磁通量——电机
给定交流磁路的磁通量只与外加电压及频率相关。电机定转子气隙加大，磁路中磁阻加大，要保证磁路中磁通量不变，励磁电流就会自动加大，这样电机空载电流就变大了。
电机的励磁电流加大，导致电机功率因素下降，电流加大也导致电机的铜耗增加，电机的效率下降。在相同的输入功率情况下，输出功率就下降了。
但由于磁路中总磁通量不变，电机的机械特性是不变的，就是电机的额定输出功率，最大转矩等是不变的。
所谓互感器的饱和，实际上讲的是互感器铁心的饱和。我们知道互感器之所以能传变电流，就是因为一次电流在铁芯中产生了磁通，进而在缠绕在同一铁芯中上的二次绕组中产生电动势U＝4.44f*N*B*S×10-8。式中f为系统频率，HZ；N为二次绕组匝数；S为铁芯截面积，m2；B为铁芯中的磁通密度。如果此时二次回路为通路，则将产生二次电流，完成电流在一二次绕组中的传变。而当铁芯中的磁通密度达到饱和点后，B随励磁电流或是磁场强度的变化趋于不明显。也就是说在N,S,f确定的情况下，二次感应电势将基本维持不变，因此二次电流也将基本不变，一二次电流按比例传变的特性改变了。我们知道互感器的饱和的实质是铁芯中的磁通密度B过大，超过了饱和点造成的。而铁芯中磁通的多少决定于建立该磁通的电流的大小，也就是励磁电流Ie的大小。当Ie过大引起磁通密度过大，将使铁芯趋于饱和。而此时互感器的励磁阻抗会显著下降，从而造成励磁电流的再增大，于是又进一步加剧了磁通的增加和铁芯的饱和，这其实是一个恶性循环的过程。
他的意思是，到达饱和点之后，由于励磁电流增加的比较多，但是磁通增加的不多，所以一次、二次感应电势基本不变，二次电流也基本不变，其实应该是有所增加的，但是幅度很小同时这个时候，因为磁通增加的不多，电势和磁通成正比，电势也增加不多，但励磁电流增加很多，从电路的角度分析变压器感应电势E=励磁电流X励磁电抗，此饱和时励磁电抗必将下降，这就是为什么变压器饱和以后励磁电抗下降的原因
为什么同步发电机的励磁磁动势的波形是正弦的
正弦的磁场产生的才会在绕组上产生正弦的感应电势,这样用户才得到正弦的交流电
横向磁场直线开关磁阻电机及其控制系统
横向磁场直线开关磁阻电机及其控制系统 葛宝明1，赵楠1，Aníbal T. de Almeida2，Fernando J. T. E. Ferreira2 (1．北京交通大学电气工程学院，北京市海淀区100044； 2．科英布拉大学电气工程系，葡萄牙科英布拉市3030) 摘要：研究了基于横向磁场直线开关磁阻电机(TFLSRM)、全数字控制器与新型位置传感器的直线电机驱动系统，建立了TFLSRM 数学模型。新型位置传感器利用了TFLSRM次极边极形，无需在次极安装任何元件，改善了系统可靠性。为改善系统性能，在电流环进行了从牵引力到平均电流的非线性转换，在速度环采用离散时间趋近率控制。基于DSP设计了控制器，测试了新型位置传感器与所提驱动系统的动、静态性能。实验结果验证了新型位置传感器与TFLSRM驱动系统的优良性能。 关键词：数字控制、直线开关磁阻电机、位置传感器、横向磁场电机 0 引言 近年来，开关磁阻电动机（SRM）获得了的广泛关注，但无数的有关建模、分析和旋转开关磁阻电机的控制文章已经被发表。虽然有许多的文献介绍纵向磁通型线性开关磁阻电机，但是很少有文献是介绍横向磁通型线性开关磁阻电机。横向磁通开关磁阻电机线性（TFLSRM）利用了垂直于运动的方向和电流流动的方向的磁回路，其结果为磁回路从电路中分离。这种结构使得它非常适合容易制造和维护，同时离散极简化了线性电动机的设计，相比于纵向磁场直线开关磁阻电机，这种结构可以降低总成本。单位体积的高力密度和高效率是其主要优点。因此，TFLSRM作为一个有吸引力的旋转电动机代替品，正在成为直线运动的最优选择。此外，TFLSRM是相当适合高速直线运动应用，由于增强了整个系统的电磁侧力。 横向磁通式的线性开关磁阻电机的原型建筑是有史以来提出的第一个有
永磁同步电动机电磁场计算中定转子空间相对位置确定的研究
第34卷第2期2004年3月 东南大学学报( 自然科学版) JO UR NAL OF S OUTHEA ST UNIVER SITY (Natural Science Edition) Vol 134No 12 Mar.2004 永磁同步电动机电磁场计算中定转子 空间相对位置确定的研究 刘瑞芳1,3 严登俊2 胡敏强1 (1东南大学电气工程系,南京210096)(2河海大学电气工程学院,南京210098)(3北京交通大学电气学院,北京100044) 摘要:采用通用有限元软件对永磁同步电动机电磁场分析时,存在着电动机定、转子轴线相对位置未知的问题,而确定这个相对位置是任意负载下磁场计算的前提.本文通过研究电动机电磁量之间的关系找到特定内功率因数角下气隙合成电势和内功率角的特征.提出一种相当于逆问题分析的处理方法,在不同定子电流初相位下进行计算,搜寻对应于特定内功率因数角磁场分布,从而求得定转子空间的初始相对位置. 关键词:永磁同步电动机;有限元;定转子空间相对位置 中图分类号:T M351 文献标识码:A 文章编号:1001-0505(2004)022******* Investigation in determining the relative position between stator and rotor of a PMSM in electromagnetic field calculation Liu Ruifang 1,3 Yan D engjun 2 Hu Minqiang 1 (1Department of Electrical Engineering,Southeas t Univers ity,Nanjing 210096,C hina)(2C ollege of Electrical Engineering,Hohai Univers ity,Nanjing 210098,C hina)(3School of Electrical Engineering,Beijing