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永磁同步电机结构及设计的研究

论文编号:ZD567 论文字数:32237,页数:71，有开题报告，任务书，文献综述

摘要：永磁同步电动机作为一种新型电动机，具有功率密度高、转子转动惯量小、运行效率高等优点，获得广阔的应用和发展空间。本文讨论的是永磁同步电动机的设计。根据技术要求，对电机的定转子结构、气隙磁场的分布、各参数的合理选择等多方面的情况进行了研究，从而确定了有效的实施方案。
本文在电磁计算过程中采用的步骤是：
1）参考近似功率的异步电动机的定子结构，并做适当修改，以确定永磁同步电动机的定子结构；
2）进行电机空载磁场的研究，确定包括永磁体的尺寸等关键参数在内的转子结构；
3）对于极为重要的电机参数、，采用数值分析直轴和交轴电枢反应磁场的方法来计算，得到较为准确的结果；
4）根据电机工作特性的计算公式计算电机性能，由计算结果调整电机的结构，而调整工作使用改变电机铁心长度、绕组匝数和永磁体尺寸相结合的方法，这样可以得到较为理想的结果。
关键词：永磁材料；永磁同步电动机；异步启动；特性分析；设计

Configuration and design research of PMSM

ABSTRACT：As a new style motor, permanent magnet synchronous motors are receiving increased attention fordrive applications because of their high torque to ratio, superior power density and high efficiency, it has been got wider space of use and development in coming new centurt. In this paper, the method of design for permanent magnet synchronous motors(PMSM) is discussed. By the request of technologies, the configuration, airgap flux distribution and parameters of motors are researched. An effective method of design is implemented, according to the result of research.
    The process of design in this paper is:
    1.To select the stator configuration of PMSM refer to asynchronous motors whose capacity is similar to PMSM's.
    2.To research the no-load airgap flux distribution, so as to select the rotor configuration, which consists of some important parameters, such as the permanent magnet dimension.
    3.To calculate the important parameters and by the finite element analysis.
    4.To get the motor's performance by calculation with known formulas, as a result an adjustment for the motor's configuration can be practised, when a combined method of altering the length of armature, the number of turns in the winding and the dimension of permanent magnet is used.
    Keywords: permanent magnet material; PMSM; asynchronous start; characteristic analysis; design

目   录
摘要……………………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract………………………………………………………………………………Ⅱ
第1章绪论……………………………………………………………………………1
1.1永磁电机的发展概况………………………………………………………………1
1.2永磁电机的主要特点和应用………………………………………………………2
1.3永磁同步电动机的研究方向及发展前景…………………………………………2
    1.3.1研究方向……………………………………………………………………2
       1.3.2发展前景……………………………………………………………….4
第2章永磁材料的性能和选用......................................5
2.1 永磁材料磁性能的主要参数 …………………………………………………5
2.1.1退磁曲线…………………………………………………………………….5
2.1.2回复线……………………………………………………………………….6
2.1.3内禀退磁曲线……………………………………………………………….7
2.1.4稳定性……………………………………………………………………….8
    2.2 铝镍钴永磁材料…………………………………………………………….10
2.3 铁氧体永磁材料………………………………………………………………….10
2.4 稀土永磁材料…………………………………………………………….11
2.4.1稀土钴永磁材料……………………………………………………………11
2.4.2钕铁硼永磁材料……………………………………………………………12
    2.5粘结永磁材料………………………………………………………………12
2.5.1粘结铁氧体永磁……………………………………………………………13
2.5.2粘结稀土钴永磁……………………………………………………………13
2.5.3粘结钕铁硼永磁……………………………………………………………13
2.6永磁材料选择及应用注意事项………………………………………………14
2.6.1永磁材料的选择……………………………………………………………14
2.6.2应用注意事项………………………………………………………………14
第3章永磁同步电动机基本理论……………………………………………………..16
3.1永磁同步电动机的结构…………………………………………………………..16
3.1.1永磁同步电动机的总体结构…………………………………………….....16
3.1.2永磁同步电动机的转子磁路结构……………………………………….....17
3.2永磁同步电动机的稳态性能…………………………………………………..…21
3.2.1稳态运行和相量图……………………………………………………….....21
3.2.2稳态运行性能分析与计算………………………………………………….22
3.3永磁同步电动机的磁路分析与计算……………………………………………..24
3.3.1磁路计算特点……………………………………………………………….24
3.3.2永磁体工作点的计算……………………………………………………….25
3.4永磁同步电动机参数计算与分析……………………………………………..…26
3.4.1空载反电动势……………………………………………………………….26
3.4.2交、直轴电枢反应电抗…………………………………………………….26
3.5异步起动永磁同步电动机的起动过程………………………………………..…27
    3.5.1起动过程中的平均转矩…………………………………………………….27
    3.5.2起动过程中的定子电流…………………………………………………….28
    3.5.3牵入同步机理…………………………………………………………….…28
第4章异步起动永磁同步电动机电磁计算方案……………………………………..30
4.1额定数据和技术要求…………………………………………………………..…30
4.2主要尺寸………………………………………………………………………..…31
4.3永磁体计算……………………………………………………………………..…32
4.4定、转子冲片…………………………………………………………………..…33
4.5绕组计算………………………………………………………………………..…35
4.6磁路计算…………………………………………………………………………..37
4.7参数计算…………………………………………………………………………..40
4.8交轴磁化曲线计算………………………………………………………………..44
4.9工作特性计算…………………………………………………………………..…45
4.10起动性能计算…………………………………………………………………....48
第5章异步起动永磁同步电动机电磁计算方案分析……………………………..…53.
5.1永磁材料的选用………………………………………………………………..…53
5.2定子设计………………………………………………………………………..…53
5.2.1主要尺寸的选择…………………………………………………………….53
5.2.2气隙长度的选择…………………………………………………………….53
5.2.3定、转子槽配合的选择…………………………………………………….53
5.2.4电枢绕组设计……………………………………………………………….54
5.3转子设计………………………………………………………………………..…54
5.3.1转子结构设计…………………………………………………………….....54
5.3.2永磁体设计………………………………………………………………….55
5.4启动过程分析………………………………………………………………….….56
5.5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………………..…57
5.6提高异步起动永磁同步电动机效率和功率因数的措施……………………..…58
结束语…………………………………………………………………………………....60
参考文献………………………………………………………………………………....61
致谢…………………………………………………………………………………....62
附录A永磁同步电动机结构示意图
附录B永磁同步电动机定、转子槽形尺寸图

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