基于有限元法的内置式永磁电机分析研究

摘要随着科学技术的发展和永磁材料的研发，永磁同步电机的应用前景日益广阔。内置式永磁同步电机作为本文研究的对象，具有调速范围宽，效率高，可靠性高等特点。本文首先介绍了永磁同步电机的基本原理和分类，同时也介绍了它的数学模型。其次，对内置式永磁同步电机进行电磁设计，得到它的主要尺寸，定子和永磁体的设计等。最后，以调速永磁同步电机为例，应用 Ansoft软件对内置式永磁同步电机进行有限元分析，主要是对其稳态与瞬态工作状态进行仿真分析，得到效率，输出转矩等性能曲线，并对部分参数进行优化分析。41527
毕业论文关键词内置式永磁同步电机性能电磁设计有限元分析
Title Analysis and research of interior permanent magnetsynchronous motor based on finite element analysis
Abstract The permanent magnet synchronous motor (Permanent magnet synchronous motor,PMSM)is applied widely with the development of technology and permanent magnet. As thekey point of this paper, interior permanent magnet synchronous motor has thecharacteristics of wide speed range, high efficiency, and high reliability.Firstly, the basic principles and classification of permanent magnet synchronousmotor are introduced, on the basis of which the mathematical model is established.Secondly, through the electromagnetic design of interior permanent magnetsynchronous motor, its main dimensions, and the design of its stator and thepermanent magnet are acquired.Finally, in this paper example for speed-adjustable PMSM, interior permanentmagnet synchronous motor is analyzed by using Ansoft Software. Simulation analysisfor steady state and transient state of motor are mainly optimized for the outputand torque performance curves. At the same time, some parameters are optimizedand analyzed.
Keywords interior permanent magnet synchronous motor performanceelectromagnetic design finite element analysis
目次
1绪论1
1.1课题背景及研究意义1
1.2发展研究现状1
1.3论文研究的主要内容2
2永磁同步电机3
2.1基本原理3
2.2永磁同步电机特点4
2.3永磁同步电机分类4
2.4永磁同步电机的数学模型6
2.5永磁同步发电机基本性能分析9
3内置式永磁同步电机的设计10
3.1主要尺寸的确定11
3.2定子铁心的设计12
3.3永磁体的设计14
3.4工作特性计算16
4电机的有限元分析18
4.1AnsoftMaxwell的简单介绍18
4.2有限元分析方法18
4.3电机建模20
4.4仿真结果及分析24
4.5优化设计与参数分析34
结论37
致谢38
参考文献39
1 绪论1.1 课题背景及研究意义
1.1.1 课题背景当今世界，环境污染及石油资源的不断消耗已成了迫在眉睫的问题，面对这一现状，政府部门大力提倡节能减排，并在十三五规划的节能工程中提出了节能优先战略，并将二氧化碳减排任务纳入了政绩考核。在这个大环境下，节能电机走到了大众面前，并随着人们环保节能意识的提升，其需求量不断增长。随着电磁材料性能与工艺的改善，驱动控制技术和计算机技术的快速发展，永磁同步电机的性能不断得到改进，且由于永磁同步电机本身所具有的体积小、重量轻、效率高等众多优点，被广泛应用于汽车电器、办公机械、家用电器、仪器仪表和军事设备等领域，具有相当大的研究价值[1]。当前永磁同步电机的研究趋势可以被归纳为以下几个方向：第一，开发超高速电机，速度快速增加；第二，电机呈现大功率高转矩；第三，电机体积微型化；第四，电机智能化[2]。
1.1.2 课题研究意义作为节能电机的代表，永磁同步电机向来是电机研究的重点，其中驱动控制系统与电机本体又是研究中的两个重点：驱动电机的研究发展趋向于通用化、集成化、数字化、智能化[3]；电机本体因为与电机的性能有着密切的关系而被研究改善，并向着体积微型化发展。本文的研究从电机本体出发，通过电机参数的优化，简单分析电机性能[4]。1.2 发展研究现状1.2.1 发展现状就永磁同步电机本体而言，西门子公司开发了应用于舰船推进的 1095kW,230r/min 的751相 PMSM,，相比于过去使用的直流电机，其体积缩小了约百分之751十，损耗降低了百分之二十。除此之外，Turbo Genset 公司开发了1.2MW 高速永磁发电机作为新型移动电站的核心；美国通用研制的航空永磁发电机，采用径向式内置式转子结构，具有 150kW,230000r/min 的永磁电机[2]。我国已研制了 3MW 的高速永磁型风力发电机；在交通方面，南车推出了永磁同步牵引系统、传动系统；2015年，在中央空调方面，格力推出了永磁同步变频热泵离心机，永磁同步电机一步步走进人们的日常生活。基于有限元法的内置式永磁电机分析研究:http://www.751com.cn/zidonghua/lunwen_41608.html