Ji aotong University,B eiji ng 100044,Chi na) Abstract:When designing universal finite ele ment sof tw are for analyzing the per manent magnet synchronous motors (PM S Ms),the relative position of the stator and rotor a xis remains unkno wn.How ever determining the relative position is a precondition for electroma gnetic field calculation.Through analyzing the basic relationship of variables in synchronous machines the characteristics of air gap resultant E M F and inner power angle under special inner po wer factor angle can be obtained.A technique similar to inverse problem solving is proposed in this paper.A series of electromagnetic field calculation under different armature current initial phase angles are carried out firstly,then through searching the field of special inner pow er factor angles the relative position of rotor and stator can be determined subsequently.Key words:PM S M;finite element method (FE M);relative position of stator and rotor 收稿日期:2003201222. 作者简介:刘瑞芳(1971)),女,博士生;胡敏强(联系人),男,博 士,教授,博士生导师,m qhu@https://www.wendangku.net/doc/3b10272967.html,. 在永磁同步电动机通用软件设计中,存在着电动机定、转子相对位置未知的问题,而确定这个相对位置是进行永磁同步电动机负载磁场计算的前提.现有文献多采用根据具体电动机的结构和槽号 分配来判断定、转子轴线相对位置[1~3].但对通用程序,软件系统应当具有自动判断定、转子初始相对位置的功能,否则会使用户对程序的干预大大增加,不易实现程序的自动化和通用化. 1 定转子空间相对位置的确定问题 根据M axwell 方程,永磁同步电动机的二维电磁场边值问题可以表述为
径向磁通开关磁阻电机的发展历史及趋势
文献检索 径向磁通开关磁阻电机的发展历史及趋势 姓名 学号825 所在学院电气与电子工程学院 专业班级12电气7班 日期2014年12月26日
一、开关磁阻电机发展简介 开关磁阻电机是80年代初随着电力电子、微电脑和控制技术的迅猛发展而发展起来的一种新型调速驱动系统，具有结构简单、运行可靠及效率高等突出特点，成为交流电机调速系统、直流电机调速系统和无刷直流电机调速系统的强有力的竞争者，引起各国学者和企业界的广泛关注。跨国电机公司Emerson电气公司还将开关磁阻电机视为其下世纪调速驱动系统的新的技术、经济增长点。目前开关磁阻电机已广泛或开始应用于工业、航空业和家用电器等各个领域。 1970年，英国Leeds大学步进电机研究小组首创一个开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor, SRM）雏形，这是关于开关磁阻电机最早的研究。1972年，进一步对带半导体开关的小功率电动机（10w～1kw）进行了研究。到了1975年有了实质性的进展，并一直发展到可以为50kw的电瓶汽车提供装置。1980年在英国成立了开关磁阻电机驱动装置有限公司（SRD Ltd.），专门进行SRD系统的研究、开发和设计。1983年英国（SRD Ltd.）首先推出了SRD系列产品，该产品命名为OULTON。1984年TASC驱动系统公司也推出了他们的产品。另外SRD Ltd. 研制了一种适用于有轨电车的驱动系统，到1986年已运行500km。该产品的出现，在电气传动界引起不小的反响。在很多性能指标上达到了出人意料的高水平，整个系统的综合性能价格指标达到或超过了工业中长期广泛应用的一些变速传动系统。 从上世纪90年代国际会议的上有关SRD系统的文章来看，对SRD系统的研究工作已经从论证它的优点、开发应用阶段进入到设计理论、优化设计研究阶段。对SR电机、控制器、功率变换器等的运行理论、优化设计、结构形式等方面进行了更加深入的研究。 二、开关磁阻电机的分类 按气隙磁通方向分类方法将开关磁阻电机分为两类：径向磁通开关磁阻电机和横向磁通开关磁阻电机。这里，着重分析径向磁通开关磁阻电机。 1、径向气隙磁通 发电机依靠转子对定子的相对运动来发电，在定子与转子之间的间隙称为气隙。在传统电机结构中，定子在外围，转子在中间旋转，见图1右图，定子与转
新型轴向磁场磁通切换型永磁电机外围漏磁有限元处理方法
