调速永磁同步电动机的设计与优化

摘要

调速永磁同步电动机无启动绕组,依靠变频器启动,其反电动势和供电电流波形都是正弦波,又称为正弦波永磁同步电动机。与三相异步电动机相比,调速永磁同步电动机具有高效率、高功率因数、体积小、结构简单等优点,并且具有更为良好伺服调速性能。随着电力电子技术、计算机技术和自动控制技术的发展,控制电机调速的DSP得到了快速的普及,使得调速永磁同步电动机在变频调速系统里得到了越来越广泛的应用。
　　 首先,论文介绍了调速永磁同步电动机的研究现状、特点及应用。详细介绍了调速永磁同步电动机的数学模型,查阅了电机设计相关理论以及调速永磁同步电动机设计特点。利用C++Builder6.0开发出基于磁路法的调速永磁同步电动机CAD系统,并利用该系统对一个50kW、8极的电机方案进行计算,与Ansoft公司的Rmxprt计算结果相比,该CAD系统计算出的结果具有一定的准确性,基本上满足工程应用。
　　 其次,对于对电机性能影响比较大的几个重要参数(计算极弧系数,空载漏磁系数,铁心计算长度等),采用Ansoft公司的电磁场有限元分析软件Maxwell进行计算,然后再代入已有的CAD系统进行计算,更好地确保了计算的准确性。按照这种场路结合的方法进行计算,仿真结果显示更加接近电磁场计算值,证明了场路结合法比等效磁路法更为准确。
　　 最后,利用Ansoft公司的电磁场有限元分析软件Maxwell的优化模块,对该方案进行优化设计,在永磁同步电动机中,永磁体材料在较大程度上决定着电动机的成本,而齿槽转矩影响着电动机的伺服调速的平稳性。因此本文选择电动机的齿槽转矩和永磁体材料的永磁体面积作为优化目标,以和这两个优化目标关系密切的极弧系数、极弧偏心距、永磁体厚度作为优化变量。优化算法采用遗传算法。优化后效果明显,在保证气隙磁密基本不变避免电机性能下降的前提下,齿槽转矩及永磁体面积都有比较明显的下降。对实际应用具有一定的指导意义。