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1、2011届毕业设计湖南工程学院调速永磁同步电动机的电磁设计第一章概述1.1永磁同步电机的发展前景 近年来，随着永磁材料性能的不断提高和完善，特别是钕铁硼永磁的热稳定性和耐腐蚀性的改善和价格的逐步降低以及电力电子器件的进一步发展，加上永磁电机研究开发经验的逐步成熟，经大力推广和应用已有研究成果，使永磁电机在国防、工农业生产和日常生活等方面获得越来越广泛的应用。正向大功率化(高转速、高转矩)、高功能化和微型化方面发展。目前，稀土永磁电机的单台容量已超过1000KW，最高转速已超过300000r/min，最低转速低于0
2、.01r/min，最小电机的外径只有0.8mm，长1.2mm。永磁同步电动机结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高，和直流电机相比，它没有直流电机的换向器和电刷等缺点。和异步电动机相比，它由于不需要无功励磁电流，因而效率高，功率因数高，力矩惯量比大，定子电流和定子电阻损耗减小，且转子参数可测、控制性能好；但它与异步电机相比，也有成本高、起动困难等缺点。和普通同步电动机相比，它省去了励磁装置，简化了结构，提高了效率。永磁同步电机矢量控制系统能够实现高精度、高动态性能、大范围的调速或定位控制，因此永磁同步电机矢量控
3、制系统引起了国内外学者的广泛关注。电动机及其驱动系统的耗电量约占工业用电总量的三分之二左右,2006年国际电工委员会IEC制定了IEC60034-30电动机新标准,其目的在于淘汰低效率电动机,开发与应用高效率和超高效率电动机,美国在NEMA高效电机的基础上又制定了新NEMA高效标准,把效率指标再提高2%-3%,在我国十一五!规划的节能工程中涉及到更新和淘汰低效率电动机及高耗电设备,推广高效节能电动机、稀土永磁电动机、高效传动系统等,所以开发高效节能稀土永磁电动机具有实际工程应用的意义。在电力拖动系统中采用调速措施
4、可以提高节能效果,例如直流电动机调速、交流电动机变极调速或变频调速,还有采用机械传动结构变速等,但是机械传动结构变速和变极调速属于有级的调速方式,直流电动机虽然具有较好的调速性能,但存在换向火花的缺点,限制了调速的容量和应用环境,而变频调速是一种高效节能型的无级调速方式。自从德国工程师F.Blaschke等人提出了矢量控制变换理论后,解决了交流电动机电磁转矩的有效控制,近年来,随着变流技术、计算机技术和现代控制技术的发展,实现了交流电动机矢量控制的变频调速,交流电动机调速性能可以与直流调速系统相媲美,稀土永磁电动
5、机变频调速要比异步电动机变频调速节能效果高5%以上,因此,稀土永磁调速同步电动机在水泵、风机、电梯设备和轨道交通系统等得到广泛的应用。242011届毕业设计湖南工程学院调速永磁同步电动机的电磁设计 “中东有石油，中国有稀土”。我国是盛产永磁材料的国家，特别是稀土永磁材料钕铁硼资源在我国非常丰富，稀土矿的储藏量为世界其他各国总和的4倍左右，号称“稀土王国”。稀土曾是让国人倍感自豪的优势资源，而今却略显尴尬。由于国际市场的压价行为，以牺牲环境为代价开采出来的稀土资源降到“白菜价”。尽管我国的稀土永磁材料和稀土永磁电机
6、的科研水平都达到了国际先进水平，但是这些优势还没有完全发挥出来，因此，对我国来说，永磁同步电动机的发展还任重而道远，还有很大潜力可开发。充分发挥我国稀土资源丰富的优势，大力研究和推广应用以稀土永磁电机为代表的各种永磁电机，对我国国防、工农业、航空事业的发展及综合实力的提升具有重要的理论意义和实用价值。1.2永磁同步电动机的分类永磁同步电动机的转子磁钢的几何形状不同，使得转子磁场在空间的分布可分为正弦波和梯形波两种。因此，当转子旋转时，在定子上产生的反电动势波形也有两种：一种为正弦波；另一种为梯形波。这样就造成两种
7、同步电动机在原理、模型及控制方法上有所不同，为了区别由它们组成的永磁同步电动机交流调速系统，习惯上又把正弦波永磁同步电动机组成的调速系统称为正弦型永磁同步电动机(PMSM)调速系统或调速永磁同步电动机；而由梯形波(方波)永磁同步电动机组成的调速系统，在原理和控制方法上与直流电动机系统类似，故称这种系统为无刷直流电动机(BLDCM)调速系统。永磁同步电动机转子磁路结构不同，则电动机的运行特性、控制系统等也不同。根据永磁体在转子上的位置的不同，永磁同步电动机主要可分为：表面式和内置式。在表面式永磁同步电动机中，永磁体
8、通常呈瓦片形，并位于转子铁心的外表面上，这种电机的重要特点是直、交轴的主电感相等；而内置式永磁同步电机的永磁体位于转子内部，永磁体外表面与定子铁心内圆之间有铁磁物质制成的极靴，可以保护永磁体。这种永磁同步电动机的重要特点是直、交轴的主电感不相等。因此，这两种电机的性能特点有所不同。采用正弦波的永磁同步电动机可根据永磁体在转子上放置的位置分为三种：一是永磁体埋在转子内的内磁
