调速永磁同步电动机高频电磁噪音的分析与抑制

调速永磁同步电动机高频电磁噪音的分析与抑制（已处

理）

Analysis and Simulation of High-Frequency

Noise of Vector-Contorlled PMSM system 调速永磁同步电动机高频电磁噪音的分析与抑制

撰稿人:梁文毅

摘要 :

可以转化为对高次谐波电流产生的径向力波的分析,从而转化为对 PWM 信号产生高频电流谐波的分析。本文分析了矢量控制调速永磁

同步电动机驱动系统中产

目前永磁同步电动机矢量控制通常采用 d-q 轴数学模

生 PWM 谐波电流的原因,并基于此分析结果给出了高频

型,本节利用该数学模型对 d-q 轴谐波电流进行分析。电机电磁噪音的特征。基于分析结果,本文提出了解决该类电磁控制算法采用 SVPWM 控制,调制频率为 fPWM。

噪音的几种方式,并采用有限元仿真软件 EasiMotor 对分析结论进行仿真验证,仿真结果验证了理论分析的正确性。 1.1. 永磁同步电动机 d-q 轴谐波电流分析 [14] 关键词:永磁同步电动机、矢量控制、电磁噪音、PWM谐

波电流

在文献 [14] 中对 PWM 谐波电流进行了详细分析,根

据分析可知,通常情况下,d 轴谐波电流主要为一次 PWM

Abstract:

谐波电流,其大小与Δid1 直接相关,其中:

?i ?UT cos2αδ 60 ? cos60 ?δ 2 3L

d1 ss d

The high frequency electromagnetic noise causedby PWM has been

analysed in this paper based on

当α 30 +δ/2 时,Δid1 取最大值,其值为:

the analysis of the PWM harmonic current in vector- controlled PMSM system. Based on this result, the2 ? i UT 1? cos60? δ 2 3L d1 ss d

characteristic of the noise has been studied, also some of methods

to reducing the noise has been proposed 这里,Ld 为 d 轴同步电感,δ为功角, Ts 为调制周期,

and the simulation of finite element method in Us 为稳态运行时电压矢

量幅值, 为电压矢量在扇区中瞬

EasiMotor software verified the validity of methods. αKey words: PMSM, Vector Control, Electromagnetic α

时位置,0 。

noise, Harmonic current. 而 q 轴 PWM 谐波电流主要为二次 PWM 谐波电流, 其大小与Δiq2 直接相关,其值为:引言 3 ?i ?? 1 3U cos α? 30 U UT 4L q2 s dc q s q

永磁同步电动机 PMSM 驱动系统通过脉宽调制技术当α0 或时取极大值,其表达式为:

PWM 对功率器件的控制实现速度跟踪,由于 PWM 调制 4 ? i 1? 3U 2U UT 4L 产生的三相电压为一系列方波,它将在电机中产生高频的 q2 s dc q s q PWM 谐波电流,从而产生尖锐的高频噪音,这在 PMSM 这里 Lq 为 q 轴同步电感,Udc 为直流母线电压,Uq 驱动系统问题中较为常见。

为稳态运行时 q 轴电压。

目前对于电机电磁噪音的理论分析,主要集中于传统感应电对于 SPWM 控制,可采用类似方法分析,由于单个调机、电励磁同步电机 [1-4],近年来,出现了一些关于永磁制周期内零矢量(000)与零矢量(111)作用时间不等, 电机噪音分析的文献 [5-7],主要侧重于无刷电机在理想电

因此其一次 PWM 谐波电流更加丰富。

流下的磁场分析,也有一些文献针对变频器产生电磁噪音的问题提出了一些新的控制算法 [8-13]。本文基于电机本体与 1.2. 高次谐波电流产生的径向力波分析

电机控制器集成设计分析角度,分析了 PWM 谐波电流的产生及引起电动机电磁噪音的原因,并基于此提出了相关可行由于 PWM 谐波电流频率 fν远大于电流基波频率 f0, 的解决方案。

