. The rated speed is 1500rpm, and the rated power is 15kW. The magnetic circuit design, winding design, parameter calculation and loss calculation are carried on. The inductance parameter that impacts the control performance of th
6、e motor is calculated and simulated by Ansoft, and the result is compared to the conventional magnetic circuit calculation. Through the change of the length of length armature, the thickness of the silicon steel sheet, air gap length and the pole slot number, the motor design is optimized. The low c
7、ost, small volume and high efficiency motor is obtained.Keywords Permanent magnet synchronous；Electromagnetic calculation; FEM simulation 不要删除行尾的分节符，此行不会被打印- I -目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 永磁同步电动机概述11.1.1 永磁同步电动机特点11.1.2 存在问题21.1.3 发展趋势21.2 电磁场有限元分析简介41.3 本文主要研究内容5第2章 异步起动永磁同步电动机的基本原理62.1 稀土永磁材料62.1.1
8、 稀土钴永磁材料62.1.2 钕铁硼永磁材料62.2 基本结构72.2.1 定子结构72.2.2 转子结构82.2.3 转子磁路结构82.3 工作原理112.4 本章小结12第3章 15kW异步起动永磁同步电动机电磁计算133.1 额定数据和技术要求133.2 电磁计算程序143.2.1 主要尺寸143.2.2 永磁体计算153.2.3 定、转子冲片163.2.4 主要尺寸163.2.5 绕组计算183.2.6 磁路计算203.2.7 参数计算233.2.8 交轴磁化曲线263.2.9 工作特性计算263.2.10 起动性能计算293.3 本章小结32第4章 永磁同步电动机的有限元仿真及方案分
9、析334.1 永磁同步电动机的有限元仿真334.1.1 空载仿真结果354.1.2 负载仿真结果384.2 仿真结果分析404.3 多方案分析414.4 本章小结41结论42致谢43参考文献44附录A 常用定、转子槽比漏磁导计算45附录B 外文文献47附录C 外文文献翻译59千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行- IV -第1章 绪论1.1 永磁同步电动机概述随着永磁材料工艺的进步和电子电力技术的发展，永磁同步电动机逐渐克服技术难点，逐步占领市场。永磁同步电动机与异步电机比较，有效率
10、高、功率因数高、体积小、节能、高功率密度、高力矩/惯量比、结构紧凑等优点的极具发展前景的新型电动机，在当今强调节约、绿色概念的社会，节能和节约材料的永磁同步电机由于具有其他电动机所不可替代的优越性已经在国外蓬勃发展，国内电机行业也以惊人的速度在发展1。永磁同步电动机，不需要无功励磁电流，可以显著提高功率因数（可达到1、甚至容性），减少了定子电流和定子电阻损耗，而且在稳定运行时没有转子电阻损耗，进而可以因总损耗降低而减小风扇（小容量电机甚至可以去掉风扇）和相应的风摩损耗，从而使其效率比同规格感应电动机可提高28个百分点。而且，永磁同步电动机在25%120%额定负载范围内均可保持较高的效率和功率因
11、数，使轻载运行时节能效果更为显著。1.1.1 永磁同步电动机特点永磁同步电机采用永磁体励磁，具有电励磁电机无可比拟的优点2-3。具体说明如下：1.效率高 在转子上嵌入永磁材料后，在正常工作时转子与定子磁场同步运行，转子绕组无感生电流，不存在转子电阻和磁滞损耗，提高了电机效率。2.功率因数高 永磁同步电机转子中无感应电流励磁，定子绕组呈现阻性负载，电机的功率因数近于1，减小了定子电流，提高了电机的效率。同时功率因数的提高，提高了电网品质因数，减小了输变电线路的损耗，输变电容量也可降低，节省了电网投资。3.起动转矩大 在需要大起动转矩的设备(如油田抽油电机)中，可以用较小容量的永磁电机替代较大容量
12、的Y系列电机。如果37kW永磁同步电机代替45kW55kW的Y系列电机，较好地解决了“大马拉小车”的现象，节省了设备投入费用，提高了系统的运行效能。4.力能指标好 Y系列电机在60%的负荷下工作时，效率下降15%，功率因数下降30% ，力能指标下降40%；而永磁同步电机的效率和功率因数下降甚微，当电机只有20%负荷时，其力能指标仍为满负荷的80%以上。5.温升低 转子绕组中不存在电阻损耗，定子绕组中几乎不存在无功电流，因而电机温升低。6.体积小，重量轻，耗材少 同容量的永磁同步电机体积、重量、所用材料可以减小30%左右。7.可大气隙化 便于构成新型磁路。8.电枢反应小 抗过载能力强4。1.1.
