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永磁同步电机的设计及优化方法

更新日期:2018-01-16
摘要:在进行永磁同步电机的设计之前,我们要先了解永磁同步电机的结构,对于此电机的结构,上次我们有详细介绍过。
永磁同步电机
 
在进行永磁同步电机的设计之前,我们要先了解永磁同步电机的结构,对于此电机的结构,上次我们有详细介绍过。那么永磁同步电机的设计及优化方法分别是什么呢?接下来请看下面的具体介绍吧!
 
电磁设计是电机设计的要点也是难点,可是永磁同步电机的发展较异步电机晚,是随着上世纪八十年代永磁材料的发明才得以被应用和推广。
 
设计及优化方法如下:
 
1、解析法。该办法多被用于表贴式永磁同步电机的设计中。经过麦克斯韦电磁场理论树立电机矢量磁位或标量磁位的偏微分方程,代入相应的边界约束条件,解析求解磁感应强度分布、感应电动势、电磁转矩以及齿槽转矩等参数。永磁同步转子一般选用有限块充磁方向不同的永磁体进行励磁,磁场分布不易直接解析,可对永磁体磁势进行傅里叶展开,核算基波和各项谐波在方程中的通解,最终将各个分量累加。定子槽对电机功能的影响一般可选用两种办法进行剖析,一种是保角变换法,即经过必定的映射条件将有槽定子模型转换成无槽定子模型;另一种是子域法,即将定子槽区域划分为有限个子区域进行求解,各区域间的联接经过边界约束条件进行处理。解析法具有运算简单、完成便利的特色,经过合理建模能够获得电机功能参数与结构参数的表达式。可是,解析法在设计过程中一般将铁芯磁导率近似为无穷大,而随着电机磁路饱满程度和定、转子结构复杂度的增加,其设计的精准度会急剧下降。
 
2、等效磁路法。该办法在各类电磁设计中均较为常用,是将磁路等效为电路,经过磁路的欧姆定律,树立磁路磁阻、磁动势以及磁通量的方程表达式进行求解。永磁同步磁路设计不同于电励磁电机,其磁通轨道除气隙、定转子的轭部和齿部外还包含永磁体,需求依据永磁体的材料、结构、尺度、磁化方向对磁路进行合理等效。永磁同步中永磁体的漏磁磁路较为复杂,而且漏磁系数较大,为了提升电机设计的准确性,应该充分考虑各漏磁途径的影响,必要时还需适当结合工程需求予以批改。等效磁路法一般将定转子铁芯材料的饱满及非线性特征近似为磁导率无穷大予以考虑,也能够经过非线性迭代求解的办法提升设计准确性。等效磁路法具有运算量较小,物理含义清晰的特色,能够便利地核算永磁同步中永磁体的作业点,该办法往往被运用在永磁同步的初步设计和计划比较;可是,该设计办法全体精确性较低,其对设计人员的经历依赖性大,设计过程中需求引进各种经历批改系数才能契合工程设计要求。
 
3、有限元法。该办法实质是将电机各求解区域划分为有限个相连单元,依据电磁场理论对每个单元树立带边界条件的偏微分方程,经过运用变分和离散化将该定解问题转换成代数方程组进行求解。随着核算机技术的高速发展,如今一般是选用核算机对有限元法进行非线性迭代运算,最终获得与解析解极为接近的数值解。有限元法除了能够有用设计电机磁路外,还能够经过构建三维有限元模型处理解析法和等效磁路法不易处理的电机设计问题,如永磁体端部效应、定子斜槽、斜坡等对电机磁路散布的影响。选用有限元法设计永磁同步电机具有核算准确度高的特色,已被许多专家学者作为一种首要的或许辅佐的手段应用于电机设计;但选用有限元法进行电机设计及优化往往需求较大的运算量。
 
在永磁同步的设计过程中一般还需结合各类优化算法对参数进行最佳寻优,即经过优化算法便利快捷的寻求合理的设计参数使得所设计电机功能指标最优。关于选用电磁设计模型对永磁同步电机进行设计的问题可归结为带边界约束条件的数学优化问题。典型的优化方针首要包含电机功率、永磁体结构尺度、电机齿槽转矩、电机转矩密度等以及上述多个指标的归纳。为了提升设计功率,往往还可经过剖析举世电机中各参数的敏感度,以选取对电机功能影响度较高的设计参数变量作为电机的设计变量。因为永磁同步电机的设计问题具有多目标、多变量、非线性等特色,传统的优化算法很难完成大局最优化设计,因此国内外许多专家学者们针对此问题对大量具有大局搜索才能及易收敛的随机优化算法进行了尝试,如外表呼应法、基因算法、种群算法、忌讳算法、Tabu算法等,并取得了必定的作用。
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