因此相对于基波下式成立: f ?kf k1,2 5 v PWM永磁同步电动机高频电磁噪音分析

假设该谐波电流的幅值为 iν,则由该电流产生的谐波磁动势可表示为: 电磁噪声来源于电磁振动,电磁振动则由电机气隙磁场作用于电机铁芯产生的电磁力激发 [1],因此对于永磁同步 6 F θ,tF cospθπ? 2 f t

v v vv

电动机中由于逆变调制产生的高频电磁噪声的分析从根本上 -1-

EASITECHMay NewsEASITECH EASITECHMay News May News

we make design easi/.easi-tech 5

由该磁动势产生的主要的气隙谐波磁场为: 另外,根据 2、4,谐波电流与调制周期 Ts 成正比,

即与开关频率 fPWM 成反比。

B θ,tB cospθπ? 2 ft7

v v vv

在6、 7中, Fν、 Bν分别为高频谐波电流产生的磁动势、 2.2. 电磁噪音特点分析

磁密幅值,p 为电机极对数,φν为谐波磁势初相角。设永磁体提供的气隙基波磁场为:

根据 PWM 谐波电流分析,由 PWM 谐波电流引起的8 B θ,tB cospθπ? 2 ft 电磁噪音频率与逆变器调制频率接近或者为调制

频率的整数

0 0 00

倍,且随着调制频率增加而减弱。

根据麦克斯韦尔定律,PWM 谐波电流磁场与气隙基波虽然一次 PWM 谐波电流随着转速的上升而上升,但是磁场相互作用产生 2p 次高频径向力波 [2]: 由于其二次 PWM 谐波电流将明显下降,引起其总的谐波电p B θ, t B θ? , t 2 9

rv v 00 流保持相对稳定,考虑到人耳对噪音频率的敏感性,其噪音强度略有改变。

该径向力波的频率为:

在前述分析中可知 PWM 谐波基本与负载无关,但是当

f+? f kf 10

v 0 PWM

电机过饱和时,由于电感参数变化,谐波电流也有可能增加可能导致电磁噪音增强。

由于该径向力波频率较高,而调速永磁同步电机尤其是综合前述分析,由 PWM 谐波电流引起的电磁噪音具体多极且采用集中绕组情况下,为了提高功率密度,通常将定表现特征可归结如下:

子轭部设计的较薄,降低了电机的固有频率,从而可能在电 a 该电磁噪音频率与 PWM 波调制频率接近或者为调机中产生刺耳的高频噪音。

制频率的整数倍;

在以上的分析中,忽略了其余各次谐波磁场与 PWM 谐 b 该电磁噪音随着 PWM 波调制频率的增加而降低; 波电流磁场之间的相互作用,事实上,在分数槽绕组电机中, c 一般情况下,当电机转速低于额定转速 50% 以下时其低次谐波均可能与PWM 谐波电流磁场相互作用产生较大该电磁噪音随着电机

的低阶次高频径向力波,甚至是低于 2p 次的径向力波,这转速的上升而增加;当转速较高时,噪音基本保持稳定; 些都是值得注意的。

d 在额定负载以内,该噪音随着负载变化基本保持不

忽略饱和因素时,根据式 6、7、9 可知:

变。 p?B θθ , t?? F , ti 11 rv v v v PWM 谐波电流主要参数分析

从而对于永磁同步电动机电磁噪音的分析可以转化为对电机谐波电流的分析,即可以通过式 2、4 进行分析。根据式 2、4 式可知,影响 PWM 谐波电流幅值的关键参数主要为 Ts、Ld、Lq、Udc,其中,Udc、Ts 为控制高频电磁噪音特点分

析

器相关参数,Ld、Lq 为电机相关参数。

通常情况 PMSM 直流母线电压在实际中为恒定值,因 2.1. 谐波电流特点分析此这里不对其进行分析。而对于 Ts 参数,其由变频器调制频率唯一确定,提

高频率,则 Ts 减小,谐波电流减小。一般情况下,永磁同步电机相电流的一次 PWM 谐波主根据 2、4 式,随着电感参数 Ld、Lq 的增加,PWM 要影响因素为 d 轴一次PWM 谐波,二次 PWM 谐波主要谐波电流随之减小。显然,在允许范围内,增加电感有利于影响因素为 q 轴二次 PWM 谐波,为简化分析,仅对上述消除 PWM 谐波电流。

