永磁同步電機設計需要注意哪些參數

發布時間：2022-06-08 13:35:00 點擊：

起重電機專業生產廠家無錫宏達2022年6月8日訊 由于其緊湊性和高扭矩密度，永磁同步電機在許多工業應用中得到了廣泛的應用，特別用于高性能驅動系統，如潛艇推進系統。永磁同步電機無需使用滑環進行勵磁，從而降低了轉子的維護和損耗。永磁同步電機效率高，適用于高性能驅動系統，如工業中的數控機床、機器人和自動生產系統。

通常，永磁同步電機的設計和構造必須同時考慮定子和轉子結構，以獲得高性能電機。

永磁同步電機的構造

氣隙磁通密度：根據異步電機設計等確定，永磁轉子的設計和使用開關定子繞組的特殊要求技巧此外，假設定子為開槽定子。氣隙磁通密度受到定子鐵芯飽和的限制。尤其是峰值磁通密度受輪齒寬度的限制，而定子背面決定了最大總磁通。

此外，允許的飽和水平取決于應用。通常，高效電機的磁通密度較低，而設計用于最大扭矩密度的電機的磁通密度較高。氣隙磁通密度峰值通常在0.7–1.1Tesla范圍內。應注意，這是總磁通密度，即轉子和定子磁通的總和。這意味著如果電樞反作用力較小，意味著對準扭矩較高。

然而，為了實現較大的磁阻轉矩貢獻，定子反作用力必須很大。機器參數表明，主要需要大m和小電感L來獲得對準扭矩。這通常適用于低于基本速度的運行，因為高電感會降低功率因數。

永磁材料：

磁鐵在許多設備中起著重要作用，因此，改善這些材料的性能非常重要，目前，人們的注意力集中在基于稀土金屬和過渡金屬的材料上，這些材料可以獲得具有高磁性的永磁體。根據技術的不同，磁鐵具有不同的磁性和機械性能，并表現出不同的耐腐蝕性。

釹鐵硼（Nd2Fe14B）和釤鈷（Sm1Co5和Sm2Co17）磁體是當今最先進的商業化永磁材料。在每一類稀土磁體中都有廣泛的各種等級。釹鐵硼磁體于20世紀80年代初開始商業化。它們廣泛存在今天在許多不同的應用中使用。這種磁鐵材料的成本（按每種能源產品計算）與鐵氧體磁鐵的成本相當，按每公斤計算，釹鐵硼磁體的成本大約是鐵氧體磁體的10到20倍。

用于比較永磁體的一些重要特性是：剩磁（Mr），它測量永磁體的強度磁場，矯頑力（Hcj），材料抗退磁的能力，能量積（BHmax），密度磁能；居里溫度（TC），溫度材料失去磁性時。釹磁體具有更高的剩磁、更高的矯頑力和能量積，但居里溫度通常較低類型，釹與鋱和鏑在為了在高溫下保持其磁性。

永磁同步電機設計

在永磁同步電機（PMSM）的設計中，永磁轉子的構造基于三相感應電機的定子框架，不改變定子和繞組的幾何形狀。規格和幾何形狀包括：電機的速度、頻率、極數、定子長度、內外直徑、轉子槽數。永磁同步電機的設計包括銅損耗、反電動勢、鐵損和自感和互感、磁通、定子電阻等。

自感和互感的計算：

電感L可以定義為磁鏈與產生磁通的電流I的比率，單位為亨利（H），等于韋伯每安培。電感器是用來在磁場中儲存能量的裝置，類似于電容器在電場中儲存能量。電感器通常由線圈組成，通常纏繞在鐵氧體或鐵磁芯上，其電感值僅與導體的物理結構以及磁通通過的材料的磁導率有關。

查找電感的步驟如下：1、假設導體中有電流I。2、使用畢奧-薩伐爾定律或安培環路定律（如果有）確定B足夠對稱。3、計算連接所有回路的總通量。4、將總磁通乘以回路數，得到磁鏈，通過對所需參數的評估，進行永磁同步電機的設計。

研究發現，采用釹鐵硼作為交流永磁轉子材料的設計提高了氣隙中產生的磁通，導致定子內半徑減小，而采用釤鈷永磁轉子材料的定子內半徑較大。結果表明，釹鐵硼中的有效銅損耗降低了8.124%。對于作為永磁材料的釤鈷，磁通量將是一個正弦變化量。通常，永磁同步電機的設計和構造必須同時考慮定子和轉子結構，以獲得高性能電機。

結論

永磁同步電機(PMSM）是一種利用高磁性材料進行磁化的同步電機，具有效率高、結構簡單、易于控制等特點。這種永磁同步電動機在牽引、汽車、機器人和航空航天技術等多個領域都有應用，永磁同步電機的功率密度高于相同額定值的感應電機，因為沒有專門用于產生磁場的定子功率。

目前，永磁同步電機的設計不僅要求功率更大，而且要求質量更低、轉動慣量更小。

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