…．堕壁皇型…竺望然舅……………………………………蟛望‰√ｊ新型轴向磁场磁通切换型永磁电机外围漏磁有限元处理方法 张磊，林明耀，李鑫 （东南大学，江苏南京２１００９６） 摘要：针对轴向磁场磁通切换型永磁电机，提出了一种电机外围漏磁有限元处理方法——能量法，即电机有限元模型外围模拟空气环境的虚拟空气罩尺寸的确定方法。不同虚拟空气罩尺寸下，工作气隙永磁磁通幅值计算 结果的变化趋势说明了该方法的可行性。研究表明，使用该方法可以在计算时间和精度之间实现最优化，该方法 同样可以推广到双【ｆｌｌ极电机等定子永磁型电机的有限元分析。 关键词：外围漏磁：能量法；虚拟空气罩；永磁电机；有限元仿真 中图分类号：ＴＭ３５１文献标识码：Ａ文章编号：１００４－７０１８（２０１０）０１一∞眇一舛 ＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＭｅｔｈｏｄｔｏＰｅｒｉｐｈｅｒａｌＦｌｕｘＬｅａｋａｇｅｉｎａＮｏｖｅｌＡｘｉａｌＦｉｅｌｄ Ｆｌｕｘ－ＳｗｉｔｃｈｉｎｇＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇｎｅｔ Ｍａｃｈｉｎｅ ＺＨＡＮＧＬｅｉ。ｕＮＭｉｎｇ－ｙａｏ，ＬＩＸ／ｎ （ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎｅｗｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｅｎｅｒｇｙｔｏｐｅｒｉｐｈｅｒａｌｆｌｕｘｌｅａｋａｇｅｉｎａｎｏｖｅｌａｘｉａｌｆｉｅｌｄｆｌｕｘ－ｓｗｉｔｃｈｉｎｇｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔ（ＡＦＦＳＰＭ）ｍａｃｈｉｎｅｗａｇｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．１１ｌｅｓｉｚｅｏｆｓｕｐｐｏｓｉｔｉｏｎａｌｐｅｒｉｐｈｅｒａｌａｉｒｃｙｌｉｎｄｅｒｓｕｓｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅａｉｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅＡＦＦＳＰＭｍａｃｈｉｎｅｗａｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｂｙｔｈｅｓｕｇｇｅｓｔｅｄｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｕｓ，ａ ｂａｌａｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｐｒｅｃｉｓｉｏｎａｎｄｔｉｍｅＷａｓａｃｈｉｅｖｅｄ．Ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｗｅｒｅｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｗｉｔｈｔｈａｔｂｙｔｈｅｖａ－ ｆｉａｎｃｅｏｆＰＭｆｌｕｘｍａｘｉｍｕｍｖａｌｕｅ．ＴｈｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｉｓｕｓｅｆｕｌｉｎｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｍａｃｈｉｎｅｓｗｉｔｈＰＭ ｉｎｓｔａｔｏｒ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌｆｌｕｘｌｅａｋａｇｅ；ｅｎｅｒｇｙｍｅｔｈｏｄ；ｓｕｐｐｏｓｉｔｉｏｎａｌａｉｒｃｙｌｉｎｄｅｒ；ＰＭｍａｃｈｉｎｅ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ０引言 传统的永磁电机将永磁体放置在转子上，为防止电机高速运行时永磁体受到离心力作用而被甩落，通常在转子上安装不锈钢或非金属纤维材料制成的固定套，但这会导致转子散热困难。过高的温升会使永磁体发生不可逆退磁，限制电机出力，减小电机输出功率。近年来，以新型双凸极永磁（以下简称ＤＳＰＭ）电机和磁通切换型永磁（以下简称ＦＳＰＭ）电机为代表的定子永磁电机可以较好地解决上述问题‘１－４］。图１为一台三相１２／１０极径向磁场磁通切换型永磁（以下简称ＲＦＦＳＰＭ）电机截面图，该电机通过定、转子相对位置的变化，引起电机内磁路改变，从而使得电机内的电磁场发生变化，以实现电机的电动或发电运行。但是由于将永磁体置于定子中，电机外围漏磁将导致感应电势幅值的有限元计算结果大于实测值一ｊ。为了使有限元计算结果更接近实际情况，建模过程中，应该计及电机外围漏磁的影响，习惯的做法是在电机有限元模型外围加 收稿日期：２００９—０５—１８ 基金项日：江苏省自然科学基金项目（ＢＫ２００８３０６） ９上模拟空气环境的虚拟空气罩‘引，然而附加的虚拟空气罩在剖分、求解及数据后处理过程中都会增加工作量，延长求解时间。因此，确定空气罩的尺寸，在计算时间和求解精度之间达到最优化，不仅具有重要的理论意义，也具有很好的应用价值。 图ｌ三相１２／１０极ＲＦＦｓＰＭ电机截面图 目前，有限元建模时，在电机外围加模拟空气环境的虚拟空气罩的做法已被广泛采用，但有关确定其尺寸的方法尚未见诸文献。本文以一台三相１２／１０极轴向磁场磁通切换型永磁（以下简称ＡＦＦ．ＳＰＭ）电机为例，基于全场域三维有限元分析方法，提出了一种在有限元程序中容易实现的电机外围模拟空气环境的虚拟空气罩尺寸确定方法——能量法，分析了不同虚拟空气罩尺寸对该电机工作气隙永磁磁通幅值计算结果的影响。最后，运用此法对一台三相１２／１０极ＲＦＦＳＰＭ电机有限元模型中电机外围的虚拟空气罩尺寸进行分析，说明提出的方法 万方数据
调速永磁同步电动机的电磁设计与磁场分析