两项进行分析。

为对电感进行定量分析,假设不考虑电机饱和因素,并由于 Us ωψs,ψs 为

定子磁链,因此 Us 随着转速上升

将永磁体等效为气隙,参考电励磁同步电机电抗计算表达式线性增加,所以根

据 2 式可知,d 轴一次 PWM 谐波随着 [2] 可分别得到 d、q 轴电感表达式: 转速的上升基本线性增加,而其随着负载的升高,功角δ增 22 12

′

L 2? mk τL NK pπδ

d 0 d ef dp ef

加,因此略有下降。考虑到 2 中忽略了 Ud 因素,事实上, d 轴一次 PWM 谐波受负载的影响很小。

22L 2? mk τL NK pπδ ′′ 13

q 0 q ef dp ef

由于 Us ω,Uq ω,根据 4 式可知,q 轴二次 PWM 谐波与转速呈二次函数关系,它随着转速的上升先增后降, 式中,kd、kq 分

别为 d、q 轴波形系数,τ为极距,Lef

其极大值出现在处。由于负载变化时,Us、Uq 可近似认为为气隙等效长度,N 为每相串联匝数,Kdp 为绕组系数,δ′ ef 不变,因此其与负载基本无关。

为 d 轴等效气隙长度,一般需包含永磁体厚度,δ〃 ef 为电机 -2-EASITECHMay News

we make design easi/.easi-tech 5

q 轴等效气隙长度,它与磁钢结构有关。频率分别取 4kHz、8kHz 时其高次谐波的仿真比较,

由式 12、13 可知,PWM 谐波电流可以一定程度上显然,频率的提高一方面可以有效降低谐波电流,同时提高

通过电机本体结构设计调整来抑制,从而降低 PWM 谐波电谐波频率,而对于调制频率 fPWM8kHz 的变频器,随着

流产生的电磁噪音。其频率进一步升高,由于人耳对声音敏感度降低,其降噪效

果会相对明显。电机仿真验证分析

图 1 所示为 EasiMotor 中建立的某 15kW 调速永磁同

步电动机有限元仿真模型,电机采用 6 极 27 槽结构,母线

电压 400V,转速 3000rpm,逆变器采用 Id0 矢量控制,

调制方式采用 SVPWM,开关频率 4kHz。

图 1 某 15kW 驱动电机模型

图 2 所示为电机启动过程和稳态电流响应波形,图 3 为

图 4 不同频率谐波分析比较

电机稳定运行时对应的电流频谱分析,由图中可见,三相电

流在 4kHz、8kHz 附近有明显的高次谐波电流。

但是,开关频率的提高,将增加变频器的开关损耗,一

方面引起变频器温升增加,另一方面降低了系统的效率,因

此,需要折中考虑变频器开关频率的选择。

5.2. 选择合适的调制方式

变频器不同的 PWM 调制方式对 PWM 谐波电流将产生较大影响,例如对于目前较常见的 SPWM 和 SVPWM,由图 2 电机 A 相电流响应波形

于 SPWM 产生方波信号时,其一个周期内不同于 SVPWM 为一偶对称信号,因此其产生的一次 PWM 谐波将比 SVPWM 更丰富,图 5 所示为两种不同调制方式下电机的高频谐波电流分析结果比较,显然仿真结果也验证了上述理论推导的正确性。图 3 电流响应频谱分析高频谐波电流的抑制措施由 1.2 分析可知,消除高频电磁噪音实际上就是减小 PWM 谐波电流,根据式 2、4,本文提出了几种可行的消除调速永磁同步电动机高频电磁噪音的方法。

5.1. 提高 PWM 开关频率提高

图 5 不同调制方式谐波分析比较

事实上,考虑到 SVPWM 中仍然存在固定频率的 PWM 谐根据第 3 节分析,提高开关频率可以有效减少 PWM 谐波电流,一些文献提到了采用随机 SVPWM 方式来削弱波电流,从而降低高频电磁噪音,图 4 所示 15kW 电机开关 -3-EASITECH EASITECHMay News May News

we make design easi/.easi-tech 5

固定频率的谐波电流从而降低噪音 [8-13],利用该方法图 7 额定与启动

过程谐波分析比较

可以无需提高开关频率即可降低电磁噪声。为了对此进行抑制,在设计过程中,需要综合考虑电机

的功率密度与实际运行状况,对于经常重载运行的驱动系统, 尽量降低电机饱

和程度,并对过载及启动过程重点分析。 5.3. 选择合适的磁钢结构根据第 3 节分析结果,增加电机 Ld、Lq 电感,可以减 5.5. 改进电动机本体

设计

小 PWM 谐波电流。对于永磁同步电机,通常磁钢厚度要比气隙高度大的多,因此气隙高度对 d 轴电感的影响往往不大。为分析电机设计参数的影响,将 12、13 整理得到下但是当电机采用内埋式时,由于 q 轴电感明显增加,使得 q 式: 轴 PWM 谐波电流明显减小,因此,采用内埋式磁钢对于降 2

