永磁同步电机计算

永磁同步电机设计1电机仿真模型NSNSNSNS（a）原型电机（b）新型电机图1PM-Y2-180-4电机整体有限元仿真模型图2新型电机转子1/4模型2静态有限元仿真结果比较2.1永磁磁场分布当永磁体单独作用时，两种电机的磁力线分布如图3所示。（a）原型电机（b）新型电机图3两种电机永磁磁场分布2.2永磁气隙磁密波形当永磁体单独作用时，两种电机一个周期范围（即一对永磁体范围）的永磁气隙磁密波形如图4所示。（a）原型电机（b）新型电机050100150200250300-1.25-1-0.75-0.5-0.2500.250.50.7511.25Distance/mmBr/T原型电机新型电机（c）两种电机比较图4两种电机永磁气隙磁密分布3空载稳态有限元仿真结果比较3.1空载永磁磁链、空载永磁反电势波形空载情况下，两种电机的三相绕组电流均设置为零，电机中磁场由永磁体单独产生。设置电机稳态运行转速为n=3000r/min，可得到两种电机的空载永磁磁链、空载永磁反电势波形分别如图5、图6所示。由于三相绕组对称，在此仅给出A相绕组仿真结果。048121620-0.6-0.4-0.200.20.40.6时间/ms空载永磁磁链/Wb原型电机新型电机图5两种电机空载永磁磁链048121620-400-300-200-1000100200300400时间/ms空载反电势/V原型电机新型电机图6两种电机空载永磁反电势3.2空载永磁磁链、空载永磁反电势谐波分析利用Matlab对图5、图6的波形进行傅里叶分析，可得到两种电机磁链及反电势的各次谐波分量，如图7所示。2345678910111213141501234谐波次数相对于基波分量百分比/%原型电机新型电机23456789101112131415024681012谐波次数相对于基波分量百分比/%原型电机新型电机（a）空载永磁磁链（b）空载永磁反电势图7磁链及反电势谐波分量分析通过对两种电机的空载永磁磁链和空载永磁反电势进行谐波分析，得到以下结论：（1）3次谐波分量是主要谐波分量；（2）偶次谐波分量几乎为零，奇次谐波分量相对较大；（3）采用新型电机结构可在一定程度上削弱3次谐波分量，但同时会引起5、7次谐波分量增加，总体削弱谐波效果并不明显。4负载稳态有限元仿真结果比较4.1电枢绕组通入三相对称电压两种电机具有相同的参数如下：电阻R=0.0410947，电感L=5.87143105H，额定转速n=3000r/min。给电枢绕组通入三相对称电压：ABC310.269sin(20035.3581/180)310.269sin(20035.3581/1802/3)310.269sin(20035.3581/1802/3)ututut（1）并进行有限元仿真，得到两种电机的绕组电流及转矩波形，分别如图8、图9所示。（a）原型电机（b）新型电机图8两种电机绕组电流波形0255075100125150175200-1000100200300400500600Time/msTorque/Nm原型电机新型电机图9两种电机电磁转矩波形4.2电枢绕组通入三相对称电流由图8、图9可见，经过足够长的时间，绕组电流和转矩将趋于稳定，即电流有效值、转矩平均值不再发生变化，此时，转矩在一个周期范围内的平均值大小仅取决于绕组电流有效值大小。因此，为了保证电机稳定运行时的额定平均转矩为117Nm，可直接给电枢绕组通入三相对称电流，ABC2sin(200)2sin(2002/3)2sin(2002/3)iItiItiIt（2）并将电流有效值I调整到适当大小。图10、图11分别给出了一个周期内A相绕组电流波形及转矩脉动波形。其中，原型电机的电流有效值为60.7A，新型电机的电流有效值为55.0A，且两种电机的平均转矩均为117Nm。012345678910-100-75-50-250255075100时间/ms电流/A原型电机新型电机图10两种电机A相绕组电流波形0123456789108090100110120130140150时间/ms转矩/Nm原型电机新型电机图11两种电机转矩脉动波形