5.5kW异步起动永磁同步电机设计与仿真分析

摘要

异步起动永磁同步电机与感应电机整体设计相似，永磁电机是在感应电动机转子上安装永磁体，可以依靠转子导条产生的异步转矩实现自起动。与感应电机相比，异步起动永磁同步电机具有高功率因素、高效率和宽的经济运行范围等优点。相比于感应电机，异步起动永磁同步电机转子永磁体结构多样，因此永磁电机结构种类较多。永磁电机转子磁路不对称，导致传统的设计理论和分析方法已难以对永磁电机进行有效的分析，因此需要运用其他科学理论和计算机的辅助下完成电动机的结构设计和磁路设计。但是，异步起动永磁同步电机在实际应用当中仍存在一些问题，这主要是由电机的齿槽转矩和转子磁路不对称造成的。本文主要从以下三个方面进行研究，其主要研究内容如下：
　　1.分析了异步起动永磁同步电机工作机理，主要包括了永磁电机的起动特性、功率特性、转矩特性、功角特性和齿槽转矩等，并分析了影响永磁电机磁通、转矩、功率因数和效率等的因素，为后续研究提供了理论依据。
　　2.对5.5kW异步起动永磁同步电机进行结构和磁路设计，其中结构设计主要包括永磁电机的定转子铁心和齿槽、电枢绕组、槽数的配合、永磁体充磁方向长度、永磁体宽度以及永磁材料的选择等；磁路设计主要包括空载漏磁系数?0、气隙系数K?和计算极弧系数 i?的计算等；
　　3.以永磁体用量最少为目的，利用Ansoft仿真软件对异步起动永磁同步电机进行建模。首先分析了永磁体结构分别为 W、U和 V型的永磁电机空载运行时，根据永磁电机的磁力线分布、气隙磁密、漏磁系数和齿槽转矩等变化特点，从而选择了W和U型永磁电机；其次根据电机空载运行的分析，对选择的W和U型的永磁电机，进一步分析对比了它们空载起动和负载起动特性，最终选择了W型结构永磁电机；最后改变W型永磁电机永磁体的尺寸，以永磁体用量最少为优化目标，进行仿真对比得到最终结果。

目录

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第一章 绪 论

1.1课题背景及选题意义

1.2永磁电机的分类

1.3设计方法及研究现状

第二章 异步起动永磁同步电机的运行原理

2.1异步起动永磁同步电机的工作原理

2.2异步起动永磁同步电机的起动与运行

2.3永磁同步电机的功率方程、转矩方程和功角特性

2.4异步起动永磁同步电机的起动特性

2.5齿槽转矩分析

2.6提高异步起动永磁同步性能的措施

2.7本章小结

第三章 5.5kW异步起动永磁同步电机结构设计与磁路设计

3.1引言

3.2永磁同步电机整体结构

3.3异步起动永磁同步电机结构设计

3.4永磁电机磁路设计

3.5本章小结

第四章 异步起动永磁同步电机的仿真分析

4.1 引言

4.2永磁电机空载有限元分析计算

4.3异步起动永磁同步电机起动性能

4.4永磁体尺寸对永磁电机性能的影响分析

4.5本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