永磁同步电机设计
1 电机仿真模型
SNNSSNNS
（a）原型电机 （b）新型电机
图1 PM-Y2-180-4电机整体有限元仿真模型
图2 新型电机转子1/4模型
2 静态有限元仿真结果比较 2.1 永磁磁场分布
当永磁体单独作用时，两种电机的磁力线分布如图3所示。
（a）原型电机 （b）新型电机
图3 两种电机永磁磁场分布
2.2 永磁气隙磁密波形
当永磁体单独作用时，两种电机一个周期范围（即一对永磁体范围）的永磁气隙磁密波形如图4所示。
（a）原型电机
（b）新型电机
1.2510.750.50.25Br/T 原型电机新型电机0-0.25-0.5-0.75-1-1.250 50100150Distance/mm200250300
（c）两种电机比较
图4 两种电机永磁气隙磁密分布
3 空载稳态有限元仿真结果比较 3.1 空载永磁磁链、空载永磁反电势波形
空载情况下，两种电机的三相绕组电流均设置为零，电机中磁场由永磁体单独产生。设置电机稳态运行转速为n=3000r/min，可得到两种电机的空载永磁磁链、空载永磁反电势波形分别如图5、图6所示。由于三相绕组对称，在此仅给出A相绕组仿真结果。
0.6原型电机0.4新型电机 空载永磁磁链/Wb0.20-0.2-0.4-0.60 48时间/ms121620
图5 两种电机空载永磁磁链
400300200原型电机新型电机 空载反电势/V1000-100-200-300-4000 48时间/ms121620
图6 两种电机空载永磁反电势
3.2 空载永磁磁链、空载永磁反电势谐波分析
利用Matlab对图5、图6的波形进行傅里叶分析，可得到两种电机磁链及反电势的各次谐波分量，如图7所示。
4 12 相对于基波分量百分比/%3相对于基波分量百分比/%原型电机新型电机1086420 原型电机新型电机210 23456789101112131415谐波次数
23456789101112131415谐波次数
（a）空载永磁磁链 （b）空载永磁反电势
图7 磁链及反电势谐波分量分析
通过对两种电机的空载永磁磁链和空载永磁反电势进行谐波分析，得到以下结论：（1）3次谐波分量是主要谐波分量；（2）偶次谐波分量几乎为零，奇次谐波分量相对较大；（3）采用新型电机结构可在一定程度上削弱3次谐波分量，但同时会引起5、7次谐波分量增加，总体削弱谐波效果并不明显。
4 负载稳态有限元仿真结果比较 4.1 电枢绕组通入三相对称电压
两种电机具有相同的参数如下：电阻R=0.0410947?，电感L=5.87143?10?5H，额定转速n=3000r/min。给电枢绕组通入三相对称电压：
uA?310.269sin(200?t?35.3581?/180)uB?310.269sin(200?t?35.3581?/180?2?/3) （1） uC?310.269sin(200?t?35.3581?/180?2?/3)并进行有限元仿真，得到两种电机的绕组电流及转矩波形，分别如图8、图9所示。
（a）原型电机
（b）新型电机
图8 两种电机绕组电流波形
600原型电机500400新型电机 Torque/Nm3002001000-1000 255075100Time/ms125150175200
图9 两种电机电磁转矩波形
4.2 电枢绕组通入三相对称电流
由图8、图9可见，经过足够长的时间，绕组电流和转矩将趋于稳定，即电流有效值、转矩平均值不再发生变化，此时，转矩在一个周期范围内的平均值大小仅取决于绕组电流有效值大小。因此，为了保证电机稳定运行时的额定平均转矩为117N?m，可直接给电枢绕组通入三相对称电流，
iA?2Isin(200?t)iB?2Isin(200?t?2?/3) （2） iC?2Isin(200?t?2?/3)并将电流有效值I调整到适当大小。图10、图11分别给出了一个周期内A相绕组电流波形及转矩脉动波形。其中，原型电机的电流有效值为60.7A，新型电机的电流有效值为55.0A，且两种电机的平均转矩均为117N?m。
100755025原型电机新型电机 电流/A0-25-50-75-1000 12345时间/ms678910
图10 两种电机A相绕组电流波形
150140130原型电机新型电机 转矩/Nm12011010090800 12345时间/ms678910
图11 两种电机转矩脉动波形
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