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1、永磁同步电机设计1电机仿真模型(a)原型电机(b)新型电机图1 PM-Y2-180-4电机整体有限元仿真模型图2 新型电机转子1/4模型2静态有限元仿真结果比较2.1 永磁磁场分布当永磁体单独作用时，两种电机的磁力线分布如图3所示。(a)原型电机(b)新型电机图3两种电机永磁磁场分布03空载稳态有限元仿真结果比较3.1空载永磁磁链、空载永磁反电势波形空载情况下，两种电机的三相绕组电流均设置为零，电机中磁场由永磁体单独产生。设置电机稳态运行转速为 n=3000r/min ,可得到两种电机的空载永磁磁链、空载永磁反电势波 形分别如图5、图6所示。由于三相绕组对称，在此仅给出A相绕组仿真结果。(a)
2、原型电机(b)新型电机200250300(C)两种电机比较图4两种电机永磁气隙磁密分布1.2510.750.50.25-0.25-0.5-0.75-1Distance/mm割口 口口正白3V-1.25八 050100150与才营一r1.M .号50二1端国 3 sa g* :Enrij54(10IdO W300 00原型电机新型电机2.2 永磁气隙磁密波形当永磁体单独作用时， 两种电机一个周期范围 (即一对永磁体范围) 的永磁气隙磁密波 形如图4所示。-0.6081216时间/ms6 4 2 ON,4 o o o o O- - byv链磁磁永载空20图5两种电机空载永磁磁链400-400081
3、21620时间/ms1000。 o o O o o o o o O3 2 1 12 3- - -V势电反载空图6 两种电机空载永磁反电势3.2空载永磁磁链、空载永磁反电势谐波分析利用Matlab对图5、图6的波形进行傅里叶分析，可得到两种电机磁链及反电势的各次谐波分量，如图 7所示。4 3 2 1跄比分百量分波基于对相原型电机新型电机2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15谐波次数2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15谐波次数2 0 8 6 4 2 跄比分百量分波基于对相0（a）空载永磁磁链（b）空载永磁反电势图7磁链及反电势谐波分量分析通
4、过对两种电机的空载永磁磁链和空载永磁反电势进行谐波分析，得到以下结论：（1）3次谐波分量是主要谐波分量；（2）偶次谐波分量几乎为零，奇次谐波分量相对较大；（3）采用新型电机结构可在一定程度上削弱3次谐波分量，但同时会引起5、7次谐波分量增加，总体削弱谐波效果并不明显。4负载稳态有限元仿真结果比较4.1 电枢绕组通入三相对称电压两种电机具有相同的参数如下:电阻 R=0.0410947 ,电感 L=5.87143 10 5H,额定转速n=3000r/min。给电枢绕组通入三相对称电压：uA 310.269sin(200 tuB 310.269sin(200 tUc 310.269sin(200 t
5、35.3581 /180)35.3581 /180 2 /3)35.3581 /180 2 / 3)(1)并进行有限元仿真，得到两种电机的绕组电流及转矩波形，分别如图8、图9所示。(b)新型电机图8两种电机绕组电流波形600-1000255075100125150Time/ms175200图9 两种电机电磁转矩波形4.2 电枢绕组通入三相对称电流由图8、图9可见，经过足够长的时间，绕组电流和转矩将趋于稳定，即电流有效值、转矩平均值不再发生变化，此时，转矩在一个周期范围内的平均值大小仅取决于绕组电流有效值大小。因此，为了保证电机稳定运行时的额定平均转矩为117Nm,可直接给电枢绕组通入三相对称电流，AV2I sin(200 t)(2)B扬sin(200t2/ 3)c22!sin(200t2/3)并将电流有效值I调整到适当大小。图10、图11分别给出了一个周期内 A相绕组电流波形 及转矩脉动波形。 其中，原型电机的电流有效值为 60.7A,新型电机的电流有效值为 55.0A, 且两种电机的平均转矩均为117N m。501401301201Om尸矩转图11两种电机转矩脉动波形