永磁電機(jī)的磁路分析與設(shè)計(jì)

1、2024/3/27,1,二、永磁電機(jī)的磁 路分析與設(shè)計(jì),稀土永磁同步電動機(jī)的研究進(jìn)展,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,2024/3/27,2,稀土永磁同步電動機(jī)的研究進(jìn)展,磁路分析與設(shè)計(jì)的重要性“場+路” 結(jié)合的設(shè)計(jì)方法稀土永磁電機(jī)磁路,,,,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,2024/3/27,3,稀土永磁材料的發(fā)展,釤鈷1:5（20世紀(jì)60年代）釤鈷2:17（20世紀(jì)70年代）釹鐵硼（20世紀(jì)80年代）,,,,

2、湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,2024/3/27,4,稀土永磁材料的發(fā)展,,,磁能積（kJ/m3）,天然磁鐵礦石,碳鋼、鎢鋼,鈷鋼,鋁鎳鈷,鐵氧體,釤鈷1：5,釤鈷2：17,釹鐵硼,,,,,,,,,2.7,7.2,85,40,199,258,431,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,2024/3/27,5,稀土永磁材料的發(fā)展,釹鐵硼的優(yōu)點(diǎn),剩磁高，Br 可達(dá)1.4 T矯頑力大，Hc可達(dá) 992 kA/m;退磁曲線為直線；相對于釤鈷

3、價(jià)格便宜。,,,,,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,2024/3/27,6,稀土永磁材料的發(fā)展,釹鐵硼的缺點(diǎn),居里溫度不高，一般為310 ~ 410ºC溫度系數(shù)較大，αBr= - 0.13%（K-1）含鐵、釹，容易銹蝕磁體可加工性一般,,,,,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,2024/3/27,7,稀土永磁電機(jī)的特點(diǎn),結(jié)構(gòu)簡單、靈活，運(yùn)行可靠體積小、重量輕，功率密度高損耗小、效率高，節(jié)能顯著,,,,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與

4、電子工程學(xué)院,2024/3/27,8,永磁電機(jī)的磁路分析與設(shè)計(jì),（一）稀土永磁材料的退磁曲線（二）稀土永磁體的等效磁路（三）永磁電機(jī)的等效磁路（四）磁路分析的解析法（五）磁路分析的圖解法,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,2024/3/27,9,永磁電機(jī)的磁路分析與設(shè)計(jì),（一）稀土永磁材料 的退磁曲線,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,2024/3/27,10,稀土永磁體的充磁,,,,B,Br,H,-Hc,,,0,退磁曲

5、線,,,,,,,,,?,,l,,,Am,,,,,,,,I,,銜鐵,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,稀土永磁材料的退磁曲線,2024/3/27,11,在均勻磁性材料中,式中，M 為永磁材料的磁化強(qiáng)度，Mr 為剩余磁化強(qiáng)度， ? 為磁化系數(shù)）,且,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,稀土永磁材料的退磁曲線,2024/3/27,12,稀土永磁材料的退磁曲線,?,稀土永磁材料，相對磁導(dǎo)率?r 為常數(shù)。,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,2024/3/

6、27,13,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,稀土永磁材料的退磁曲線,,,,B,Br,H,-Hc,,0,,,,2024/3/27,14,稀土永磁材料的退磁曲線,,,,B,Br,H,-Hc,,0,,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,2024/3/27,15,稀土永磁材料的退磁曲線,第I 象限:,第II象限:,磁路計(jì)算中常將第II象限磁化曲線等效到第I象限,(即H 取絕對值),湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,2024/3/27,16,稀土永磁材

7、料的退磁曲線,,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,2024/3/27,17,,,,B,Br,H,Hc,,,0,第 I 象限的等效退磁曲線,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,稀土永磁材料的退磁曲線,2024/3/27,18,稀土永磁材料的退磁曲線,,,,?,F,Fc,,,0,?r,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,S,N,,,,,,,hMp,稀土磁鋼,2024/3/27,19,稀土永磁材料的退磁曲線,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,磁通：,磁動

8、勢：,磁導(dǎo)：,用標(biāo)幺值進(jìn)行磁路計(jì)算,2024/3/27,20,稀土永磁材料的退磁曲線,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,磁通基值：,磁動勢基值：,磁導(dǎo)基值：,標(biāo)幺值的基值,2024/3/27,21,稀土永磁體用標(biāo)幺值表示的退磁關(guān)系,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,稀土永磁材料的退磁曲線,,,,,2024/3/27,22,稀土永磁體用標(biāo)幺值表示的退磁曲線,,,,B,1,H,1,,,0,,,,?,F,1,,,0,1,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程