13、2 存在问题在开发高性能永磁同步电机过程中，取得上述成果的同时，也得到了一些问题5，有待于更深入地研究和探索。1.不可逆退磁问题 如果设计或使用不当，永磁同步电机在过高(钕铁硼永磁)或过低(铁氧体永磁)温度时，在冲击电流产生的电枢反应作用下，或在剧烈的机械振动时有可能产生不可逆退磁，或叫失磁，使电机性能下降，甚至无法使用。因此，既要研究开发适用于电机制造厂使用的检查永磁材料热稳定性的方法和装置，又要分析各种不同结构型式的抗去磁能力，以便设计和制造时，采用相应措施保证永磁同步电机不失磁。2.成本问题 铁氧体永磁同步电机由于结构工艺简单、质量减轻，总成本一般比电励磁电机低，因而得到了广泛应用。由于
14、稀土永磁目前的价格还比较贵，稀土永磁电机的成本一般比电励磁电机高，这需要用它的高性能和运行费用的节省来补偿。在设计时既需要根据具体使用场合和要求进行性能、价格的比较后取舍，又要进行结构工艺的创新和设计优化，以降低成本。3.控制问题 永磁同步电机不需外界能量即可维持其磁场，但这也造成从外部调节、控制其磁场极为困难。但是随着MOSFET、IGBT等电力电子器件和控制技术的发展，大多数永磁同步电机在应用中，可以不进行磁场控制而只进行电枢控制。设计时需把永磁材料、电力电子器件和微机控制三项新技术结合起来，使永磁同步电机在崭新的工况下运行。此外，以永磁同步电机作为执行元件的永磁交流伺服系统，由于永磁同步
15、电机本身是具有一定非线性、强耦合性和时变性的系统，同时其伺服对象也存在较强的不确定性和非线性，加之系统运行时易受到不同程度的干扰，因此采用先进控制策略、先进的控制系统实现方式(如基于DSP控制)，从整体上提高系统的智能化和数字化水平，这应是当前发展高性能永磁同步电机伺服系统的一个主要突破口6。1.1.3 发展趋势根据反电势波形的不同，交流永磁同步电动机可以分成两大类：方波驱动永磁同步电动机和正弦波驱动永磁同步电动机。交流永磁同步电动机的发展是与永磁材料技术、电机结构、电力电子技术、微电子技术和电机控制理论的发展历史是紧密相关的。永磁同步电机以其效率高、比功率大、结构简单、节能效果显著等一系列优点在工业生产和日常生活中逐步得到广泛应用。尤其是近年来高耐热性、高磁性能钕铁硼永磁体的成功开发以及电力电子元件的进一步发展和改进，稀土永磁同步电机的研究开发在国内外又进人了一个新的时期，在理论研究和应用领域都将产生质的飞跃，目前正向超高速、高转矩、大功率、微型化、高功能化方向发展。1.超高速电机 永磁同步电机不需要励磁绕组，结构比较简单，磁场部分没有发热源，不需要冷却装置，材料的矫顽力高，气隙长度可以取较大值从而使大幅度提高转速成为可能。目前已制成的电机，如美国通用电气公司研制的、的径向气隙
