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永磁同步电机磁路法设计方法分享

2018-12-04 11:37:21     来源:电机仿真技术交流        

【大比特导读】通过永磁电机的磁路计算,利用有关公式对初始设计方案进行性能校核,判断所得的计算结果与电机性能要求之间的误差是否在允许的范围内。

磁路设计的过程

1、电机设计时通常给定下列数据(性能要求):

1)额定功率 2)额定电压 3)相数及相间的连接方式;

4)额定频率;5)额定转速或同步转速;6)额定功率因数等。

2、电机设计流程

1)准备阶段 :收集资料,即相关的国家标准、相近的电机技术资料包括试验数据。在分析资料的基础上编制技术任务书。

2)电磁设计:根据技术任务书的规定,进行电磁计算,确定所设计的电机的冲片尺寸、铁心长度及电磁性能。

3)结构设计:确定电机的机械结构、零部件尺寸、加工要求与材料的规格等。

•磁路设计是根据对磁场的要求,合理地选择磁路的参数和材料,设计出工艺上可行、特性满足要求、经济性好、能充分发挥材料性能的磁路。

•对于给定的磁路,可以唯一地得到其磁路特性。

•若给定磁路特性的要求,则可能有多个磁路满足要求,而设计的目的就是找到一个满足要求的磁路

初步确定磁路结构

转子磁路结构不同,则电机的运行性能、控制系统、制造工艺和适用场合也不同。根据永磁体在转子上的位置不同,永磁同步电机的转子磁路结构通常分为两种:表贴式和内置式。

1)表贴凸出式转子磁路结构

其结构简单,制造成本较低,转动惯量较小,多用于矩形波永磁同步电动机和恒功率运行范围不宽的永磁同步电动机。

2)表贴插入式转子磁路结构

这种结构可充分利用转子结构磁路的不对称性所产生的磁阻转矩,提高电机的功率密度。制造工艺也较简单。通常用于某些调速永磁同步电动机中。

另外还有内置式和内置混合式:

永磁电机

确定各部分磁路的尺寸和材料

永磁体及其性能多种多样,如何选择合适的永磁材料直接关系到电机的性能和经济性。永磁体的选择应满足以下要求:

永磁体应能在指定的工作空间内产生所需要的磁场;

永磁体所建立的磁场应具有一定的稳定性,磁性能随工作温度和环境的变化应在允许范围内;

具有良好的耐腐性性能;

具有较好的力学特性,韧性好、抗压强度高、可加工等;

价格合理,经济性好永磁体材料的选择。

•铁氧体:适合于对电机体积、重量和性能要求不高,而对电机的经济性要求高的场合。

•铝镍钴:适合于对电机体积、重量和性能要求不高,但工作温度超过300度或要求温度稳定性好且电机的成本不高的场合。

•钕铁硼:适合于对电机体积、重量和性能要求很高,工作环境温度不高,对永磁体温度稳定性要求不高的场合。

•稀土钴:适合于对电机体积、重量和性能要求很高,工作环境温度高,要求温度稳定性好,制造成本不是主要考虑因素的场合。

•粘结永磁材料:适合批量大、磁极形状复杂、电机性能要求不高的场合。

永磁体尺寸的选择:

•在设计电机时,为了充分利用永磁材料,缩小永磁体和整个电机的尺寸,应力求用最小的永磁体体积在气隙中建立起具有最大的磁能的磁场。

•为分析简明起见,这里取退磁曲线为直线的永磁材料着手分析。设永磁体提提供的磁通为Φ,磁动势为F,则磁能为

电机设计

从而,得到永磁体的体积(cm3)

电机公式

采用等效磁路计算方法计算该磁路的特性判断误差是否在允许范围内

•采用等效磁路法,将电机空间内存在的不均匀分布的磁场转化成等效的多段磁路,并近似认为在每段磁路中磁通沿截面和长度均匀分布,将磁场的计算转化为磁路的计算,然后用各种系数来进行修正,是各段磁路的磁位差等于磁场中对应点之间的磁位差。通过积累一定的经验,取得各种实际的修正系数后,其计算精度可以满足工程实际的需要。

•通过永磁电机的磁路计算,利用有关公式对初始设计方案进行性能校核,判断所得的计算结果与电机性能要求之间的误差是否在允许的范围内。若在允许范围内,则磁路设计完成;反之,则需要调整磁路的尺寸、材料、磁路结构等,直至得到合理的磁路。

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