【《分数槽集中绕组永磁辅助同步磁阻电机电磁设计与仿真分析案例》8800字】

分数槽集中绕组永磁辅助同步磁阻电机电磁设计与仿真分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u10974分数槽集中绕组永磁辅助同步磁阻电机电磁设计与仿真分析案例 )式中，为电机的输出功率，为电机的输出转矩。根据上述表达式，可知在给定转速为600rpm、相电流有效值为5.6A时，样机输出功率为151.4W，在仅考虑铜耗、铁耗时，电机效率为71.3%。电机性能在不考虑磁场饱和对电感影响时，磁阻转矩与电流大小的平方成正比，永磁转矩与电流大小成正比。但是随着电流增大，电机的饱和程度增高，电感随着电流的增大减小，使得磁阻转矩增长趋势变缓。在有限元模型中改变给定的相电流大小，样机的电磁转矩仿真结果如REF_Ref72443011\h图333所示。可以看出，电磁转矩随着电流的增大而增大，大约呈线性关系。这一结果符合上述理论分析。图STYLEREF1\s3SEQ图\*ARABIC\s133不同电流下的电磁转矩改变给定相电流的电流角，电机的电磁转矩变化及转矩脉动变化如REF_Ref72443016\h图334所示。图STYLEREF1\s3SEQ图\*ARABIC\s134电流角对样机电磁转矩及转矩脉动的影响在Maxwell软件中，扫描样机的给定电流有效值、给定电流角、给定转速，并保证电机端电压小于直流母线电压所能提供的端电压最大值。计算时，给定最大线电压幅值为100V，估算600rpm时的机械损耗为10W。仿真得到样机效率Map图如REF_Ref73299642\h图335所示，样机功率因数变化示意图如REF_Ref73404328\h图336所示。图STYLEREF1\s3SEQ图\*ARABIC\s135样机效率Map图图STYLEREF1\s3SEQ图\*ARABIC\s136样机功率因数变化图可以看出，由于分数槽集中绕组电机存在凸极比较低、电感较高等特点，因此功率因数偏低。优化后样机的性能汇总如REF_Ref73444220\h表38所示。表STYLEREF1\s3SEQ表\*ARABIC\s18优化后样机性能（600rpm时）参数集中绕组隔齿绕空载线反电势幅值（V）5.25相电流有效值（A）5.6线电压幅值（V）72.7电流角（deg）40最大平均电磁转矩（Nm）2.41磁阻转矩（Nm）1.54磁阻转矩占比63.9%直轴电感（mH）24.6交轴电感（mH）19.1凸极比1.29铜耗（W）55.5铁耗（W）5.31效率（只考虑铜、铁耗）71.3%与同步磁阻电机的电磁转矩对比为验证永磁辅助同步磁阻电机永磁体对转矩密度的提升作用，将有限元模型中的永磁体材料替换为真空，建立同步磁阻电机有限元模型，并给定相电流有效值为5.6A，改变给定的电流角，对比两者的电磁转矩。永磁辅助同步磁阻电机与同步磁阻电机的转矩随电流角变化的对比如REF_Ref73193339\h图337所示。可以看出，插入永磁体后，电机的电磁转矩显著增加。图STYLEREF1\s3SEQ图\*ARABIC\s137永磁辅助同步磁阻电机与同步磁阻电机的转矩对比小结本章根据给定的电机性能指标，通过电机尺寸公式确定了电机的尺寸，并完成电机初步电磁设计。在ANSYSMaxwell中建立有限元模型，通过有限元仿真对比的方法，分析了电机的转子磁障层数、永磁体用量、磁桥厚度以及定子槽型结构等各个参数对电机电磁转矩平均值、转矩脉动、交直轴电感等性能的影响，同时建立了10极12槽隔齿绕集中绕组、10极12槽全齿绕集中绕组、10极36槽分布绕组三种不同绕组型式的电机仿真模型，对比研究了相同体积和电磁材料用量情况下，三台电机的磁场分布、空载反电势、最大转矩电流比（MTPA）控制下的平均电磁转矩、磁阻转矩占比、效率等性能，以及交、直轴电感特性和凸极比；针对样机转矩脉动较大的问题，采用增大气隙长度、转子不对称磁障结构与定子斜槽等改进方法进行优化，仿真证明优化