永磁电机的磁路分析与设计课件.ppt

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1、2023/3/20,1,二、永磁电机的磁 路分析与设计,稀土永磁同步电动机的研究进展,湖北工业大学电气与电子工程学院,2023/3/20,2,稀土永磁同步电动机的研究进展,磁路分析与设计的重要性“场+路”结合的设计方法稀土永磁电机磁路,湖北工业大学电气与电子工程学院,2023/3/20,3,稀土永磁材料的发展,钐钴1:5（20世纪60年代）钐钴2:17（20世纪70年代）钕铁硼（20世纪80年代）,湖北工业大学电气与电子工程学院,2023/3/20,4,稀土永磁材料的发展,磁能积（kJ/m3）,天然磁铁矿石,碳钢、钨钢,钴钢,铝镍钴,铁氧体,钐钴1：5,钐钴2：17,钕铁硼,2.7,7.2,8

2、5,40,199,258,431,湖北工业大学电气与电子工程学院,2023/3/20,5,稀土永磁材料的发展,钕铁硼的优点,剩磁高，Br 可达1.4 T矫顽力大，Hc可达 992 kA/m;退磁曲线为直线；相对于钐钴价格便宜。,湖北工业大学电气与电子工程学院,2023/3/20,6,稀土永磁材料的发展,钕铁硼的缺点,居里温度不高，一般为310 410C温度系数较大，Br=-0.13%（K-1）含铁、钕，容易锈蚀磁体可加工性一般,湖北工业大学电气与电子工程学院,2023/3/20,7,稀土永磁电机的特点,结构简单、灵活，运行可靠体积小、重量轻，功率密度高损耗小、效率高，节能显著,湖北工业大学电气

3、与电子工程学院,2023/3/20,8,永磁电机的磁路分析与设计,（一）稀土永磁材料的退磁曲线（二）稀土永磁体的等效磁路（三）永磁电机的等效磁路（四）磁路分析的解析法（五）磁路分析的图解法,湖北工业大学电气与电子工程学院,2023/3/20,9,永磁电机的磁路分析与设计,（一）稀土永磁材料 的退磁曲线,湖北工业大学电气与电子工程学院,2023/3/20,10,稀土永磁体的充磁,B,Br,H,-Hc,0,退磁曲线,l,Am,I,衔铁,湖北工业大学电气与电子工程学院,稀土永磁材料的退磁曲线,2023/3/20,11,在均匀磁性材料中,式中，M 为永磁材料的磁化强度，Mr 为剩余磁化强度，为磁化系数

4、）,且,湖北工业大学电气与电子工程学院,稀土永磁材料的退磁曲线,2023/3/20,12,稀土永磁材料的退磁曲线,稀土永磁材料，相对磁导率r 为常数。,湖北工业大学电气与电子工程学院,2023/3/20,13,湖北工业大学电气与电子工程学院,稀土永磁材料的退磁曲线,B,Br,H,-Hc,0,2023/3/20,14,稀土永磁材料的退磁曲线,B,Br,H,-Hc,0,湖北工业大学电气与电子工程学院,2023/3/20,15,稀土永磁材料的退磁曲线,第I 象限:,第II象限:,磁路计算中常将第II象限磁化曲线等效到第I象限,(即H 取绝对值),湖北工业大学电气与电子工程学院,2023/3/20,1

5、6,稀土永磁材料的退磁曲线,湖北工业大学电气与电子工程学院,2023/3/20,17,B,Br,H,Hc,0,第 I 象限的等效退磁曲线,湖北工业大学电气与电子工程学院,稀土永磁材料的退磁曲线,2023/3/20,18,稀土永磁材料的退磁曲线,F,Fc,0,r,湖北工业大学电气与电子工程学院,S,N,hMp,稀土磁钢,2023/3/20,19,稀土永磁材料的退磁曲线,湖北工业大学电气与电子工程学院,磁通：,磁动势：,磁导：,用标幺值进行磁路计算,2023/3/20,20,稀土永磁材料的退磁曲线,湖北工业大学电气与电子工程学院,磁通基值：,磁动势基值：,磁导基值：,标幺值的基值,2023/3/2