9、學(xué)院,2024/3/27,23,永磁電機(jī)的磁路分析與設(shè)計(jì),（二）稀土永磁體 的等效磁路,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,2024/3/27,24,稀土永磁體的等效磁路,磁 導(dǎo),磁 阻,非鐵磁材料,鐵磁材料,磁路的磁阻與磁導(dǎo),湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,2024/3/27,25,稀土永磁體的等效磁路,永磁體內(nèi)磁導(dǎo),,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,2024/3/27,26,稀土永磁體的等效磁路,諾頓等效磁路,,

10、,,,,,,,,,,,,?r,?0,?m,,F12,G0,,S,N,,,,,,,hMp,稀土磁鋼,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,2024/3/27,27,永磁體計(jì)算磁動勢（虛擬磁動勢）,,,,稀土永磁體的等效磁路,式中：,Fm,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,2024/3/27,28,戴維南等效磁路,,,,,,,,,,,,,,?m,F12,Fm,G0,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,稀土磁鋼,稀土永磁體的等效磁路,2024/3/27,

11、29,稀土永磁體的工作點(diǎn),,,,?,F,Fc,,,0,?r,,,,,,W,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,稀土永磁體的等效磁路,2024/3/27,30,（三）永磁電機(jī)的 等效磁路,永磁電機(jī)的磁路分析與設(shè)計(jì),湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,2024/3/27,31,永磁電機(jī)的等效磁路,稀土電機(jī)的主、漏磁路,??,??,漏磁系數(shù),,空載漏磁系數(shù),,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,,,2024/3/27,32,永磁電

12、機(jī)的空載漏磁系數(shù),湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,永磁電機(jī)的等效磁路,2024/3/27,33,,永磁電機(jī)負(fù)載等效磁路圖,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,??,,,,,,,,,,,?m,F12,Fm,G0,,,,,G?,G?,,,??,,,,,Fa,主磁路的等效主磁導(dǎo)：,漏磁路的總漏磁導(dǎo)：,,變磁導(dǎo),,2024/3/27,34,??,,,,,,,,,,,?m,F12,Fm,G0,,,,,,G?,G?,,,??,,,,,Fa,??,,,,

13、,,,,,,,?m,F12,Fm,G0,,,,,,G?,G?,,,??,,,,,Fa,電樞反應(yīng)去磁 電樞反應(yīng)增磁,永磁電機(jī)的等效磁路,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,2024/3/27,35,永磁電機(jī)的等效磁路,稀土永磁電機(jī)負(fù)載等效磁路圖,,,,,,,,,,,?m,F12,Fm,G0,,,,,,,G?,G?,,,??,?? ? ??0,( Fa= 0 ),原因：1）稀土電機(jī)氣隙較大，電樞反應(yīng)較弱；2）稀土材料矯頑

14、力高，抗電樞反應(yīng)能力強(qiáng)。,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,2024/3/27,36,,,,,,,,,,,?m0,F120,Fm,G0,,,,,,,G?,G?,,,??,??0,稀土永磁電機(jī)空載等效磁路圖,( Fa= 0 ),湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,永磁電機(jī)的等效磁路,2024/3/27,37,永磁電機(jī)的磁路分析與設(shè)計(jì),（四）磁路分析的解析法,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,2024/3/27,38,I 類：已知磁體和磁路尺寸，求

15、氣隙 磁通?? ；II類：已知?dú)庀洞磐??和氣隙長度? ， 設(shè)計(jì)磁體。,兩類問題：,兩種方法：解析法，圖解法,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,永磁電機(jī)的磁路計(jì)算,2024/3/27,39,磁路分析的解析法,視 ?Fe 為常數(shù)，同時(shí)通過系數(shù) ks 來考慮鐵心磁阻，即,（ks>1）,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,2024/3/27,40,磁路分析的解析法,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,

16、,,,,,,,,,,?m0,F120,1,G0,,,,,,,G?,G?,,,??,??0,,,,,,,,,,,?m0,F120,1,G0,,,,Gn,,用標(biāo)幺值進(jìn)行磁路計(jì)算,2024/3/27,41,空載磁路（磁鋼工作點(diǎn)）的求解,磁鋼發(fā)出總磁通的標(biāo)幺值：,磁鋼磁動勢的標(biāo)幺值：,( G0=1 ),湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,磁路分析的解析法,2024/3/27,42,永磁電機(jī)空載時(shí)的磁鋼工作點(diǎn),,,,B,1,H,1,,,0,,,,?,

17、F,1,,,0,1,,,Hm0,Bm0,M,,,F m0,? m0,N,,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,磁路分析的解析法,,2024/3/27,43,永磁電機(jī)空載時(shí)的磁路求解,總漏磁通標(biāo)幺值：,氣隙磁通標(biāo)幺值：,總漏磁通實(shí)際值：,氣隙磁通實(shí)際值：,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,磁路分析的解析法,2024/3/27,44,永磁電機(jī)的磁路分析與設(shè)計(jì),（五）磁路分析的圖解法,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,2024/3/27,45,徑向式

