永磁同步电机毕业设计

永磁同步电动机的电磁设计与分析摘要信息永磁同步电动机(PMSM)是一种结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高的新型电动机，与直流电动机相比，直流电动机没有整流或刷等缺点。与异步电动机相比，不需要无功励磁电流，因此效率、功率因数、转矩惯性、定子电流和定子电阻损失较小。本文主要介绍了永磁同步电动机(PMSM)的发展背景和前景、工作原理和发展趋势。例如，详细介绍了异步启动永磁同步电动机的电磁设计。其中包括额定数据和技术要求、主要尺寸、永磁计算、固定转子冲床设计、绕组计算、磁路计算、参数计算、工作特性计算、启动性能计算及其实例。此外，通过Ansoft软件的Rmxprt模块，对永磁同步电动机的性能进行了分析，得出了效率、功率、转矩的特性曲线，并分别更改了电动机的三个参数，得出了这些参数对电动机性能的影响。通过Ansoft软件Maxwell 2D的瞬态模块对电机进行了仿真，计算了电机的磁场分布，得到了电流、转矩曲线和电机的磁通线、磁通量密度分布图。关键词永磁同步电动机；电磁设计性能分析the design of permanent-magnet synchronous motorAbstractpermanent-magnet synchronous motor(PMSM)is a new type of motor，which has the advantages of simple structure，small volumethe paper mainly introductes thep msms development background And foreground，working principle，development trend，Taking asynchronouswe aslo can analyse the performance of PMSM through the rmxprt module of Ansoft software and conclude that the c Haracteristic curve of efficiencythroughprantmodule of Ansoft software max well 2d to simulate themotor parameters，The magnetic field distribution of themotories calculatesKeywords PMSMMotor design Performance analysis列表摘要.IAbstractII第一章简介41.1主题背景41.2永磁电动机的发展趋势51.3本论文的主要内容6第二章永磁同步电动机原理72.1永磁材料72.1.1永磁材料的概念和特性72.1.2 NdFeB永磁材料82.2永磁同步电动机的基本电磁关系92.2.1速度和气隙磁场相关系数92.2.2感应电动势和向量图102.2.3交流轴电抗和电磁转矩122.3汇总13第三章永磁同步电动机的电磁设计143.1永磁同步电动机本体设计143.1.1永磁同步电动机的额定值数据和主要性能指标143.1.2定子冲床和气隙长度的确定和定子绕组设计153.1.3次电子核心设计163.2永磁同步电动机本体设计实例183.2.1额定数据和主要尺寸183.2.2永磁和固定转子冲床设计193.2.3绕组计算233.2.4磁路计算263.2.5参数计算293.2.6计算作业特性333.2.7计算启动特性373.3汇总41第四章永磁同步电动机的性能分析和磁场分析424.1永磁同步电动机性能分析424.1.1永磁同步电动机性能曲线424.1.2重要参数的更改对性能的影响444.2永磁同步电动机的磁路分析464.2.1永磁同步电动机模型464.2.2在Ansoft Maxwell 2D上运行后的结果图474.3汇总52结论53审计54参考文献55附录A56第一章简介1.1任务背景永磁同步电动机(PMSM)具有体积小、效率高、功率因数高、启动转矩高、力指数好、温度上升等特点。永磁同步电动机的工作方式与电动励磁同步电动机相同，但由永磁提供的磁通量代替后一种励磁绕组励磁，使电机结构更加简单。近年来，永磁材料性能的提高和电力电子技术的进步推动了新原理、新结构永磁同步电动机的开发，大力推进了电机产品技术、品种和功能的开发，部分永磁同步电动机形成了系列产品，容量达到了小大兆瓦级水平，应用范围越来越广；其地位越来越重要，从军需到民间，从特殊到一般，迅速扩大，不仅在微电机上占优势，在电力推进系统上也显示出强大的生命力。永磁同步电动机具有其高效率、功率大、结构简单、节能效果显着等一系列优点，在工业生产和日常生活中得到了越来越广泛的应用。特别是近几年来，高耐热性、高磁性特性NdFeB永磁体的成功开发和电力电子元件的进一步开发和改进，现向超高速、高扭矩、高输出、小型化、高功能化的方向发展1。永磁电机与传统的电动励磁电机相比，特别是稀土永磁电机具有结构简单、运行稳定、尺寸小、质量轻、损耗小、效率高、电机形状和大小灵活等诸多优点。