永磁同步電機的設計及優化方法

更新日期:2018-01-16
摘要:在進行永磁同步電機的設計之前,我們要先了解永磁同步電機的結構,對于此電機的結構,上次我們有詳細介紹過。
永磁同步電機
 
在進行永磁同步電機的設計之前,我們要先了解永磁同步電機的結構,对于此电机的结构,上次我们有详细介绍过。那么永磁同步電機的設計及優化方法分别是什么呢?接下来请看下面的具体介绍吧!
 
電磁設計是電機設計的要點也是難點,可是永磁同步電機的發展較異步電機晚,是隨著上世紀八十年代永磁材料的發明才得以被應用和推廣。
 
設計及優化方法如下:
 
1、解析法。该办法多被用于表贴式永磁同步電機的设计中。经过麦克斯韦电磁场理论树立电机矢量磁位或标量磁位的偏微分方程,代入相应的边界约束条件,解析求解磁感应强度分布、感应电动势、电磁转矩以及齿槽转矩等参数。永磁同步转子一般选用有限块充磁方向不同的永磁体进行励磁,磁场分布不易直接解析,可对永磁体磁势进行傅里叶展开,核算基波和各项谐波在方程中的通解,最终将各个分量累加。定子槽对电机功能的影响一般可选用两种办法进行剖析,一种是保角变换法,即经过必定的映射条件将有槽定子模型转换成无槽定子模型;另一种是子域法,即将定子槽区域划分为有限个子区域进行求解,各区域间的联接经过边界约束条件进行处理。解析法具有运算简单、完成便利的特色,经过合理建模能够获得电机功能参数与结构参数的表达式。可是,解析法在设计过程中一般将铁芯磁导率近似为无穷大,而随着电机磁路饱满程度和定、转子结构复杂度的增加,其设计的精准度会急剧下降。
 
2、等效磁路法。該辦法在各類電磁設計中均較爲常用,是將磁路等效爲電路,經過磁路的歐姆定律,樹立磁路磁阻、磁動勢以及磁通量的方程表達式進行求解。永磁同步磁路設計不同于電勵磁電機,其磁通軌道除氣隙、定轉子的轭部和齒部外還包含永磁體,需求依據永磁體的材料、結構、尺度、磁化方向對磁路進行合理等效。永磁同步中永磁體的漏磁磁路較爲複雜,而且漏磁系數較大,爲了提升電機設計的准確性,應該充分考慮各漏磁途徑的影響,必要時還需適當結合工程需求予以批改。等效磁路法一般將定轉子鐵芯材料的飽滿及非線性特征近似爲磁導率無窮大予以考慮,也能夠經過非線性叠代求解的辦法提升設計准確性。等效磁路法具有運算量較小,物理含義清晰的特色,能夠便利地核算永磁同步中永磁體的作業點,該辦法往往被運用在永磁同步的初步設計和計劃比較;可是,該設計辦法全體精確性較低,其對設計人員的經曆依賴性大,設計過程中需求引進各種經曆批改系數才能契合工程設計要求。
 
3、有限元法。该办法实质是将电机各求解区域划分为有限个相连单元,依据电磁场理论对每个单元树立带边界条件的偏微分方程,经过运用变分和离散化将该定解问题转换成代数方程组进行求解。随着核算机技术的高速发展,如今一般是选用核算机对有限元法进行非线性迭代运算,最终获得与解析解极为接近的数值解。有限元法除了能够有用设计电机磁路外,还能够经过构建三维有限元模型处理解析法和等效磁路法不易处理的电机设计问题,如永磁体端部效应、定子斜槽、斜坡等对电机磁路散布的影响。选用有限元法设计永磁同步電機具有核算准确度高的特色,已被许多专家学者作为一种首要的或许辅佐的手段应用于电机设计;但选用有限元法进行电机设计及优化往往需求较大的运算量。
 
在永磁同步的设计过程中一般还需结合各类优化算法对参数进行最佳寻优,即经过优化算法便利快捷的寻求合理的设计参数使得所设计电机功能指标最优。关于选用电磁设计模型对永磁同步電機进行设计的问题可归结为带边界约束条件的数学优化问题。典型的优化方针首要包含电机功率、永磁体结构尺度、电机齿槽转矩、电机转矩密度等以及上述多个指标的归纳。为了提升设计功率,往往还可经过剖析举世电机中各参数的敏感度,以选取对电机功能影响度较高的设计参数变量作为电机的设计变量。因为永磁同步電機的设计问题具有多目标、多变量、非线性等特色,传统的优化算法很难完成大局最优化设计,因此国内外许多专家学者们针对此问题对大量具有大局搜索才能及易收敛的随机优化算法进行了尝试,如外表呼应法、基因算法、种群算法、忌讳算法、Tabu算法等,并取得了必定的作用。