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大功率永磁同步电机的设计与有限元分析 设计与研究 大功率永磁同步电机的设计与有限元分析 龚健，谢卫，陈克鹏 (上海海事大学，上海201306) 摘要：以大功率永磁同步电机为研究对象，采用等效磁路法设计了一台1MW的永磁同步电机，并建 立Rmxpn模型，利用AnsoflMaxwell软件对电动机空载和负载运行进行二维有限元计算和分析。最后 将磁路法的计算结果与有限元分析的结果进行对比，验证了设计的合理性。 关键词：永磁同步电机；电磁设计；有限元 0引言 式中：P7=j兰≯～为计算功率，％为额定负载时 ‘7，NCOSqDN 由于永磁同步电机具有高功率密度、高效率、高 感应电压与端电压之比；“：为计算极弧系数；KⅣm为 可靠性等优点，永磁同步电机已被广泛应用于电动 气隙磁场波形系数，约等于1．11；玛。为电枢的绕组系 汽车、航空航天、船舶邮轮、家用电器等领域中。在 数，预取0．92；A为绕组线负荷；吼为气隙磁通密度， 我国，目前中小功率的永磁同步电机的设计已经趋 即磁负荷；Di。为定子内径；Z。，为电枢铁心有效长度。 于成熟，但研究大功率永磁电机的起步却相对较晚， 从式(1)中得出，当电机的转速确定时，电机的 因此，关于大功率永磁同步电机的设计和研究工作 尺寸随着电机功率的增大而增加。另外A和眈是 应该说还处在不断摸索的阶段。然而，不可否认的 两个非常关键的参数，他们的选择不仅关系到电机 是永磁同步电机已经呈现出了优越的性能和广泛的 的尺寸同时对电机的性能也有着很大的影响。A取 研究前景，本文通过对一台1MW的永磁同步电机 得较大会增大电枢单位表面的铜耗，使电机的温升 进行设计，并使用有限元分析软件验证了设计的合 增大；而若B取得较大会使电枢基本铁耗增大¨]。 理性，为其他大功率永磁同步电机的设计提供了参 所以设计时需要综合考虑来选取合适的电磁负荷。 考。 考虑到高性能的永磁材料可以提供相对更大的磁 通，而选用较小的A值和较大的眈值时可以减小电 1电磁设计 动机的电抗，改善电机运行性能，故本文设计的电机 本文设计的永磁同步电机的技术指标为：额定 预取电负荷为300A／cm，磁负荷为1T。 000 功率P_】v=1MW、额定转速nⅣ=1r／min、额定电 接下来只要选择合适的长径比A=2。／D∽就可 000 压U_】v=5V。 以估算出电机定子内径D。和铁心的有效长度z们 1．1主要尺寸设计 而A的选取可以以电机的转速作为参考，若电机的 电机主要尺寸包括电机定子内外径D。和D，， 转速较高A值可以取大一点，反之A值较小。本例 mlTl。 定子铁心的有效长度z扪主要尺寸的大小关系到电 中取A=0．7，计算得定子内径为760 机的性能，并决定了其外形、质量和成本。由电机设 1．2定子冲片设计 计的知识可知，永磁电机主要尺寸与电机的参数性 槽数选择的一个参考依据是定子内径，如果槽 能之间的约束关系：