调速永磁同步电动机的电磁设计与磁场分析 1 引言 与传统的电励磁电机相比，永磁同步电动机具有结构简单，运行稳定；功率 密度大；损耗小，效率高；电机形状和尺寸灵活多变等显著优点，因此在航空航 天、国防、工农业生产和日常生活等各个领域得到了越来越广泛的应用。 随着电力电子技术的迅速发展以及器件价格的不断下降，越来越多的直流电 动机调速系统被由变频电源和交流电动机组成的交流调速系统所取代，变频调速 永磁同步电动机也应运而生。变频调速永磁同步电动机可分为两类,一类是反电 动势波形和供电电流波形都是理想矩形波(实际为梯形波)的无刷直流电动机,另 一类是两种波形都是正弦波的一般意义上的永磁同步电动机。这类电机通常由变 频器频率的逐步升高来起动，在转子上可以不用设置起动绕组。 本文使用Ansoft Maxwell 软件中的RMxprt 模块进行了一种调速永磁同步电 动机的电磁设计，并对电机进行了性能和参数的计算，然后将其导入到Maxwell 2D 中建立了二维有限元仿真模型，并在此模型的基础上对电机的基本特性进行 了瞬态特性分析。 2 调速永磁同步电动机的电磁设计 2.1 额定数据和技术要求 调速永磁同步电动机的电磁设计主要包括主要尺寸和气隙长度的确定、定子 冲片设计、定子绕组的设计、永磁体的设计等。通过改变电机的各个参数来提高 永磁同步电动机的效率η、功率因数cos ?、起动转矩st T 和最大转矩max T 。本例所设计永磁同步电动机的额定数据及其性能指标如下： 额定数据 数值 额定功率 N 30kw P = 相数 =3m 额定线电压 N1=380V U 额定频率 =50Hz f 极对数 =3p 额定效率 N =0.94η 额定功率因数 N cos =0.95? 绝缘等级 B 级 计算额定数据：
一种轴向磁通永磁电机的设计
Analytical Design of an Axial Flux Permanent Magnet In-Wheel Synchronous Motor for Electric Vehicle C. Versèle1, Z. De Grève1,2, F. Vallée1, R. Hanuise1, O. Deblecker1, M. Delhaye1 and J. Lobry1 1Electrical Engineering Department – Faculté Polytechnique de Mons 2 Belgian National Fund for Research, FNRS Boulevard Dolez, 31 7000 Mons – Belgium Tel.: +32 / (0)65 – 374123 Fax: +32 / (0)65 – 374120 E-Mail: christophe.versele@umons.ac.be Keywords ?AC machine?, ?Electric vehicle?, ?Permanent magnet motor?, ?Synchronous motor?. Abstract This paper deals with the analytical design of an axial flux permanent magnet (AFPM) in-wheel synchronous motor for electric vehicles (EVs). AFPM motor is a pancake-type high torque density motor that fits perfectly the wheel of an automobile vehicle and that can, thus, be easily and compactly integrated into the wheel. Therefore, AFPM motor seems to be a better choice than radial flux permanent magnet (RFPM) motor for this kind of application. First, a design program of AFPM synchronous motors developed by the authors in Matlab environment is presented and validated by experimental results.This program is very simple to use and useful during the first stage of the design of a new motor in order to evaluate its performances and overall dimensions with reasonable accuracy (although more sophisticated methods, such as Finite Element Analysis (FEA), are required in more advanced phases of the design). In a second time, this program is used to design one of the four in-wheel motors of an urban EV. The results confirm that AFPM motor is a competitive choice for this application. Indeed, it meets all the requirements of the EV and fits perfectly the shape and size of a classical rim of an automobile vehicle wheel. Moreover, the results are compared with those obtained for a more conventional RFPM motor. This comparison shows that AFPM motor is a better choice than RFPM motor for in-wheel motor applications. Introduction