′

低电机高频电磁噪音有一定作用。L K K NK p δ 14 d d12 dp ef

2 L K K NK p δ ′′ 15

q q12 dp ef

其中,Kd1、Kq1、K2 表达如下:

K 2.74mk

d10 d

K 2.74mk

10K E Bn

2 0 δav 0

n0 为额定转速,E0 为额定时的反电势,通常情况下, 在转子结构确定情况

下,Kd1、Kq1 变化不大,K2 也基本固定因此,在电机设计中,为调整电感参数,根据27、28 可知主要的设计参数为绕组每极每相有效串联匝数、极对数和气隙高度,调整电机结构,增加每相串联匝数、减少极数图 6 内埋式与表贴式仿真结果比较或者减小气隙高度,均可以增加电感,减小谐波电流,而极图 6 所示为 15kW

电机内埋式与表贴式的仿真结果比较, 数的修改对谐波

的影响更明显。图 8 所示为 15kW 电机 6

极 27 槽与 4 极 18 槽结构均为面贴式的仿真比较,显显然内埋式转子的

二次 PWM 谐波大幅降低,而一次谐波分然采用 4 极结构时,PWM 谐波明显降低,减少接近 1/2, 量主要为 d 轴谐波电流,因此相对减小较少。

这与理论分析相吻合。

5.4. 注意电动机过载能力设计

在前面的分析中,忽略了电机过载时饱和因素的影响, 事实上,在 PMSM 电机中,一方面 PWM 谐波电流随着负载增加略有增加,在重载下会相对明显,这主要由于忽略分析的 d 轴二次 PWM 谐波和 q 轴一次 PWM 谐波引起 [14]。另一方面,在电机

启动过程以及过载情况下电机可能较为饱

和,导致电感变小,从而使得 PWM 谐波电流明显增大,产生或者加剧高频电磁

噪音。图 7 所示为 15kW 电机采用内埋式结构时额定负载与启动过程仿真比较,显然启动过程中, 谐波电流比额定运行时大很多。

图 8 不同单元电机数仿真结果比较

虽然极对数对电感的影响较大,但是随着极对数的减少电机定转子轭部面积将增加,对电机功率密度带来影响。对于气隙高度的修改主要针对内埋式进行,对于表贴式其影响较小,详细分析见 5.3 节。

-4-

产生电磁噪声的机制

产生电磁噪声的机制【导读】噪声抑制主要是以使用屏蔽和滤波器作为典型手段，在噪声传播的路径中实现噪声抑制。为了有效使用这些手段，对电磁噪声产生和传播机制的充分了解就尤为重要。就噪声源而言，有三种因素: 噪声源、传播路径及天线（假设噪声干扰最终是以电磁波形式传播，天线亦包含在内），如图1(a)所示。如果是作为噪声受害者，可以使用完全相同的原理图，即图1(b)中所示，只需将图左右翻转，并将噪声源改为噪声接收器。这就意味着可以认为产生和接收噪声两种情况的机制是相同的。首先，将对噪声产生的机制进行说明。图1 EMC的三个因素噪声源有各种不同的情况会产生可以成为噪声源的电流。例如，一个电路的运行需要某一信号分量而对其他电路产生了问题。另一种情况，尽管没有电路需要此信号分量，但也不可避免产生噪声。有时噪声可能是由于疏忽而造成的。当然，噪声抑制的思维方式视每种情况而异。但如果您能了解特定的噪声是如何产生的，则处理将会变得较为容易。在本章节中，我们将采用以下三种噪声源典型案例，介绍产生噪声的机制及一般应对策略。 1(i)信号 2(ii)电源 3(iii)浪涌