与传统同步电动机相比，使用永磁可以简化电机的结构，实现无刷化，提高可靠性，节约铜，节约转子的铜消耗，提高电机效率2。广泛应用于航空航天、国防、工业、农业生产和日常生活的几乎所有领域3。新永磁材料的出现极大地促进了永磁同步电动机的发展，同时限制稀土永磁电机发展的共同关键技术之一是提高永磁加工技术，提高材料利用率，降低成本，提高20%的利用率，减少加工成本50%4。日本从1965年开始开发电动车，1967年成立了日本电动车协会5。从1996年开始，Toyota motorsport公司的马达RAV4采用东京电机公司的插入式永磁同步电动机作为驱动电动机，最大功率为50千瓦，最大速度为1300r/min至2001年本田公共推出的燃料电池测试车FCX-V4的驱动马达最大功率为60千瓦，最大扭矩为272Nm。欧洲很多发达国家很早就开始研究电动车。在选择电动车驱动电机方面，每个国家的英国法国都偏重于永磁无刷直流电动机，德国偏重于开关磁阻电动机。德国第三代奥迪混合动力电动汽车驱动马达使用了永磁同步电动机。最大转速为12，500r/min，最大输出功率为32千瓦。美国开发电动汽车比日本晚。在美国，感应电动机的设计和控制策略开发比较成熟，因此电动车驱动电动机也主要以感应电动机为主。美国最大速度为72km/h和56km/h的两辆短距离混合电力总线也使用了永磁同步电动机作为驱动电动机6。1.2永磁电动机的发展趋势永磁电机以高功率、高速、高力矩、高效率同时质量轻开发。目前永磁同步电动机广泛应用于电动车、无轨机车、航空航天、电梯、家电、航海等领域，开发高功率、高速、高力矩、高效率、轻型永磁同步电动机，在节能、环保、高效、高质量服务等方面具有很大的推动力，也是永磁同步电动机的发展趋势。大功率：德国西门子于1986年完成了1100kw、230r 230r/min机电一体化交流永磁同步推进电动机。另外，1760kW永磁同步推进电动机作为U-212潜艇试验用，与传统直流推进电动机相比，其长度和有效体积减少了很多。目前开发的永磁同步电动机的最大功率为14MW，速度为150r/min，用于西门子和Schotel共同生产的SSP起重机电力推进系统7。高速：美国通用电气公司早期开发的150kW等超高速电动机的典型产品是速度为23000r/min的航空起动器，以及速度为日本1000kW、15000r/min的钐钴永磁同步发电机。超高速电动机在旋转时离心力强，采取机械强化措施，防止永磁及其他物质飞出去，一般在转子外径上安装非磁性钢护罩。高效：永磁电机是节能产品，平均节电率超过10%，专用稀土永磁电机的节电率最高为15%20%。美国GM公司开发的NdFeB永磁启动电动机与传统串行感应直流启动电动机相比，重量从原来的6.21千克减少到4.2千克，体积减少了三分之一，效率提高了45%。如果泵、风扇、压缩机需要未经授权的频率控制，异步频率控制提供约25%的节电效果，永磁频率控制提供高达30%以上的节电速度8；提出了杜满丰等9油田抽油机专用稀土永磁同步电动机的设计方法，开发的REPMSM比相应的异步电动机效率提高了6.5%，功率因数提高了13%，启动扭矩提高了50%。在油田抽油机上使用节能效果明显。国外提高电机效率的主要方法有：(1)通过同步电动机的优化设计，增加铜、铝、电工钢板等有效材料的使用量，减少绕组损耗和铁的消耗；(2)利用更好的磁性材料和工艺降低铁消耗；(3)合理设计通风结构，选择高性能轴承，减少机械损失。(4)改进设计和工艺，减少杂散损耗。国外已开发出高效率同步电动机。美国提出将电动机推向极限，生产超高效电动机。我国沈阳工业大学开发的超高效稀土永磁电机的效率为94.7%10。永磁电机的轻量化、小型化、高功能化、专业化、小型化。航空航天产品、电动车辆、数控机床、计算机、视听产品、医疗设备、便携式光电集成产品、电梯等都对电机的小型、轻型、多种性能焦点提出了严格的要求。医疗微型机器、管道维修机器人等都挑战小型化马达。航天设备、宇宙空间的机器人、核设备的检查机器人和半导体制造设备等在特殊环境下工作的马达需要高温马达和高真空马达。在200w 300高温和133.3Pa真空环境下工作的150W、速度为3000 r/min的三相四极永磁电动机，直径为105 mm，长度为145 mm，具有良好高温特性的永磁8。外国专用机拥有量达80%，GM电机拥有量占20%，而我国正相反。根据不同的负载特性，特别设计的专用电动机，例如油田用抽油机用稀土永磁电机，可以获得高达20%的节能潜力和优秀的功能匹配。电动集成电动机驱动系统集成建模和控制整个动力传动系统(电动机、减速齿轮、驱动轴)，构建高性能、高可靠性或高精度集成驱动系统。高性能、高级永磁同步电动机伺服系统高性能、高级永磁同步电动机伺服系统随着中国航空航天、汽车、船舶、电站设备及国防产业等制造业的高速发展，数控机床在装备制造业中的重要性越来越大。G. H. Lee等优化方面11分析扭矩波动的原因，通过电流补偿最小化力矩波动的最优控制；采用吴志红等12速度和力矩作为输入的神经网络，以正交轴电流作为最佳效率输出的永磁同步电动机控制永磁同步电动机漏磁，复杂结构的缺陷。高性能电气伺服系统大部分使用永磁同步交流伺服电动机，控制驱动器使用所有放置快速准确的数字位置伺服系统。德国西门子