永磁同步电机性能分析

永磁同步电机性能分析

向春丽

云南中烟红塔集团  云南  653100

摘要：在永磁同步电机的设计制作中，时刻都要关注降低电机损耗，提高电机运行的效能。

关键词：永磁同步电机；性能；分析；

首先我们看电机的损耗，在已知电机参数电阻R1、X1、Xad、Xaq和E0的情况下，就可以计算不同功角下永磁同步电机的性能。

1 绕组计算

绕组直流电阻

式中电阻率为

式中α为铜材半导体电阻的温度变化系数，铜材电阻α≈0.004/。C。计算绕组损耗时，要考虑折算到相应的基准工作温度。一般在75。C。

考虑集肤效应，绕组交流电阻应为

式中k1r为电枢绕组的集肤效应系数。用圆导线双线并绕的定子电枢绕组，输入工频电流时

电枢绕组铜损耗

2 电枢铁损耗

式中pt1d、pj1d可以根据磁密查系数和铁芯的损耗系数曲线计算得到；vt1、vj1定子齿部和铁芯共轭部的体积；k1和k2为考虑由于机械加工和磁场的分布不均匀等原因而引进的损耗系数，小型电机k1=2.5，k2=2.0。

3.杂散损耗

杂散作用产生的辐射损耗主要原因是由于在电磁场的高次杂散作用谐波和电磁铁芯中的开槽谐波引起的高次杂散及该谐波在电磁铁芯中高次杂散作用产生的电磁能量辐射损耗，计算困难且不准确。常用到的经验函数计算公式：

4.机械损耗

机械损耗pfw是风摩损耗。小型永磁电机，参考感应电机的经验公式计算。

接着，我们看电磁转换。

1.给定功角θ

2.已知U、E0、R1、X1、Xd、Xq

直轴电流Id

交轴电流Iq

3.计算功率因素

4.确定气隙磁通

5.输出功率和效率计算

电磁功率和功角特性

1.输入功率

2.电磁功率

只考虑主要损耗

定子绕组的电阻r1较小，忽略其影响，电磁绕组的功率为

    3.电磁转矩

将上式两端同除以机械转矩的夹角速度ω，得电磁转矩     

下面，我们研究影响电机性能的因素。

由上式可以看出：异步起动永磁牵入同步电机的功率和电磁转矩由上式第一项永磁转矩和上式第二项磁阻转矩两个组成部分共同构成，磁阻转矩的功率和大小直接影响电机永磁牵入起动的同步，由上式第二项可以很清楚地看出磁阻转矩的大小是由电机的交轴和直轴电抗之间的xq、xd的倒数差大小决定的。磁阻转矩倒数差越大，电磁转矩越大，功率转矩密度也越大，过载的能力也越强。

而功率密度影响电机永磁转矩的功率幅值的主要影响因素主要是直轴运动电抗xd和感应反电势E0。通过增大了电机的电磁转矩，减小电抗xd、增大反电势E0提高了电机的功率幅值密度。提高了电磁转矩，需要正确地选择合适的电机磁路，调整电机气隙有效长度，正确地设置永磁体磁化电机运动方向有效长度；如果想增加定子绕组匝数来增大E0及其Xd的话，会进一步减小永磁转矩。

由上述分析，提出以下优化方案：

1.提高电机效率的优化措施

（1）精密计算，合理设置定转子槽配合，合理设计极弧系数等；

（2）减小绕组的运行损耗，增大绕组的线径，减小绕组铜的损耗；

（3）减小机械损耗，适当缩小定子外径，选择合适的槽满率，降低电机运行温度。

2.优化电机的功率因素的办法

（1）合理设置转子永磁体形状尺寸。

（2）由计算式可知改变空载反电势E0，使E0与Un接近，调整E0在恰当的范围，提高电机正常时运行效率。

（3）合理设置齿和槽距离与永磁体尺寸、调整槽配合等办法。

3.削弱齿槽转矩的措施

电机高速转动产生的齿槽转矩导致高速振动电机转矩不稳定，转速发生周期性波动并直接导致电机正常工作时可能出现的振动，产生不必要的振动噪声。

（1）优化电枢参数

电枢优化方式是对定子槽宽、齿宽进行改变以及斜槽、开辅助槽。

（2）优化配置电机槽数和电磁极数

合理确定电磁极数并优化定、转子槽数配合，来减小齿槽转矩。

（3）优化配置永磁体参数

可通过手动调整磁极的偏移、采用斜极、调整永磁体充磁方向调整极弧长度和同时调整极弧偏移系数等多种办法调整磁极来实现。

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