null现代永磁电机理论与设计现代永磁电机理论与设计
主讲人： 韩雪岩 沈阳工业大学特种电机研究所 2008年1月null第一章 永磁电机的构成材料 永磁材料的性能和选用
铁心材料
导电材料
绝缘材料 null一、 永磁材料的性能和选用
（一）、永磁材料磁性能的主要参数
（二）、几种主要永磁材料的基本性能
（三）、永磁材料的选择和应用注意事项null（一）、永磁材料磁性能的主要参数
1、退磁曲线
2、回复线
3、内禀退磁曲线
4、稳定性null 1、退磁曲线
永磁材料用磁滞回线来
表
关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf
示永磁体的磁感应强度随磁场强度改变的特性，如图2-1所示。 图1-1 饱和磁滞回线 null退磁曲线：磁滞回线在第二象限的部分称为退磁曲线，它是永磁材料的基本特性曲线。图1-2（a） 退磁曲线 退磁曲线的两个极限位置是表征永磁材料磁性能的两个重要参数。
剩余磁感应强度，又称剩余磁通密度，简称剩磁密度 ，单位为T（习惯单位为Gs或G，1Gs＝10－4T）。
磁感应强度矫顽力，简称矫顽力 ，常简写为 ，单位为A/m（习惯单位为Oe，1Oe＝1000/（4 ）A/m＝79.577A/m 80A/m ）。null 退磁曲线的特点：永磁体是一个磁源。
为表述方便起见，实用上常取 的绝对值，或者说，把 轴
的正方向改变，负轴改为正轴。 图1-2（b） 退磁曲线 null磁能积：退磁曲线上任一点的磁通密度与磁场强度的乘积称为磁能积 图1-3 退磁曲线和磁能积曲线
1，2－退磁曲线 3，4－磁能积曲线 中间某个位置上磁能积为最大值，称为最大磁能积，符号为
单位为J/m3，它也是表征永磁材料磁性能的重要参数。 null对于退磁曲线为直线的永磁材料，显然在（ ）处磁能积最大，为2、回复线
实际上，永磁电机运行时受到作用的退磁磁场强度时反复变化的。 （1－1）null图1－4 （a） 回复线 多次反复后形成一个局部的小回线，称为局部磁滞回线。由于该回线的上升曲线与下降曲线很接近，可以近似地用一条直线 来代替，称为回复线。
这种磁密的不可逆变化将造成电机性能的不稳定，也增加了永磁电机电磁设计计算的复杂性，因而应该力求避免发生。 Hp外加退磁磁场
—回复线若HQ
方案
气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载
比较后确定。 null第三章 永磁同步电动机特点和分类
永磁同步电动机的结构
永磁同步电动机的稳态性能
永磁同步电动机磁路分析与计算
永磁同步电动机参数计算和分析
异步起动永磁同步电动机的起动过程 null一、特点和分类
1、特点 ：
结构较为简单，运行更为可靠 ,提高了效率和功率密度
2、分类：
（1）按工作主磁场方向的不同 径向磁场式
轴向磁场式
横向磁场式 null（2）按电枢绕组位置的不同 内转子式
外转子式 （3）按转子上有无起动绕组 无起动绕组的电动机
有起动绕组的电动机 （4）按供电电流波形的不同 矩形波永磁同步电动机
正弦波永磁同步电动机 null永磁电机基本部分
固定部分
转动部分
辅助部分定子机座
定子铁心
定子绕组
端盖及底板 转轴
转子铁心
转子绕组
风扇 1、总体结构二、永磁同步电动机的结构实心结构
叠片叠压结构null图3-1 永磁同步电动机结构示意图
1－转轴 2—轴承 3 —端盖4—定子绕组 5—机座 6—定子铁心