18、永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),磁力線分布（分布繞組）,磁場云圖,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,2024/3/27,46,徑向式永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),氣隙磁密波形,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,2024/3/27,47,徑向式永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),磁力線分布（集中繞組）,磁場云圖,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,2024/3/27,48,徑向式永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),氣隙磁密波形,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,2024/3/27,49,徑向式永磁外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),磁力線分布（分?jǐn)?shù)

19、槽繞組）,磁場云圖,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,2024/3/27,50,帶磁橋的切向式永磁轉(zhuǎn)子,磁力線分布,磁場云圖（磁橋?qū)?.8mm）,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,2024/3/27,51,帶磁橋的切向式永磁轉(zhuǎn)子,磁橋磁密波形（磁橋?qū)?.8mm）,一個極下的氣隙磁密波形,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,2024/3/27,52,帶磁橋的切向式永磁轉(zhuǎn)子,磁力線分布,磁場云圖（磁橋?qū)?.8mm）,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,

20、2024/3/27,53,帶磁橋的切向式永磁轉(zhuǎn)子,磁橋磁密波形（磁橋?qū)?.8mm）,一個極下的氣隙磁密波形,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,2024/3/27,54,無隔磁氣隙切向式永磁轉(zhuǎn)子,磁力線分布,磁場云圖（無隔磁氣隙）,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,2024/3/27,55,無隔磁氣隙切向式永磁轉(zhuǎn)子,原磁橋處磁密波形,一個極下的氣隙磁密波形,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,2024/3/27,56,磁路分析的圖解法,,,,,,

21、,,,,,,,N,N,N,N,S,S,S,S,,磁橋,,隔磁氣隙,磁鋼,轉(zhuǎn)軸,,,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,帶磁橋的切向式永磁轉(zhuǎn)子,2024/3/27,57,,,,,,,,,,,,,,N,N,N,N,S,S,S,S,,,,1/4（一對極）分析區(qū)域,磁橋,,槽楔,磁路分析的圖解法,帶磁橋的切向式永磁轉(zhuǎn)子,,,,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,2024/3/27,58,1/4（一對極）分析模型,,槽漏磁通：,總漏磁通：,磁鋼發(fā)出的總磁

22、通：,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,磁路分析的圖解法,2024/3/27,59,帶磁橋切向式永磁電機(jī)等值磁路圖,,,,,,與漏磁通?s1、 ?s2、 ?s3、相對應(yīng)漏磁導(dǎo),磁鋼兩側(cè)附加氣隙磁導(dǎo)（包括磁體內(nèi)磁導(dǎo)）,與漏磁通?fb相對應(yīng)磁橋處、轉(zhuǎn)子軛部的漏磁導(dǎo),定、轉(zhuǎn)子的軛部磁導(dǎo),定、轉(zhuǎn)子齒部磁導(dǎo),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,+,_,?s3,?s2,?s1,?fb,?δ,+,_,?m,,?σ,湖北

23、工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,2024/3/27,60,永磁電機(jī)的簡化等值磁路圖,,主磁路等效磁導(dǎo)：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,磁路分析的圖解法,?m,?δ,?σ,?s,?fb,+,+,_,_,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,2024/3/27,61,計(jì)算槽漏磁導(dǎo)GS,假設(shè)氣隙磁通??0,計(jì)算主磁路磁動勢F12（五段法）,計(jì)算漏磁通?s、?fb,計(jì)算總磁通?m,??0是否在預(yù)定范圍,設(shè)計(jì)結(jié)束,,,,,,,Y,,計(jì)算磁動勢Fm,計(jì)

24、算漏磁系數(shù)?0,,,,N,磁路分析的圖解法,,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,永磁電機(jī)磁路迭代框圖,2024/3/27,62,磁路計(jì)算的“五段法”,,,,,,,,,N,N,S,S,,主磁路的組成： 氣隙+定子齒+定子軛 +（轉(zhuǎn)子齒）+轉(zhuǎn)子軛,總磁動勢：,無刷電機(jī)的主磁路,磁路分析的圖解法,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,2024/3/27,63,磁路計(jì)算“五段法”,假設(shè)氣隙磁通??0,計(jì)算氣隙磁密B? 和氣隙磁

25、勢F ?,計(jì)算定子齒磁密Bt1，查磁化曲線得Ht1、計(jì)算定子齒磁勢Ft1,計(jì)算定子軛磁密Bj1、查磁化曲線得Hj1、計(jì)算軛磁動勢Fj1,??0是否在預(yù)定范圍,,,,,,Y,,,,N,計(jì)算轉(zhuǎn)子齒磁密Bt2，查磁化曲線得Ht2、計(jì)算轉(zhuǎn)子齒磁動勢Ft2,計(jì)算轉(zhuǎn)子軛磁密Bj2、查磁化曲線得Hj2、計(jì)算軛磁動勢Fj2,計(jì)算總磁動勢F12,,,,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,磁路分析的圖解法,2024/3/27,64,,,,,湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電