信号成为噪声源或受害方时在文中，我们将主要用于传递信息的线称为信号线。通常为了通过电路传输信息，总是需要一定量的电流，即使是非常小的电流。随后，电流周围便产生了磁场。当电流随着信息而发生变化时，会向周围发射无线电波，从而便产生了噪声。随着信息量的增加，通过信号线的电流频率也随之增加，或可能需要更多的信号线。通常，电流频率越高，或信号线数量越多，发射的无线电波强度就越大。因此，电子设备的性能越高、处理的信息量越大、电子设备中所使用的信号线越多，就越容易产生噪声干扰。传输信息的电路大致可分为模拟电路和数字电路，分别使用模拟信号和数字信号。从电路噪声的角度出发对其一般特性做如下说明。图2 模拟信号和数字信号模拟电路当模拟电路为噪声源时，一般产生的噪声较少，因为模拟电路使用有限频率，并采用控制电流流动的设计情况较多。但如果有能量外泄，则仍会产生噪声干扰。例如，电视和广播接收器采用一个具有恒定频率的信号，此频率称为本地震荡频率，以便从天线接收的无线电波中有选择地放大目标频率。如果此频率泄漏到外部，则可能对其他设备产生干扰。为了防止发生此情况，调谐器部分会被屏蔽，或在线路中使用EMI静噪滤波器。

(整理)永磁同步电动机的应用.

一、概述众所周知，直流电动机有优良的控制性能，其机械特性和调速特性均为平行的直线，这是各类交流电动机所没有的特性。此外，直流电动机还有起动转矩大、效率高、调速方便、动态特性好等特点。优良的控制特性使直流电动机在70年代前的很长时间里，在有调速、控制要求的场合，几乎成了唯一的选择。但是，直流电动机的结构复杂，其定子上有激磁绕组产生主磁场，对功率较大的直流电动机常常还装有换向极，以改善电机的换向性能。直流电机的转子上安放电枢绕组和换向器，直流电源通过电刷和换向器将直流电送入电枢绕组并转换成电枢绕组中的交变电流，即进行机械式电流换向。复杂的结构限制了直流电动机体积和重量的进一步减小，尤其是电刷和换向器的滑动接触造成了机械磨损和火花，使直流电动机的故障多、可靠性低、寿命短、保养维护工作量大。换向火花既造成了换向器的电腐蚀，还是一个无线电干扰源，会对周围的电器设备带来有害的影响。电机的容量越大、转速越高，问题就越严重。所以，普通直流电动机的电刷和换向器限制了直流电动机向高速度、大容量的发展。在交流电网上，人们还广泛使用着交流异步电动机来拖动工作机械。交流异步电动机具有结构简单，工作可靠、寿命长、成本低，保养维护简便。但是，与直流电动机相比，它调速性能差，起动转矩小，过载能力和效率低。其旋转磁场的产生需从电网吸取无功功率，故功率因素低，轻载时尤甚，这大增加了线路和电网的损耗。长期以来，在不要求调速的场合，例如风机、水泵、普通机床的驱动中，异步电动机占有主导地位，当然这类拖动中，无形中损失了大量电能。过去的电力拖动中，很少彩同步电动机，其主要原因是同步电动机不能在电网电压下自行起动，静止的转子磁极在旋转磁场的作用下，平均转矩为零。人们亦知道变频电源可解决同步电动机的起动和调速问题，但在70年代以前，变频电源是可想而不可得的设备。所以，过去的电力拖动中，很少看到用同步电动机作原动机。在大功率范围内，偶尔也有同步电动机运行的例子，但它往往是用来改善大企业的电网功率因数。自70年代以来，科学技术的发展极大地推动了同步电动机的发展和应用，主要的原因有： 1、高性能永磁材料的发展永磁材料近年来的开发很快，现有铝镍钴、铁氧体和稀土永磁体三大类。稀土永磁体又有第一代钐钴1：5，第二代钐钴2：17和第三钕铁硼。铝镍钴是本世纪三十年代研制成功的永磁材料，虽其具有剩磁感应强度高，热稳定性好等优点，但它矫顽力低，抗退磁能力差，而且要用贵重的金属钴，成本高，这些不足大大限制了它在电机中的应用。铁氧体磁体是本世纪五十年代初开发的永磁材料，其最大的特点是价格低廉，有较高的矫顽力，其不足是剩磁感应强度和磁能积都较低。钐钴稀土永磁材料在六十年代中期问世，它具有铝镍钴一样高的剩磁感应强度，矫顽力比铁氧体高，但钐稀土材料价格较高。80年代初钕铁硼稀土永磁材料的出现，它具有高的剩磁感应强度，高的矫顽力，高的磁能积，这些特点特别适合在电机中使用。它们不足是温度系数大，居里点低，容易氧化生锈而需涂复处理。经过这几年的不断改进提高，这些缺点大多已经克服，现钕铁硼永磁材料最高的工作温度已可达180℃，一般也可达150℃，已足以满足绝大多数电机的使用要求。表1是各种永磁材料性能比较。表1各种永磁材料的性能比较永磁材料剩磁（T）Br(T) 矫顽力HcB(KA/m) 内禀矫顽力Hcj(KA/m) 最大磁能积(BH)m（KJ/m3）剩磁可逆温度系数αB(%C) 居里温度Tc8(C) 中等水平钕铁硼`` 1.26 967 955 310 -0.12 350 较高水平的钐钴1.00 746 766 210 -0.03 850

