基于c%2b%2b的永磁同步电机的设计.pdfVIP

2014年小功率电机学术交流会 基于c++的永磁同步电机的设计 李国丽17司伟1，王群京1，周睿1，方光辉2，姜昆1 (1．安徽大学，安徽合肥230039；2．江南大学，江苏无锡214122) 摘要：为解决永磁同步电机电磁设计中查表工作复杂、耗时长的问题，利用C++编写程序，对同步电机磁 路法设计过程进行编程，并利用有限元软件Ansoft对设计结果加以验证。 关键词：永磁同步电机；电磁设计；c++ 本文基于同步电机的等效磁路设计方法，利用 1引言 C++编写程序，旨在解决永磁同步电机电磁设计中 永磁同步电机以永磁体代替了电励磁绕组，使 查表工作复杂、耗时长的问题，并利用有限元软件 电机结构较为简单，降低了加工和装配费用，因无 Ansoft对设计结果加以验证。 需励磁电流，提高了电动机的效率和功率因数，又 2异步起动永磁同步电机的设计 因其过载能力强，体积小重量轻等优点【lJ，在各个 领域中得到越来越广泛的应用。 2．1程序流程图 永磁同步电机按起动方式的不同可以分为调 程序流程图如图l所示： 速永磁同步电机和异步起动永磁同步电机。前者在 转子上无起动绕组，用于变频器供电的场合，利用 频率的逐步升高而起动，并随着频率的改变而调节 转速。异步起动永磁同步电机在转子上有起动绕 组，既可以用于调速运行又可以在某一频率和电压 下利用起动绕组所产生的异步转矩起动。 现有永磁同步电机的设计方法主要有等效磁 路法和数值计算法这两种方法【zJ。等效磁路法是将 空间实际存在的不均匀分布的磁场转化成等效的 多段磁路，并近似认为在每段磁路中磁通沿截面和 长度均匀分布，将磁场的计算转化成磁路的计算然 后用各种系数来进行修正，使各段磁路的磁位差等 于磁场中对应点之间的磁位。等效磁路计算中的许 多系数是利用电磁场数值计算和实验得出的，由于 永磁电机磁路结构多种多样，而且不断有创新，当 进行新结构电机设计时，为了提高计算的准确程 度，需要直接进行电磁场数值计算和分析，并且， 永磁电机中一些特殊电磁过程和一些专门问题如 永磁电机结构形状与尺寸的优化、永磁体的局部失 磁问题和永磁同步电机的起动过程等，也需要电磁 图l程序流程图 场数值计算才能进行定量分析，所以，电磁场的数 2．2永磁体结构形式 值计算在永磁同步电机的设计中起着重要作用，但 永磁同步电机转子磁路结构不同，则电动机的 电磁场数值计算时需进行建模、加激励、边界，网 运行性能、控制系统、制造工艺和适用场合也不同。 格划分等一系列工作，计算量大且耗时较长，不能 按照永磁体在转子上的位置的不同，永磁同步电机 适应工程实际应用的要求。 转子磁路结构一般可分为三种：表面式、内置式、 第60页 2014年小功率电机学术交流会 爪极式KJ。 在表面式转子磁路结构中，永磁体通常呈瓦片 型，并位于转子铁芯的外表面上。这种结构的制造 工艺简单、成本较低，应用较为广泛，尤其适合于 矩形波永磁同步电机。但因表面无法安放起动绕 组，无异步起动能力，不能用于异步起动永磁同步 电机。 在内置式转子磁路结构中，永磁体位于转子内 部，永磁体外表面与定子铁芯内圆之间有铁磁物质 制成的极靴，极靴中可以放置铸铝笼或铜条笼，起 阻尼和起动作用，动、稳态性能好，广泛用于要求 有异步起动能力或动态性能高的异步起动永磁同 步电动机。按永磁体磁化方向与转子旋转方向的互 薛：强 相关心，内置式转子磁路结构又可分为径向式、切 向式和混合式三种。 径向式结构(如图2a)的