6、0,21,稀土永磁体用标幺值表示的退磁关系,湖北工业大学电气与电子工程学院,稀土永磁材料的退磁曲线,2023/3/20,22,稀土永磁体用标幺值表示的退磁曲线,B,1,H,1,0,F,1,0,1,湖北工业大学电气与电子工程学院,2023/3/20,23,永磁电机的磁路分析与设计,（二）稀土永磁体 的等效磁路,湖北工业大学电气与电子工程学院,2023/3/20,24,稀土永磁体的等效磁路,磁 导,磁 阻,非铁磁材料,铁磁材料,磁路的磁阻与磁导,湖北工业大学电气与电子工程学院,2023/3/20,25,稀土永磁体的等效磁路,永磁体内磁导,湖北工业大学电气与电子工程学院,2023/3/20,26,稀

7、土永磁体的等效磁路,诺顿等效磁路,r,0,m,F12,G0,S,N,hMp,稀土磁钢,湖北工业大学电气与电子工程学院,2023/3/20,27,永磁体计算磁动势（虚拟磁动势）,稀土永磁体的等效磁路,式中：,Fm,湖北工业大学电气与电子工程学院,2023/3/20,28,戴维南等效磁路,m,F12,Fm,G0,湖北工业大学电气与电子工程学院,稀土磁钢,稀土永磁体的等效磁路,2023/3/20,29,稀土永磁体的工作点,F,Fc,0,r,W,湖北工业大学电气与电子工程学院,稀土永磁体的等效磁路,2023/3/20,30,（三）永磁电机的 等效磁路,永磁电机的磁路分析与设计,湖北工业大学电气与电子工

8、程学院,2023/3/20,31,永磁电机的等效磁路,稀土电机的主、漏磁路,漏磁系数,空载漏磁系数,湖北工业大学电气与电子工程学院,2023/3/20,32,永磁电机的空载漏磁系数,湖北工业大学电气与电子工程学院,永磁电机的等效磁路,2023/3/20,33,永磁电机负载等效磁路图,湖北工业大学电气与电子工程学院,m,F12,Fm,G0,G,G,Fa,主磁路的等效主磁导：,漏磁路的总漏磁导：,变磁导,2023/3/20,34,m,F12,Fm,G0,G,G,Fa,m,F12,Fm,G0,G,G,Fa,电枢反应去磁 电枢反应增磁,永磁电机的等效磁路,湖北工业大学电气与电子工程学院,2023/3/

9、20,35,永磁电机的等效磁路,稀土永磁电机负载等效磁路图,m,F12,Fm,G0,G,G,0,(Fa=0),原因：1）稀土电机气隙较大，电枢反应较弱；2）稀土材料矫顽力高，抗电枢反应能力强。,湖北工业大学电气与电子工程学院,2023/3/20,36,m0,F120,Fm,G0,G,G,0,稀土永磁电机空载等效磁路图,(Fa=0),湖北工业大学电气与电子工程学院,永磁电机的等效磁路,2023/3/20,37,永磁电机的磁路分析与设计,（四）磁路分析的解析法,湖北工业大学电气与电子工程学院,2023/3/20,38,I 类：已知磁体和磁路尺寸，求气隙 磁通；II类：已知气隙磁通和气隙长度，设计磁

10、体。,两类问题：,两种方法：解析法，图解法,湖北工业大学电气与电子工程学院,永磁电机的磁路计算,2023/3/20,39,磁路分析的解析法,视 Fe 为常数，同时通过系数 ks 来考虑铁心磁阻，即,（ks1）,湖北工业大学电气与电子工程学院,2023/3/20,40,磁路分析的解析法,湖北工业大学电气与电子工程学院,m0,F120,1,G0,G,G,0,m0,F120,1,G0,Gn,用标幺值进行磁路计算,2023/3/20,41,空载磁路（磁钢工作点）的求解,磁钢发出总磁通的标幺值：,磁钢磁动势的标幺值：,(G0=1),湖北工业大学电气与电子工程学院,磁路分析的解析法,2023/3/20,4

11、2,永磁电机空载时的磁钢工作点,B,1,H,1,0,F,1,0,1,Hm0,Bm0,M,F m0,m0,N,湖北工业大学电气与电子工程学院,磁路分析的解析法,2023/3/20,43,永磁电机空载时的磁路求解,总漏磁通标幺值：,气隙磁通标幺值：,总漏磁通实际值：,气隙磁通实际值：,湖北工业大学电气与电子工程学院,磁路分析的解析法,2023/3/20,44,永磁电机的磁路分析与设计,（五）磁路分析的图解法,湖北工业大学电气与电子工程学院,2023/3/20,45,径向式永磁转子结构,磁力线分布（分布绕组）,磁场云图,湖北工业大学电气与电子工程学院,2023/3/20,46,径向式永磁转子结构,气