7—转子铁心8—永磁体 9—起动笼 10—风扇 11—风罩 null图4-2 永磁电机横截面示意图
1－定子 2－永磁体 3－转轴 4－转子铁心 定子铁心
转子铁心图4-3 非常规分布的永磁同步电动机绕组矩形波 采用集中整距绕组
正弦波 采用分布短距绕组
采用一些非常规绕组
减少杂耗 采用星形接法null2、转子磁极结构 永磁体在转子位置的不同 表面式
内置式
爪极式 凸出式
插入式 径向式
切向式
混合式 null（1）表面式转子磁极结构 （a）凸出式 （b)插入式
图4-4 表面式转子磁极结构
1—永磁体 2—转子铁心 3—转轴 特点：
工艺简单、成本低
无异步起动能力nullA）表面凸出式转子结构
特点：
结构简单、制造成本较低、转动惯量小
永磁磁极易于实现最优设计
B）表面插入式转子结构
特点：
动态性能较凸出式有所改善
漏磁因数和制造成本都较凸出式大。 null（2）内置式转子磁极结构 A）径向式结构 特点：
漏磁因数小
极弧因数易于控制
转子冲片机械强度高
安装永磁体后转子不易变形
次之null图3-5 内置径向式转子磁极结构
1—转轴 2—空气隔磁槽 3—永磁体 4—转子导条 null磁性转轴磁力线非磁性转轴磁力线模型null模型空载场磁力线null（B）切向式结构 特点：
漏磁因数较大，需采用相应的隔磁措施
制造工艺和制造成本较径向式结构有所增加
每极磁通由相邻两个磁极并联提供
磁阻转矩在电动机总电磁转矩的比例可达40％
最大null图3-6 内置切向式转子磁极结构
1—转轴 2—空气隔磁槽 3—永磁体 4—转子导条 null（C）混合式结构 特点：
结构和制造工艺较为复杂，制造成本也比较高
集中了径向式和切向式转子结构的优点 null图3-7 内置式混合式转子磁极结构
1－转轴 2—空气隔磁槽 3—永磁体 4—转子导条 null较大的 和凸极率（ ）可以提高电动机的牵入同步能力、磁阻转矩和电动机的过载倍数，因此设计高过载倍数的电动机时应充分利用大的凸极率所产生的磁阻转矩。 转子磁路结构选择注意：null（C）爪极式转子磁极结构 特点：
不具备异步起动能力
结构和工艺较为简单。 图3-8 爪极式转子磁极结构
1—左法兰盘 2—圆环形永磁体 3—右法兰盘 4—非磁性转轴 null3、隔磁措施图3-9 几种典型的隔磁措施
1—永磁体 2—永磁体槽 3—转子铁心 4—转轴 5—转子导条 1）隔磁磁桥宽度b 和隔磁磁桥长度w 的选取nullb）隔磁桥宽度b与σ0的关系
图3－10 隔磁桥尺寸对空载漏磁因数的影响a）隔磁桥长度w与σ0的关系null三、永磁同步电动机的稳态性能
区别1、稳态运行方程和相量图 null (a) (b) (c)
去磁性质 null (d) (e)
图3-11 永磁同步电动机几种典型相量图 null2、稳态运行性能分析计算
（1）电磁转矩和矩角特性 null
null永磁转矩磁阻转矩null （a） 计算曲线 （b）实测曲线
图3-12 永磁同步电动机的矩角特性 Tpo永磁电动机的失步转矩倍数Tpo=Tmax/TNnull（2）工作特性曲线 图3-13 工作特性曲线
1—功率因数曲线 2—效率曲线 3— 曲线 4— 曲线 null（3）损耗分析计算
A）定子绕组电阻损耗 B）铁心损耗 定子齿、轭磁密铁耗null图4－14 稀土永磁同步电动机铁耗－负载曲线nullC） 机械损耗
参考实测值或者其它电机的计算方法
1、轴承摩擦损耗
滑动轴承
滚动轴承
2、通风损耗
nullD） 杂散损耗null四、永磁同步电动机磁路分析与计算
