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永磁同步電機的設計及優化方法

更新日期:2018-01-16
摘要:在進行永磁同步電機的設計之前,我們要先了解永磁同步電機的結構,對于此電機的結構,上次我們有詳細介紹過。
永磁同步電機
 
在進行永磁同步電機的設計之前,我們要先了解永磁同步電機的結構,對于此電機的結構,上次我們有詳細介紹過。那么永磁同步電機的設計及優化方法分別是什么呢?接下來請看下面的具體介紹吧!
 
電磁設計是電機設計的要點也是難點,可是永磁同步電機的發展較異步電機晚,是隨著上世紀八十年代永磁材料的發明才得以被應用和推廣。
 
設計及優化方法如下:
 
1、解析法。該辦法多被用于表貼式永磁同步電機的設計中。經過麥克斯韋電磁場理論樹立電機矢量磁位或標量磁位的偏微分方程,代入相應的邊界約束條件,解析求解磁感應強度分布、感應電動勢、電磁轉矩以及齒槽轉矩等參數。永磁同步轉子一般選用有限塊充磁方向不同的永磁體進行勵磁,磁場分布不易直接解析,可對永磁體磁勢進行傅里葉展開,核算基波和各項諧波在方程中的通解,最終將各個分量累加。定子槽對電機功能的影響一般可選用兩種辦法進行剖析,一種是保角變換法,即經過必定的映射條件將有槽定子模型轉換成無槽定子模型;另一種是子域法,即將定子槽區域劃分為有限個子區域進行求解,各區域間的聯接經過邊界約束條件進行處理。解析法具有運算簡單、完成便利的特色,經過合理建模能夠獲得電機功能參數與結構參數的表達式。可是,解析法在設計過程中一般將鐵芯磁導率近似為無窮大,而隨著電機磁路飽滿程度和定、轉子結構復雜度的增加,其設計的精準度會急劇下降。
 
2、等效磁路法。該辦法在各類電磁設計中均較為常用,是將磁路等效為電路,經過磁路的歐姆定律,樹立磁路磁阻、磁動勢以及磁通量的方程表達式進行求解。永磁同步磁路設計不同于電勵磁電機,其磁通軌道除氣隙、定轉子的軛部和齒部外還包含永磁體,需求依據永磁體的材料、結構、尺度、磁化方向對磁路進行合理等效。永磁同步中永磁體的漏磁磁路較為復雜,而且漏磁系數較大,為了提升電機設計的準確性,應該充分考慮各漏磁途徑的影響,必要時還需適當結合工程需求予以批改。等效磁路法一般將定轉子鐵芯材料的飽滿及非線性特征近似為磁導率無窮大予以考慮,也能夠經過非線性迭代求解的辦法提升設計準確性。等效磁路法具有運算量較小,物理含義清晰的特色,能夠便利地核算永磁同步中永磁體的作業點,該辦法往往被運用在永磁同步的初步設計和計劃比較;可是,該設計辦法全體精確性較低,其對設計人員的經歷依賴性大,設計過程中需求引進各種經歷批改系數才能契合工程設計要求。
 
3、有限元法。該辦法實質是將電機各求解區域劃分為有限個相連單元,依據電磁場理論對每個單元樹立帶邊界條件的偏微分方程,經過運用變分和離散化將該定解問題轉換成代數方程組進行求解。隨著核算機技術的高速發展,如今一般是選用核算機對有限元法進行非線性迭代運算,最終獲得與解析解極為接近的數值解。有限元法除了能夠有用設計電機磁路外,還能夠經過構建三維有限元模型處理解析法和等效磁路法不易處理的電機設計問題,如永磁體端部效應、定子斜槽、斜坡等對電機磁路散布的影響。選用有限元法設計永磁同步電機具有核算準確度高的特色,已被許多專家學者作為一種首要的或許輔佐的手段應用于電機設計;但選用有限元法進行電機設計及優化往往需求較大的運算量。
 
在永磁同步的設計過程中一般還需結合各類優化算法對參數進行最佳尋優,即經過優化算法便利快捷的尋求合理的設計參數使得所設計電機功能指標最優。關于選用電磁設計模型對永磁同步電機進行設計的問題可歸結為帶邊界約束條件的數學優化問題。典型的優化方針首要包含電機功率、永磁體結構尺度、電機齒槽轉矩、電機轉矩密度等以及上述多個指標的歸納。為了提升設計功率,往往還可經過剖析舉世電機中各參數的敏感度,以選取對電機功能影響度較高的設計參數變量作為電機的設計變量。因為永磁同步電機的設計問題具有多目標、多變量、非線性等特色,傳統的優化算法很難完成大局最優化設計,因此國內外許多專家學者們針對此問題對大量具有大局搜索才能及易收斂的隨機優化算法進行了嘗試,如外表呼應法、基因算法、種群算法、忌諱算法、Tabu算法等,并取得了必定的作用。
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