12、隙磁密波形,湖北工业大学电气与电子工程学院,2023/3/20,47,径向式永磁转子结构,磁力线分布（集中绕组）,磁场云图,湖北工业大学电气与电子工程学院,2023/3/20,48,径向式永磁转子结构,气隙磁密波形,湖北工业大学电气与电子工程学院,2023/3/20,49,径向式永磁外转子结构,磁力线分布（分数槽绕组）,磁场云图,湖北工业大学电气与电子工程学院,2023/3/20,50,带磁桥的切向式永磁转子,磁力线分布,磁场云图（磁桥宽1.8mm）,湖北工业大学电气与电子工程学院,2023/3/20,51,带磁桥的切向式永磁转子,磁桥磁密波形（磁桥宽1.8mm）,一个极下的气隙磁密波形,湖北

13、工业大学电气与电子工程学院,2023/3/20,52,带磁桥的切向式永磁转子,磁力线分布,磁场云图（磁桥宽9.8mm）,湖北工业大学电气与电子工程学院,2023/3/20,53,带磁桥的切向式永磁转子,磁桥磁密波形（磁桥宽9.8mm）,一个极下的气隙磁密波形,湖北工业大学电气与电子工程学院,2023/3/20,54,无隔磁气隙切向式永磁转子,磁力线分布,磁场云图（无隔磁气隙）,湖北工业大学电气与电子工程学院,2023/3/20,55,无隔磁气隙切向式永磁转子,原磁桥处磁密波形,一个极下的气隙磁密波形,湖北工业大学电气与电子工程学院,2023/3/20,56,磁路分析的图解法,N,N,N,N,S

14、,S,S,S,磁桥,隔磁气隙,磁钢,转轴,湖北工业大学电气与电子工程学院,带磁桥的切向式永磁转子,2023/3/20,57,N,N,N,N,S,S,S,S,1/4（一对极）分析区域,磁桥,槽楔,磁路分析的图解法,带磁桥的切向式永磁转子,湖北工业大学电气与电子工程学院,2023/3/20,58,1/4（一对极）分析模型,槽漏磁通：,总漏磁通：,磁钢发出的总磁通：,湖北工业大学电气与电子工程学院,磁路分析的图解法,2023/3/20,59,带磁桥切向式永磁电机等值磁路图,与漏磁通s1、s2、s3、相对应漏磁导,磁钢两侧附加气隙磁导（包括磁体内磁导）,与漏磁通fb相对应磁桥处、转子轭部的漏磁导,定、

15、转子的轭部磁导,定、转子齿部磁导,+,_,s3,s2,s1,fb,+,_,m,湖北工业大学电气与电子工程学院,2023/3/20,60,永磁电机的简化等值磁路图,主磁路等效磁导：,磁路分析的图解法,m,s,fb,+,+,_,_,湖北工业大学电气与电子工程学院,2023/3/20,61,计算槽漏磁导GS,假设气隙磁通0,计算主磁路磁动势F12（五段法）,计算漏磁通s、fb,计算总磁通m,0是否在预定范围,设计结束,Y,计算磁动势Fm,计算漏磁系数0,N,磁路分析的图解法,湖北工业大学电气与电子工程学院,永磁电机磁路迭代框图,2023/3/20,62,磁路计算的“五段法”,N,N,S,S,主磁路的

16、组成：气隙+定子齿+定子轭+（转子齿）+转子轭,总磁动势：,无刷电机的主磁路,磁路分析的图解法,湖北工业大学电气与电子工程学院,2023/3/20,63,磁路计算“五段法”,假设气隙磁通0,计算气隙磁密B 和气隙磁势F,计算定子齿磁密Bt1，查磁化曲线得Ht1、计算定子齿磁势Ft1,计算定子轭磁密Bj1、查磁化曲线得Hj1、计算轭磁动势Fj1,0是否在预定范围,Y,N,计算转子齿磁密Bt2，查磁化曲线得Ht2、计算转子齿磁动势Ft2,计算转子轭磁密Bj2、查磁化曲线得Hj2、计算轭磁动势Fj2,计算总磁动势F12,湖北工业大学电气与电子工程学院,磁路分析的图解法,2023/3/20,64,湖北工业大学电气与电子工程学院,磁路分析的图解法,2023/3/20,65,带磁桥切向式永磁电机磁路计算结果表,湖北工业大学电气与电子工程学院,2023/3/20,66,总漏磁通：,空载气隙磁通：,湖北工业大学电气与电子工程学院,磁路分析的图解法,M0,M,S,fb,F12,FM,FM0,FM M,F12 S,FM fb,