1、磁路计算特点 图3－15 空载气隙磁密波形图 图3-16 实测永磁同步电动机空载气隙磁密波形 --气隙磁密--基波--3次谐波--5次谐波nullA）计算极弧因数
径向式表面式
切向式null (a) (b）
图3-17 径向充磁时永磁电机的计算极弧因数 null(a) ＝4， ＝1 (b) ＝8， ＝1 (c) ＝4， ＝2 (d) ＝8， ＝2 null(e) ＝4， ＝3 (f) ＝8， ＝3 图3-18 平行充磁时永磁电机的计算极弧因数 nullB） 气隙磁场波形因数 图3-19 永磁同步电动机空载气隙磁密近似波形 null磁位差计算
采用其他电机常用的方法。
区别：
计算气隙和齿部磁位差时应该用 而不是用
计算电机轭部磁位差时也应该用轭部铁心的有效总磁通
而不是基波磁通 null2、空载漏磁因数 (a)表面凸出式 (b)表面插入式
图3-20 表面式永磁同步电动机极间漏磁因数 1）表面式null图3-21 表面式永磁同步电动机端部漏磁计算因数 null2）内置式图3-22 内置式永磁同步电动机极间漏磁因数 －隔磁磁桥尺寸曲线 图3-23 内置式永磁同步电动机端部漏磁计算因数null图3-24 内置式永磁同步电动机极间漏磁因数 －永磁体尺寸曲线 (a) ＝0. 2cm (b) =0.4cm (c) =0.8cm null3、永磁体工作点的计算
（1）空载和负载工作点的计算特点
为避免混淆，以永磁同步电动机每对极的磁动势（A）和每极磁通（Wb）作为计算量。 空载负载null对径向式 结构null对切向式结构 负载null（2）最大去磁时永磁体工作点校核计算
对调速永磁同步电动机来说
异步起动永磁同步电动机
反接状态 起动过程中转子转速接近同步转速时电枢磁动势和转子磁场轴线重合且方向相反的位置为“反接位置”，这种运行状态，为“反接状态”。null(a) =0的向量图 (b) 0的向量图
图3-24 “反接状态”时电动机向量图null五、永磁同步电动机参数计算与分析
1、空载反电动势 图3-25 曲线 null表3-1 不同用途电动机 的取值范围 null图3-26 图 3-27 空载电流－ 曲线
--I0曲线--Id0曲线--Iq0曲线E0的设计，都将导致p0和I0上升，这是因为直轴电流分量|Id0|急剧增大。null2、交、直轴电枢反应电抗 1. 计算条件2. 计算过程“-”，去磁状态
“+”，增磁状态null（1） 给定某一转矩角 ；
（2） 假设交轴电流分量 ，则交轴电枢磁动势
（3）根据 由预先算得的 - 曲线查取相应的 ；
（4）由 求出交轴电枢反应电动势 （V）
（5）计算
（6）代入式
即可求出交轴电枢电流计算值 ；
（7）比较 ，重复（2）～（6）步，反复进行迭代计算，直至间的误差在容许范围内。 null 给定正弦量Fad，不同转子磁路结构的电动机产生的电枢反应磁通波形也不一致，存在一个磁通波形系数KΦq=Φaq1/Φaq。null 图3-28 “负载法”计算 和 的流程图 null 图3-29 对 的影响 图3-30 对 的影响
1－ 3A 2－ 6A 3－ 9A 1－ 3A 2－ 6A 3－ 9A
4－ 12A 5－ 15A 4－ 12A 5－ 15A 6－ 18Anull3、交、直轴电枢磁动势折算系数 表面凸出式 表面插入式和内置式 电磁场计算求解null六、异步起动永磁同步电动机的起动过程
在起动过程中也要求具有一定的起动转矩倍数、起动电流倍数和最小转矩倍数。
