永磁同步電機(jī)發(fā)展與控制仿真研究

1、永磁同步電機(jī)發(fā)展與控制仿真研究永磁同步電機(jī)發(fā)展與控制仿真研究1永磁同步電機(jī)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展永磁同步電機(jī)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展永磁電動機(jī)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(jià)格很大程度上決定了永磁電動機(jī)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(jī)是由Barlow發(fā)明的永磁電機(jī)，但是，由于當(dāng)時(shí)采用的天然磁鐵磁性能太差，電機(jī)的磁能積很低，制成的電機(jī)體積龐大而容量很小，很快被電勵(lì)磁電機(jī)所取代。人們對永磁材料進(jìn)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(jì)30年代鋁鎳鈷磁鋼的問世，使得永磁電動機(jī)真正有了實(shí)用價(jià)值，并快速發(fā)展起來。到20世紀(jì)50年代，鐵氧體永磁出現(xiàn)，由于價(jià)格低廉，各種微型和小型電動機(jī)紛紛使用永磁體勵(lì)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(jī)的應(yīng)用中受到限制。直到20世紀(jì)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(jī)的

3、發(fā)展呈現(xiàn)出新的、繁榮的生機(jī)，但是釤、鈷均為稀有金屬，價(jià)格昂貴，給實(shí)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(jià)格較便宜。從1984年起，各工業(yè)發(fā)達(dá)國家競相研制高性能永磁電機(jī)。日本住友公司和美國通用電氣公司分別批量制造用于計(jì)算機(jī)外存儲器的音圈電機(jī)及NdFeB永磁汽車起動電機(jī)；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(jī)和用于交流調(diào)速系統(tǒng)的永磁同步電動機(jī)。80年代前后，應(yīng)用NdFeB材料制造高性能永磁同步電動機(jī)的研究發(fā)展很快。其中對于固定頻率下永磁同步電動機(jī)的運(yùn)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(jī)穩(wěn)態(tài)特性的分析，沿用的方法與傳統(tǒng)交流電機(jī)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(jī)的論文，對永磁同步電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型、穩(wěn)態(tài)特性和動態(tài)特性進(jìn)行研究。1986年，TomySeba

5、stian發(fā)表了永磁同步電動機(jī)（PMSM）建模的文章。1987年，TomySebastian又發(fā)表了關(guān)于永磁同步電動機(jī)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(jì)算和數(shù)值方法的研究永磁電機(jī)設(shè)計(jì)中，除了電機(jī)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(jìn)行磁場計(jì)算。為了充分發(fā)揮永磁材料的優(yōu)異性能，永磁電機(jī)的結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)電機(jī)有很大的差別。計(jì)算永磁電機(jī)性能時(shí)，不但不能套用傳統(tǒng)的磁路計(jì)算方法，而且和一般電機(jī)磁場分析也有很大的不同。

6、永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)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(jī)，為了提高它的設(shè)計(jì)精度，不僅要進(jìn)行二維磁場分析，還需進(jìn)行三維磁場分析；不但要進(jìn)行靜態(tài)磁場分析，還要進(jìn)行瞬變磁場分析。（4）測試技術(shù)的研究由于永磁電機(jī)是永磁體勵(lì)磁，磁場不能調(diào)節(jié)，而且有一些永磁電機(jī)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(jī)的測試技術(shù)得到了很大的發(fā)展，例如電機(jī)穩(wěn)態(tài)和暫

7、態(tài)參數(shù)的測定、電機(jī)端部三維靜磁場的測試等。對于永磁同步電動機(jī)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(dāng)前的重要研究課題。作為當(dāng)前高性能節(jié)能電機(jī)的熱點(diǎn)研究對象，永磁同步電動機(jī)的研究發(fā)展趨勢主要有以下幾個(gè)變化：第一，開發(fā)超高速電機(jī)，速度快速增大；第二，電機(jī)呈現(xiàn)大功率高轉(zhuǎn)矩；第三，電機(jī)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(jìn)步，稀土永磁電機(jī)將越來越多地替代傳統(tǒng)電機(jī)，應(yīng)用前景非常廣闊。稀土永磁電機(jī)

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