Since Neodymium-Iron-Bore (NdFeB) permanent magnet (PM) materials were invented in 1980’s, PM machines are more and more used in large-scale industrial applications where other types of machines were preferred before. Moreover, this invention gave new possibilities for the use of axial field machines until then very limited in industrial applications. It was also found out that AFPM machines are a better choice or, at least, an alternative in some applications compared to RFPM machines [1] such as in-wheel motors for EV, wheelchair motors, generators dedicated to wind energy application, etc. The concept of in-wheel motors for EVs appeared in the 1990’s and in the last twenty years some attempts have been proposed. Several different types of motors have been considered. In 1994, Caricchi et al. [2] developed a slotless AFPM motor as an in-wheel motor to an electrical scooter. However, the slotless type stator is a strong limitation for traction applications where the motor is subjected to several types of stresses [3]. Then, in 1997, Bernot et al. [4] showed that in-wheel motors are a good solution to motorise heavy electrical vehicles, such as buses, but it leads to use two, four or six motorized wheels and power drives. The motor studied in that paper was a RFPM synchronous one with an inverted structure. In 2001, Tutelea and Ritchie [5] analyzed the design of a four wheels drive system for a small city car using induction motor (IM) with outer rotor. More recently, during the last
磁通切换永磁电机等效模型与控制策略分析
第13卷 第5期2009年9月 电 机 与 控 制 学 报 EL EC TR IC MACH I N ES AND CON TROL Vol 113No 15Sep.2009 磁通切换永磁电机等效模型与控制策略分析 贾红云, 程明, 花为, 赵文祥 (东南大学伺服控制技术教育部工程研究中心,江苏南京210096) 摘 要:针对传统转子永磁型电机散热困难导致永磁体发生不可逆退磁、限制电机出力、减少功率 密度等问题,提出了一种定子永磁型磁通切换永磁(FSP M )电机,并对该电机结构特点与等效模型进行了分析,比较了定子磁场定向控制(SF OC )、直接转矩控制(DTC )及基于空间矢量调制的直接转矩控制(S VM 2DT C )三种控制方法在FSP M 电机上的应用效果。运用dSP ACE 的实验平台,对基于SF OC 的FSP M 电机驱动系统进行了实验研究。仿真与实验结果表明,采用SF OC 的FSP M 电机转矩脉动小、电流正弦度好以及低速性能优越,更适合于低速驱动领域的应用。关键词:磁通切换;定子永磁电机;等效模型;定子磁场定向;直接转矩控制 中图分类号:T M 351 文献标志码:A 文章编号:1007-449X (2009)05-0631-07 Equi valent model and control strategi es analysis for flux 2switchi n g per manent 2magnet motor J I A Hong 2yun, CHENG M ing, HUA W ei, ZHAO W en 2xiang (Engineering Research Center forMoti on Contr ol of MOE,Southeast University,Nanjing 210096,China ) Abstract:Traditi onal r ot or 2per manent magnet (P M )mot or cooling p r oble m s lead t o irreversible P M de 2magnetizati on li m iting the electrical out put capacity,reducing the power density and s o on .A ne w stat