基于Maxwell2D自起动单相永磁同步电动机的设计分析.docx

基于 Maxwell 2D 自起动单相永磁同步电动机的设计分析沈辉玲林珍（福州大学电气工程与自动化学院，福州350108）摘要采用电磁设计与有限元分析相结合的方法，对 220V、2.2kW、1500r/min 自起动单相永磁同步电动机进行了电磁设计分析，并利用电磁场有限元分析软件 Ansoft/Maxwell 2D 对电机 的静态和动态性能进行仿真分析，仿真与测试得到的各项性能指标的误差都在一定范围内，验 证了模型仿真与分析的正确性。关键词：自起动；单相永磁同步电动机；Maxwell 2D；有限元分析Design and Analysis of Line-Start Single-Phase Permanent Magnet Synchronous Motor Based on Maxwell 2DShen HuilingLin Zhen（College of Electrical Engineering and Automation, Fuzhou University, Fuzhou350108）Abstract Using electromagnetic design combined with finite element analysis method, to design and analyse electromagnetically a line-start single-phase permanent magnet synchronous motor of 220V, 2.2 kW, 1500 r/min. By using electromagnetic field finite element analysis software Ansoft/Maxwell 2D simulate static and dynamic performance of the motor. Each performance index is obtained by simulation and test is within a certain range of error, verify the validity of the model simulation and analysis.Key words：line-start；single-phase permanent magnet synchronous motor；Maxwell 2D；finiteelement analysis自起动单相永磁同步电动机是一种新型高性能的单相驱动电机，在家用电器等领域具有广泛的应 用前景。其由单相交流电源供电，电机异步起动， 同步运行。 本文研究的 是一台 220V 、 2.2kW 、 1500r/min 自起动单相永磁同步电动机。在 Maxwell 2D 建立了该电机的仿真模型，对电机的磁力线、磁 密、空载反电势、起动过程、齿槽转矩等进行仿真 分析，通过样机性能测试，验证了电磁设计与仿真 分析的正确性。1 自起动单相永磁同步电动机的电磁设计电磁设计的基本思路是：由技术参数和性能要 求确定定转子结构；由性能要求和散热条件确定电 负荷 A；由转子结构和稀土永磁性能确定磁负荷 Bδ；最后根据电磁负荷确定自起动单相永磁同步电动机的基本尺寸 D、Lef。电磁设计的流程图如图 1所示。考虑到产品的通用性和开发的经济性，样机选用 单相异步电动机 YL100L1-4 的定子冲片。考虑到谐 波对电机运行性能的影响，采用正弦绕组，运转型式 为电容起动、电容运转的双值电容单相永磁电动机。 鉴于原单相异步电动机转子外径较小，为了提高电机 的气隙磁密，样机选用内置混合式磁路结构，如图 2 所示。永磁体的轴向长度 LM 一般由铁心长度确定， 磁化方向长度 hM 和宽度 bM 应根据电机的运行性能合 理设计。气隙长度 δ 的设计一般要比同规格感应电动 机的气隙略大 20%~30%。电容器的配置使电机尽可 能在圆形旋转磁场下起动和运行，使之有良好的起动 和运行性能。基于以上的分析，本文分析设计的自起 动单相永磁同步电动机主要参数见表 1。62014 年第 3 期研究与开 发取磁矢位 A 为求解量，电机内的电磁场可用以下数学模型来表达：??： ( 1 ?A) ?( 1 ?A) ???(J ??J )???ze?x ???x?y ???y?????1：A ??0?（1） 1 ?A ??1 ?A ??J?? 2：s?1 ?n?2 ?n??式中，? 为求解区域；Γ1 为电机定子外圆和转子内圆边界；Γ2 为永磁体边界；Jz 为外加轴向电流密度； Je 为转子涡流密度；Js 为永磁体边界等效面电流密 度；μ 为磁导率。2.2仿真模型的建立由于本电机的特殊性，