永磁同步电动机的设计及结构的研究 二

论文字数:28828,页数:69 

永磁同步电动机的设计和结构的研究

摘  要： 本文围绕永磁同步电动机的设计研究开展工作，扼要阐述了稀土永磁电机。对永磁同步电动机（PMSM）的研究现状作了阐述。概况起来，本课题所做的工作主要包括以下几个部分：
    第一部分，本文介绍各种永磁材料及永磁同步电动机，并对永磁同步电动机的研究现状作了阐述。
 第二部分，本课题以对一台25KW的三相异步起动永磁同步电动机的设计为目标，针对永磁同步电动机的若干问题进行研究。其中包括：对其稳态特性的分析；对其稳态参数进行计算；对其起动等动态性能进行计算；对其结构进行设计；并进行相关的稳态及动态性能分析。本文根据自行设计的三相径向式异步起动稀土永磁同步电动机而撰写。
 第三部分：本课题设计了一台25KW异步起动的永磁同步电动机。本文对三相异步起动永磁同步电动机的电磁结构进行了相关设计，包括：对定子转子结构设计；气隙磁场的分布；对永磁体尺寸的设计与分析；对磁极结构进行设计与分析等等。
 进入二十一世纪后，我国的能源问题己经成为关系到可持续发展战略顺利进行的关键。根据统计，每年耗电量的百分之五十以上为感应电动机直接消耗。而中小型感应电机的效率及功率因数偏低，造成能源的大量浪费。如何提高感应电机的效率问题已成为人们关注的话题。自上个世纪八十年代以来，随着异步起动永磁电动机的问世及随后的快速发展，使这种构想成为可能。我国稀土资源丰富，进一步为这种高性能、不需变频驱动的永磁电机提供了广大的发展空间。
 永磁同步电动机作为一种新型电动机，源其自身的技术优势和卓越性能，在相关支撑技术发展的推动下，必将会获得更为广阔的应用和发展空间。
 
 关键词：  永磁材料； 永磁电机； 永磁同步电动机； 异步起动永磁同步电动机

 Studying of the Permanent Magnet Synchronous-
 -Motor `s design and structure

Abstract：  This paper is carried out around the development of the three phase line-start Permanent Magnet Synchronous Motor(PMSM), This paper consist of six parts:
 The part one:the paper introduces a kinds of permanent magnet machine and permanent magnent materiale,and the studing status of Permanent Magnet Synchronous Motor(PMSM).
 The part two:The paper aimed at the three phase line-start Permanent Magnet Synchronous Motor (LSPMSM)accurate design and analysis,which includes many aspects: the analysis of its steady, the calculating of the steady synchronous parameters, the accurate calculation of its starting characteristic and the optimization of the structure. The testing line-start PMSM is designed the author.
 The part three: A three phase line-start  Permanent Magnet Synchronous Motor  (LSPMSM)  is developed . The equivalent magnet circuit  method  has  been  used  to optimize the structure of the three line-start permanent magnet synchronous  motor . By request of designing the motor , the designof the stator configuration , airgap flux distribution  and parameters  of motor,and so on,are researched.An effective mathod of design is implemented,according to the result of research.
 While the world stepping into the 21 century, the source exhaustion problem has to be taken into account and can make any influence on our country's development.According to the statistic, the induction motor costs 50% of the electrical power produced by the power station every year. As we know, the small induction motor always has the lower power factor and efficiency, it can cost even more electrical power. The thought has been turned into realization in 1980s since the first line-start permanent magnet synchronous motor has been made.The richer rare-earth source  gives our  country  much  more opportunity to develop the line-start permanent magnet synchronous motor.
As a new style motor . due to it`s technology superiority amd brilliant function.Permanent Magnet Synchronous Motor is bound to gain wider space of use and development in coming new centurt.
 Keyworlds:    permanent magnet material；permanent magnet machine; permanent magnet synchronous mator(PMSM);

 目   录

摘 要 1
Abstract 2
第1章  绪 论 3
 1.1永磁性材料简述 3
 1.1.1 稀土永磁材料 3
 1.1.2 其它永磁材料 4
 1.1.2.1 铝镍钴永磁 5
 1.1.2.2 铁氧体永磁材料 6
 1.1.2.3 粘结永磁材料 6
 1.2 永磁同步电机的发展概况 6
 1.2.1永磁同步电机在国内的发展概况 7
 1.2.2永磁同步电机在同外的发展概况 7
 1.3 永磁同步电动机的分类 8
 1.3.1永磁同步电动机简介 8
 1.3.2 永磁同步电动机的分类 8
 1.4 永磁同步电动机的主要特点和应用 9
第2章 永磁材料的性能和选用 11
 2.1 永磁材料磁性能的主要参数 11
 2.1.1 退磁曲线 11
 2.1.2 回复曲线 12
 2.1.3 内禀退磁曲线 13
 2.1.4 稳定性 14
 2.2 永磁材料的选择和应用注意事项 15
 2.2.1 永磁材料的选择 15
 2.2.2 永磁材料的应用注意事项 16第3章 永磁同步电动机的结构和基本理论 16
 3.1永磁同步电动机的结构 18
 3.1.1永磁同步电动机的总体结构 18
 3.1.2永磁同步电动机的转子磁路结构 19
 3.1.2.1表面式转子磁路结构 20
 3.1.2.2内置式转子磁路结构 21
 3.1.2.3爪极式转子磁路结构 23
 3.1.3隔磁措施 23
 3.2 永磁同步电动机的基本理论 23
 3.2.1 稳态运行和相量图 23
 3.2.2永磁同步电动机的稳态性能分析和计算 25
 3.2.2.1 电磁转矩和矩角特性 25
 3.2.3 工作特性曲线 27
 3.3 永磁同步电动机的磁路分析与计算 27
 3.3.1 磁路计算特点 27
 3.4 异步起动永磁同步电动机的起动过程 28
 3.4.1起动过程中的平均转矩 29
 3.4.2起动过程中的定子电流 29
 3.4.3牵入同步机理 30
第4章  异步起动永磁同步电动机电磁计算方案 31
 4.1 额定数据和技术要求 31
 4.2 主要尺寸 32
 4.3 永磁体计算 33
 4.4 定、转子冲片计算 34
 4.4.1定子冲片计算 34
 4.4.2转子冲片计算 35
 4.5 绕组计算 36
 4.6 磁路计算 38
 4.7 参数计算 41
 4.8 交轴磁化轴线Xaq—Iq计算 45
 4.9 工作特性计算 45
 4.10起动性能计算 48
第5章  方案分析 48
 5.1 主要尺寸分析及气隙长度的选择 54
 5.2 永磁体计算方案分析 54
 5.3 定、转子计算方案分析 55
 5.3.1 定、转子槽配合的选择 55
 5.3.2电枢绕组设计方案分析 55
 5.3.3 转子计算方案分析 56
 5.4 磁路计算分析 57
 5.5 主磁导和漏磁导分析 57
 5.6 起动性能计算分析 58
 5.7 提高异步起动永磁同步电动机效率和功率因数的措施 59
 结束语  62
 参考文献  63
 致  谢  64
 附  图A磁同步电动机的总体结构图 65