or 2per manent magnet flux 2s witching P M (FSP M )is put f or ward .Its configurati on and equivalent mathe matic model are analyzed,and three contr ol strategies,na mely stat or flux 2orientati on contr ol (SF OC ),direct t orque contr ol (DTC )and s pace vect or modulati on DTC (S VM 2DT C ),are compared for a FSP M mot or on app licati on effects,res pectively . Further more,the SF OC syste m is i m p le mented in a real 2ti m e dSP ACE contr ol p latf or m f or the experi m ental test of a p r ot otyped FSP M mot or drive .The si m ulated and experi m ental results indicate that the SF OC method has p ri or perfor mances including the sinus oidal phase current and l ow t orque and s peed pulsati ons,which is suitable f or the request of l ow s peed operati on .Key words:flux 2s witching;stat or per manent magnet mot ors;equivalent model;stat or flux 2orientati on;direct t orque contr ol 收稿日期:2009-04-14 基金项目:国家自然科学基金(50729702;50807007);航空科学基金(20080769007);江苏省2008年度研究生科技创新计划基金(CX08B_067Z )作者简介:贾红云(1979—),女,博士研究生,研究方向为新型电机驱动与控制; 程 明(1960—),男,教授,博士生导师,研究方向为电动车驱动控制技术、新能源发电技术、微特电机及测控系统等;花 为(1978—),男,博士,讲师,研究方向为新型电机设计与控制; 赵文祥(1976—),男,博士研究生,讲师,研究方向为永磁电机及其驱动系统的可靠性分析。 0 引 言 随着控制理论、永磁材料和电力电子技术的发 展,基于磁场定向控制(flux 2orientati on contr ol, F OC )、直接转矩控制(direct t orque contr ol,DT C )等先进控制算法的转子表面贴装式永磁(surface 2
调速永磁同步电动机的电磁设计与磁场分析
调速永磁同步电动机的电磁设计与磁场分析 1 引言 与传统的电励磁电机相比，永磁同步电动机具有结构简单，运行稳定；功率密度大；损耗小，效率高；电机形状和尺寸灵活多变等显著优点，因此在航空航天、国防、工农业生产和日常生活等各个领域得到了越来越广泛的应用。 随着电力电子技术的迅速发展以及器件价格的不断下降，越来越多的直流电动机调速系统被由变频电源和交流电动机组成的交流调速系统所取代，变频调速永磁同步电动机也应运而生。变频调速永磁同步电动机可分为两类,一类是反电动势波形和供电电流波形都是理想矩形波(实际为梯形波)的无刷直流电动机,另一类是两种波形都是正弦波的一般意义上的永磁同步电动机。这类电机通常由变频器频率的逐步升高来起动，在转子上可以不用设置起动绕组。 本文使用Ansoft Maxwell软件中的RMxprt模块进行了一种调速永磁同步电动机的电磁设计，并对电机进行了性能和参数的计算，然后将其导入到Maxwell 2D中建立了二维有限元仿真模型，并在此模型的基础上对电机的基本特性进行了瞬态特性分析。 2 调速永磁同步电动机的电磁设计 2.1 额定数据和技术要求 调速永磁同步电动机的电磁设计主要包括主要尺寸和气隙长度的确定、定子冲片设计、定子绕组的设计、永磁体的设计等。通过改变电机的各个参数来提高 T。本例所永磁同步电动机的效率η、功率因数cos?、起动转矩st T和最大转矩max 设计永磁同步电动机的额定数据及其性能指标如下： 计算额定数据：
(1) 额定相电压：N 220V U U == (2) 额定相电流：3 N N N N N 1050.9A cos P I mU η??== (3) 同步转速：160=1000r /min f n p = (4) 额定转矩：3 N N 1 9.5510286.5N m P T n ?==g 2.2 主要尺寸和气隙长度的确定 永磁电机的主要尺寸包括定子内径和定子铁心有效长度，它们可由如下公式 估算得到： 2 i11P D L C n '= N N N cos E K P P η?'=， 6.1p Nm dp C K K AB δ α=' 式中，i1D 为定子内径，L 为定子铁心长度，P '为计算功率，C 为电机常数。 E K 为额定负载时感应电势与端电压的比值，本例取0.96；p α'为计算极弧系数， 初选0.8；Nm K 为气隙磁场的波形系数，当气隙磁场为正弦分布时等于1.11；dp K 为电枢的绕组系数，初选0.92。A 为电机的线负荷，B δ为气隙磁密，A 和B δ的 选择非常重要，直接影响电机的参数和性能，应从电机的综合技术经济指标出发 来选取最合适的A 和B δ值，本例初选为200A/cm,0.7T A B δ==。 由上式可初步确定电机的2i1D L ，但要想进一步确定i1D 和L 各自的值，还应选择主要尺寸比i1i122L L pL D D p λπτπ===，其中τ为极距。通常，中小型同步电动机的0.6~2.5λ=，一般级数越多，λ也越大，本例初选1.4。 永磁同步电动机的气隙长度δ一般要比同规格的感应电动机的气隙大，主要 是因为适当的增加气隙长度可以在一定的程度上减小永磁同步电动机过大的杂 散损耗，减低电动机的振动与噪声和便于电动机的装配。所以设计永磁同步电动 机的气隙长度时,可以参照相近的感应电动机的气隙长度并加以适当的修改。本 例取=0.7mm δ。 确定电动机定子外径时，一般是在保证电动机足够散热能力的前提下，视具 体情况为提高电动机效率而加大定子外径还是为降低成本而减小定子外径。