1、起动过程中的电磁转矩 A）起动转矩中的平均转矩 null图3-31 异步起动永磁同步电动机的平均转矩-转差率曲线
1— 曲线 2— 曲线 3— 曲线 4—1，2，3的合成曲线 nullnullB）起动过程中的脉动转矩 nullC）瞬态起动性能分析 （1）假定转子在时间 内旋转了 角度，由此确定出某时刻电动机的角速度 ；
（2）解场路耦合方程，得到该时刻的场分布，求出此时的电磁转矩；
（3）以（2）步算出的电磁转矩为已知量，解机械运动方程求得角速度 ；
（4）如果角速度计算值 与假定值 之间误差小于允许值，则继续计算 时刻，否则，修正旋转角速度 ，重复（2）、（3）两步。 null图3-32 某台永磁同步电动机起动过程的瞬态性能曲线
1—瞬态转矩 2—负载转矩 null2、起动过程中的定子电流 3、牵入同步过程
A)牵入同步机理注：永磁同步电动机的起动电流比同规格的普通感应电动机的大null图3-33 永磁同步电动机的矩角特性 null图3-34 同步过程的转差率-转矩角曲线 null电动机能够牵入同步的最大转动惯量 null给定电动机的一个负载转矩 求出对应的稳定工作点的转矩角 和非稳定工作点处的转矩角 和代入求解代入nullB）牵入同步能力的实用计算方法 图3-35 临界 － 曲线 null牵入同步能力会提高 牵入同步能力会降低 永磁体对电动机牵入同步能力的影响null大容量电机小容量电机牵入同步能力影响不大 牵入同步能力影响大 定子绕组电阻对电动机牵入同步能力的影响接近同步转速null七、异步起动永磁同步电动机的设计特点 确定主要尺寸
选择永磁材料
估算永磁体尺寸
设计定、转子冲片
选择绕组数据设计任务null1）确定主要尺寸
定子冲片内径 和电枢计算长度A 替代原来的感应电动机
B 直接利用某特定的定子冲片
C 仅给定电动机的性能指标 nulla）电磁负荷的选择nullb)热负荷的选择 单位：nullc）气隙的选择 单位：mmnullnull2）永磁体尺寸的估算轴向长度 、磁化方向长度 和宽度
的确定应使电动机的直轴电抗合理
不能过薄
应使永磁体工作于最佳工作点
为调整电动机的性能，常常要调整 null内置径向式 内置切向式 null3）定、转子槽数的选择
选定为极数的整数倍
定子斜槽 null4）定转子槽形选择 与设计
（1）使槽有足够的截面积，以保证槽内导体电密在一定范围内；
（2）有足够的齿宽和轭高，使铁心齿部、轭部磁密不致过高。由于机械强度或工艺限制，轭高和齿根宽度也不宜过小；
（3）为减小漏磁，转子槽底宽度不宜过小。null表3-2 定子槽形的特点及适用范围 null表3-3 转子槽形的特点及适用范围 null 表3-3 转子槽形的特点及适用范围 续表 null6）电枢绕组设计 异步起动永磁同步电动机通常采用Y接的双层短距绕组以避免电动机绕组中产生环流，并削弱电动势谐波。 null7）槽满率null8）损耗铁耗修正系数null9）提高异步起动永磁同步电动机功率密度和起动性能的措施 提高功率密度磁阻转矩永磁转矩null10）提高异步起动永磁同步电动机效率和功率因数的措施 图3-36 永磁同步电动机与感应电动机的效率和功率因数
1—永磁同步电动机 2—感应电动机 null杂耗定子斜槽
采用闭口槽
磁性槽楔槽漏抗机械耗手算设计程序数据手算设计程序数据nullnullnull手算设计方案
1、方案1
2、方案2
null手算设计方案
3、方案3
4、方案4
null手算设计方案
5、方案5
6、方案6
浙公网安备 33021202002483