永磁體渦流損耗的有限元分析及其對電機性能的影響研究.pdf

1、永磁同步電機是由永磁體建立勵磁磁場的同步電機,電機結構較為簡單,降低了加工和裝配費用,提高了電機運行的可靠性；又因無需勵磁電流,省去了勵磁損耗,提高了電機的效率和功率密度.目前,永磁體多為釹鐵硼等高能量稀土類磁體,這是由其具有較高的矯頑力和剩磁所決定的,但它的導電率高且耐熱性能差.當外磁場發(fā)生變化時,永磁體就會產生渦流導致發(fā)熱.因此,很有必要對轉子永磁體內的渦流進行計算和分析,并采取相應的解決辦法. 本文主要針對永磁電機釹鐵硼永

2、磁材料內的渦流場及其對電機性能的影響等相關問題展開了研究.具體內容如下: 回顧了永磁電機的研究歷史、發(fā)展現(xiàn)狀和主要應用,介紹了永磁電機電磁場計算的研究背景和現(xiàn)狀. 根據永磁電機轉子永磁體內渦流場分析的特點,分別建立了二維渦流場和三維渦流場的控制方程.在對二維渦流場進行分析時,本文選用矢量磁位作為未知函數(shù)計算磁場與渦流問題.對于三維渦流分析,本文采用A,φ-A法.在建立控制方程時,考慮了電機的運動效應. 針對永磁同

3、步電機自身的特點,通過二維電磁場有限元方法分別求解了空載時和負載時電機內的磁場和永磁體內的渦流,其中包括有鐵心電機由于齒槽的存在而引起的渦流和不同電機運行速度下的渦流.采用了瞬態(tài)分析,根據瞬態(tài)計算出的數(shù)據繪出了矢量磁位和渦流波形,并得出永磁體內的渦損分布圖.最后通過分析波形得出了影響永磁體內渦流的因素以及應采取的措施. 提出了一個計算永磁同步電機轉子永磁體內渦流損耗密度的公式.利用有限元法對永磁同步電機進行三維建模求解了電機通電

4、時永磁體內的渦流損耗,驗證了公式的正確性. 利用有限元法進行了磁場模擬和計算,分析了在端電壓不變的條件下,由于永磁體內渦流產生的磁場和電樞電流產生的變化磁場的相互作用,電樞電流產生非正弦的變化,并且畫出了電流的畸變波形.通過簡化實驗測量出的電流證明了計算的正確性.分析和討論了電樞電流變化對電機性能的影響. 通過對永磁電機結構的研究,分別從設計磁路和設計轉子兩方面,針對減小永磁電機轉子渦流損耗,提出了永磁電機結構優(yōu)化設計方