永磁同步電機發(fā)展與控制仿真研究

1、永磁同步電機發(fā)展與控制仿真研究永磁同步電機發(fā)展與控制仿真研究1永磁同步電機的研究現(xiàn)狀與發(fā)展永磁同步電機的研究現(xiàn)狀與發(fā)展永磁電動機的發(fā)展同永磁材料的發(fā)展密切相關(guān)，永磁材料的磁性能和價格很大程度上決定了永磁電動機的綜合性能與應(yīng)用普及范圍。1831年，世界上出現(xiàn)的第一臺電機是由Barlow發(fā)明的永磁電機，但是，由于當時采用的天然磁鐵磁性能太差，電機的磁能積很低，制成的電機體積龐大而容量很小，很快被電勵磁電機所取代。人們對永磁材料進行深入研究的

2、初期，相繼發(fā)現(xiàn)了碳鋼、鎢鋼、鈷鋼等多種永磁材料。20世紀30年代鋁鎳鈷磁鋼的問世，使得永磁電動機真正有了實用價值，并快速發(fā)展起來。到20世紀50年代，鐵氧體永磁出現(xiàn)，由于價格低廉，各種微型和小型電動機紛紛使用永磁體勵磁。然而，由于鋁鎳鈷永磁和鐵氧體永磁存在矯頑力偏低、剩磁密度不高等固有缺陷，在電動機的應(yīng)用中受到限制。直到20世紀60～70年代，第一代和第二代稀土釤鈷永磁材料SmCo5，Sm2Co17相繼問世，其優(yōu)異的磁性能使得永磁電機的

3、發(fā)展呈現(xiàn)出新的、繁榮的生機，但是釤、鈷均為稀有金屬，價格昂貴，給實際應(yīng)用帶來了困難。1983年，日本住友特殊金屬公司、美國通用汽車公司分別研制成功稀土釹鐵硼永磁材料，國際上稱為第三代稀土永磁材料。NdFeB磁鋼磁能積高，性能優(yōu)越，而且原材料豐富，價格較便宜。從1984年起，各工業(yè)發(fā)達國家競相研制高性能永磁電機。日本住友公司和美國通用電氣公司分別批量制造用于計算機外存儲器的音圈電機及NdFeB永磁汽車起動電機；德國西門子公司經(jīng)十多年努力，

4、采用多種結(jié)構(gòu)，研制成功用于化纖工業(yè)的高速永磁電動機和用于交流調(diào)速系統(tǒng)的永磁同步電動機。80年代前后，應(yīng)用NdFeB材料制造高性能永磁同步電動機的研究發(fā)展很快。其中對于固定頻率下永磁同步電動機的運行特性、自起動性能的研究，發(fā)表了較多的論文，但也多局限于電機穩(wěn)態(tài)特性的分析，沿用的方法與傳統(tǒng)交流電機的分析方法相近。80年代期間，國際上發(fā)表了大量永磁電機的論文，對永磁同步電動機的數(shù)學模型、穩(wěn)態(tài)特性和動態(tài)特性進行研究。1986年，TomySeba

5、stian發(fā)表了永磁同步電動機（PMSM）建模的文章。1987年，TomySebastian又發(fā)表了關(guān)于永磁同步電動機調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)建模的文章，從3一給定值。（3）磁場分析計算和數(shù)值方法的研究永磁電機設(shè)計中，除了電機新結(jié)構(gòu)的發(fā)明創(chuàng)造外，最重要的發(fā)展可說是用有限元方法進行磁場計算。為了充分發(fā)揮永磁材料的優(yōu)異性能，永磁電機的結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)電機有很大的差別。計算永磁電機性能時，不但不能套用傳統(tǒng)的磁路計算方法，而且和一般電機磁場分析也有很大的不同。

6、永磁電機結(jié)構(gòu)復雜，永磁材料的磁特性為各向異性等，這些都給磁場分析帶來了新的課題。對于某些大容量或特殊結(jié)構(gòu)的稀土永磁電機，為了提高它的設(shè)計精度，不僅要進行二維磁場分析，還需進行三維磁場分析；不但要進行靜態(tài)磁場分析，還要進行瞬變磁場分析。（4）測試技術(shù)的研究由于永磁電機是永磁體勵磁，磁場不能調(diào)節(jié)，而且有一些永磁電機需要充磁后再裝配和檢測，因此某些傳統(tǒng)的參數(shù)和性能測試方法不能直接應(yīng)用。近年來永磁電機的測試技術(shù)得到了很大的發(fā)展，例如電機穩(wěn)態(tài)和暫

7、態(tài)參數(shù)的測定、電機端部三維靜磁場的測試等。對于永磁同步電動機交、直軸參數(shù)，特別是超瞬變參數(shù)物理概念的分析和測試方法是當前的重要研究課題。作為當前高性能節(jié)能電機的熱點研究對象，永磁同步電動機的研究發(fā)展趨勢主要有以下幾個變化：第一，開發(fā)超高速電機，速度快速增大；第二，電機呈現(xiàn)大功率高轉(zhuǎn)矩；第三，電機體積微型化；第四，智能化。隨著永磁材料的不斷發(fā)展，電力電子和控制技術(shù)的進步，稀土永磁電機將越來越多地替代傳統(tǒng)電機，應(yīng)用前景非常廣闊。稀土永磁電機

8、的設(shè)計和制造工藝尚需不斷地進行創(chuàng)新，電磁結(jié)構(gòu)更為復雜，計算結(jié)果更加精確，制造工藝更加先進適用，需運用多學科理論和系統(tǒng)工程進行優(yōu)化設(shè)計，提高性價比，促進電機學科和行業(yè)進一步發(fā)展。2永磁同步電機設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)永磁同步電機設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)2.1轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)設(shè)計轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)設(shè)計轉(zhuǎn)子磁路很大程度上決定了電動機性能，是本體設(shè)計方面的重點。磁路設(shè)計主要是對永磁體安裝尺寸的設(shè)計，并結(jié)合隔磁橋、轉(zhuǎn)子鼠籠槽、通風孔等結(jié)構(gòu)的合理選型，旨在提高電動機的效率、