SMC-Si钢组合铁心盘式横向磁通永磁无刷电机及其驱动控制研究
SMC-Si钢组合铁心盘式横向磁通永磁无刷电机及其驱动控制研 究 经济社会的快速发展在为我们的生活带来便利的同时,也造成了日益严峻的资源短缺、环境污染等问题。大力发展电动汽车是一种有效的解决途径。 对于电动汽车驱动电机,永磁无刷电机以其高效率、高功率密度、高转矩密度的优势得到了广泛的应用。为了提高永磁无刷电机在运行效率、功率密度和转矩密度等方面的性能,研究开发了各种不同结构的永磁无刷电机。 其中,盘式横向磁通永磁无刷电机(Disk Transverse-Flux Permanent Magnet Brushless Motor,简称 DTFM)综合了集中绕组电机、盘式电机以及横向磁通电机的优势,具有绕组端部短、容错能力高、转矩密度高、电磁负荷独立设 置的特点。但由于其定子铁心全部采用硅钢片或SMC制成,导致其齿槽转矩脉动大和空载反电动势过低的问题。 若通过硅钢片齿身和SMC齿靴的设计,将SMC和硅钢片相结合构成基于SMC-Si钢组合铁心的DTFM,能够有效地解决齿槽转矩脉动大和反电动势过低的 问题。另外,永磁无刷电机的控制算法普遍采用矢量控制技术。 但目前的矢量控制系统通用性差,对于不同的电机需要专门研制配套的矢量控制系统才能发挥其最佳性能。另外,控制器硬件电路的设计以及软件算法的合理性仍然有很大的提升空间。 本文在阐述DTFM和矢量控制技术的发展研究现状的基础上,首先,针对Si 钢铁心DTFM以及SMC铁心DTFM的缺陷,提出了一种基于SMC-Si钢组合铁心的DTFM,并详细分析了其结构特点及优越性;其次,对比分析了 SMC-Si钢组合铁心DTFM、Si钢铁心DTFM以及SMC铁心DTFM的齿槽转矩和空载反电动势,突出了
电机的磁场与磁通方向
电机的磁场与磁通方向 Structure Classification of Generator 直驱风力发电机对发电机有特殊的要求，因为风力机转速低，直驱风力发电机要能在低转速下正常发电，但低转速发电机体积通常很大，缩小体积是主要的技术要求，缩小直径或缩短厚度（盘式电机）都是重要的。为了实现这些目的，直驱风力发电机采用了与常规电机不同的结构，结构不同主要表现在定子与转子的相对位置上，也就是磁场或磁路上，下面对几类电机结构作简单介绍。 按气隙磁通方向分类 径向气隙磁通 发电机依靠转子对定子的相对运动来发电，在定子与转子之间的间隙称为气隙。在传统电机结构中，定子在外围，转子在中间旋转，见图1右图，定子与转子之间的间隙为柱面，见图1左图，图中半透明的柱面即为气隙面，磁力线垂直于气隙面，与所在点直径方向平行，称为径向气隙磁通。
图1 径向气隙磁通径向气隙磁通广泛应用在传统的发电机与电动机中。
轴向气隙磁通 在多数盘式结构电机中，定子与转子都呈盘型结构，两者间的气隙是与电机转轴垂直的平面，见图2右图（为表示清楚，夸大了定子与转子的距离）。图2左图是该气隙平面，用半透明表示该气隙面。磁力线垂直于气隙面，与转轴方向平行，称为轴向气隙磁通。
图2 轴向气隙磁通 轴向气隙磁通主要用在盘式电机中，以适应垂直轴风力机的要求或其他特殊应用场合。
按定子磁通方向分类 纵向定子磁通 磁力线穿过电机定子与转子形成闭合回路，是一个环绕的磁通。传统电机的环绕磁通所在平面与转子运动方向平行，称为纵向定子磁通，简称为纵向磁通。图3是纵向定子磁通的示意图，展示了一段拉直的定子与转子中的磁通回路。
新型横向磁通永磁电机磁场研究
第27卷第24期中国电机工程学报V ol.27 No.24 Aug. 2007 2007年8月Proceedings of the CSEE ?2007 Chin.Soc.for Elec.Eng. 文章编号：0258-8013 (2007) 24-0058-05 中图分类号：TM341 文献标识码：A 学科分类号：470?40 新型横向磁通永磁电机磁场研究 褚文强，辜承林 (华中科技大学电气与电子工程学院，湖北省武汉市 430074) Study on Magnet Field of Novel Transverse-flux Permanent Magnet Machine CHU Wen-qiang, GU Cheng-lin (College of Electrical and Electronic Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, Hubei Province, China) ABSTRACT: Firstly，a novel transverse-flux permanent magnet machine(TFPMM) is introduced．Then its no-load magnetic field is analyzed, including flux curve, the influence of different air gap/permanent magnet weight on magnetic field. Beside its cogging torque is also calculated．Finally, The experimental data is given and compared with the magnetic field computation results to prove the method above is available. KEY WORDS: transverse-flux; permanent-magnet machine; magnetic field computation 摘要：简要介绍了一种新型横向磁通电机，然后针对该电机进行了空载磁场分析，给出了磁通变化曲线，分析了气隙长度、永磁体宽度对磁场的影响，同时还计算了电机定位力矩。给出了样机实验数据，并与磁场计算结果进行了对比分析，比较结果说明以上方法是有效的。 关键词：横向磁通；永磁电机；磁场计算 0 引言 横向磁通永磁电机(Transverse-flux permanent magnet machine，TFPMM)是20世纪80年代末由德国的H.Weh教授提出的一种新型电机结构形式[1-2]。磁路结构的改变使其从理论上克服了传统电机齿槽位于同一截面，几何尺寸相互制约，电机转矩难以根本提高的缺陷，特别适合低速、大转矩、直接驱动等应用场合。德国于1988年率先研制了首台45kW横向磁通永磁电机样机，1999年又将TFPMM作为电动车发展优选部件之一；英国Rolls- Royce国际研发中心于1997年设计并制作了3.0MW采用C形定子铁心的TFPMM样机，目前正在研制16相20MW横向磁通永磁电机[3-5]；美国通用汽车Allsion传动部着手于研究复合软磁材料(SMC)成形定子的横向磁通电机和爪形齿横向磁通电机，并研制了30kW电动车用横向磁通电机[6-8]；国内对横向磁通电机的研究开展较晚，但目前已有不少样机研制成功[9-11]。此外TFPMM还被应用于磁悬浮[12-14]、风力发电、直线驱动[15]等领域。但是上述各种拓扑结构都存在工艺复杂，加工困难，基本上不适合中小功率低速直驱式场合应用。文献[16]提出了一种新型TFPMM拓扑形式，简化了电机结构，降低了对制造工艺的要求，使得TFPMM有可能应用于中小功率场合。本文在文献[16]基础上，利用有限元方法分析了该电机的空载磁场，给出了磁通变化曲线，分析了气隙长度、磁体宽度对磁场的影响，同时还计算了定位力矩，最后对样机的实验数据进行了比较分析。 1 新型横向磁通永磁电机 TFPMM磁路呈三维分布，其拓扑结构变化较为丰富，按其永磁转子结构和磁路特点，可以分为平板式、聚磁式、磁阻式、无源转子式4类[17]。文献[16]正是在德国G．Henneberger教授设计的单边定子平板式TFPMM结构[18]基础上提出一种新型横向磁通电机拓扑结构(内定子、外转子)，其定转子结构如图1、2所示，主要结构特点如下： （1）永磁体轴向磁化，相邻磁体极性相反，各相磁体(2p个)沿转子内表面均布，m相磁体轴向分隔，周向对齐。 （2）U形磁轭以两倍极距均布(每相p个)，各相独立，三相定子轴向互错120o电角度被固定在非磁性定子支架上。 （3）电枢绕组由同心绕制在U形磁轭中的周向线圈组成。
影响横向磁场开关磁阻电机性能的主要因素研究 (1)
影响横向磁场开关磁阻电机性能的主要因素研究 张学毅马晓光朱永祥 湖南工业大学，湖南株洲４１２０００ 摘要：对有屏蔽和无屏蔽的两台ＴＦＳＲＭ样机的气隙磁场，应用三维等效磁网络法进行了分析，结果表明：通过永久磁钢屏蔽漏磁通可以提高ＴＦＳＲＭ的转矩；研究了样机的主要尺寸对ＴＦＳＲＭ转矩的影响，并对ＴＦＳＲＭ的主要参数进行了优化。 横向磁场开关磁阻电机；转矩；气隙磁场；永磁屏蔽 ＴＭ３５２Ａ１００４－７０１８（２０１２）０９－０００１－０３ Ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ｏｎ ｔｈｅ Ｍａｉｎ Ｆａｃｔｏｒｓ ｔｏ Ａｆｆｅｃｔ ｔｈｅ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ－Ｆｌｕｘ Ｓｗｉｔｃｈｅｄ Ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ Ｍｏｔｏｒ ＺＨＡＮＧ Ｘｕｅ－ｙｉＭＡ Ｘｉａｏ－ｇｕａｎｇＺＨＵ Ｙｏｎｇ－ｘｉａｎｇ ２０１２－０３－１６ 湖南省科技厅科技计划项目（２０１０ＧＫ３０９７）
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＠＠［ １ ］ Ｃｈａｎｇ Ｊｕｎｇｈｗａｎ， Ｋａｎｇ Ｄｏｈｙｕｎ． Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｆｌｕｘ ｌｉｎｅｒ ｍｏｔｏｒ ｗｉｔｈ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ－ｍａｇｎｅｔ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｄｉｒｅｃｔ ｄｒｉｖｅ ａｐ ｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［ Ｊ ］ ． ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ， ２００９，４１ （５） ： １９３６－１９３９． ＠＠［２］ 赵宇，柴建云．横向磁场永磁电机性能研究［Ｊ］．电机与控制 应用，２００６，３３（７）：９－１３． ＠＠［３］李亚旭．横向磁通电动机拓扑结构初析［Ｊ］．船电技术，２００９ （１）：８－１２． ＠＠［４］ 李永斌，高瑾，江建中．横向磁场开关磁阻电机永磁屏蔽技术 研究［Ｊ］．中国电机工程学报，２００８，２３（１１）：１６４－１６８． ＠＠［５］ 袁琼，江建中．横向磁通永磁电机［Ｊ］．微特电机，２００８，３０ （３）：３－４ ＠＠［６］ 郑洪涛，蒋静坪基于转矩矢量控制的开关磁阻电机转矩脉动 控制［Ｊ］．微特电机，２００８（１）：１５－１７． 作者简介：张学毅（１９６６－），男，教授，研究方向为电工理论与新技术。