调速永磁同步电动机的电磁设计与磁场分析

调速永磁同步电动机的电磁设计与磁场分析 1 引言与传统的电励磁电机相比，永磁同步电动机具有结构简单，运行稳定；功率密度大；损耗小，效率高；电机形状和尺寸灵活多变等显著优点，因此在航空航天、国防、工农业生产和日常生活等各个领域得到了越来越广泛的应用。随着电力电子技术的迅速发展以及器件价格的不断下降，越来越多的直流电动机调速系统被由变频电源和交流电动机组成的交流调速系统所取代，变频调速永磁同步电动机也应运而生。变频调速永磁同步电动机可分为两类,一类是反电动势波形和供电电流波形都是理想矩形波(实际为梯形波)的无刷直流电动机,另一类是两种波形都是正弦波的一般意义上的永磁同步电动机。这类电机通常由变频器频率的逐步升高来起动，在转子上可以不用设置起动绕组。本文使用Ansoft Maxwell 软件中的RMxprt 模块进行了一种调速永磁同步电动机的电磁设计，并对电机进行了性能和参数的计算，然后将其导入到Maxwell 2D 中建立了二维有限元仿真模型，并在此模型的基础上对电机的基本特性进行了瞬态特性分析。 2 调速永磁同步电动机的电磁设计 2.1 额定数据和技术要求调速永磁同步电动机的电磁设计主要包括主要尺寸和气隙长度的确定、定子冲片设计、定子绕组的设计、永磁体的设计等。通过改变电机的各个参数来提高永磁同步电动机的效率η、功率因数cos ?、起动转矩st T 和最大转矩max T 。本例所设计永磁同步电动机的额定数据及其性能指标如下：额定数据数值额定功率 N 30kw P = 相数 =3m 额定线电压 N1=380V U 额定频率 =50Hz f 极对数 =3p 额定效率 N =0.94η 额定功率因数 N cos =0.95? 绝缘等级 B 级计算额定数据：

调速永磁同步电动机高频电磁噪音的分析与抑制

调速永磁同步电动机高频电磁噪音的分析与抑制（已处理）调速永磁同步电动机高频电磁噪音的分析与抑制 Analysis and Simulation of High-Frequency Noise of Vector-Contorlled PMSM system 调速永磁同步电动机高频电磁噪音的分析与抑制撰稿人:梁文毅 5 摘要 : 可以转化为对高次谐波电流产生的径向力波的分析,从而转化为对 PWM 信号产生高频电流谐波的分析。本文分析了矢量控制调速永磁同步电动机驱动系统中产目前永磁同步电动机矢量控制通常采用 d-q 轴数学模生 PWM 谐波电流的原因,并基于此分析结果给出了高频型,本节利用该数学模型对 d-q 轴谐波电流进行分析。电机电磁噪音的特征。基于分析结果,本文提出了解决该类电磁控制算法采用 SVPWM 控制,调制频率为 fPWM。噪音的几种方式,并采用有限元仿真软件 EasiMotor 对分析结论进行仿真验证,仿真结果验证了理论分析的正确性。 1.1. 永磁同步电动机 d-q 轴谐波电流分析 [14] 关键词:永磁同步电动机、矢量控制、电磁噪音、PWM谐波电流在文献 [14] 中对 PWM 谐波电流进行了详细分析,根据分析可知,通常情况下,d 轴谐波电流主要为一次 PWM

Abstract: 谐波电流,其大小与Δid1 直接相关,其中: 1 ?i ?UT cos2αδ 60 ? cos60 ?δ 2 3L d1 ss d The high frequency electromagnetic noise causedby PWM has been analysed in this paper based on 当α 30 +δ/2 时,Δid1 取最大值,其值为: the analysis of the PWM harmonic current in vector- controlled PMSM system. Based on this result, the2 ? i UT 1? cos60? δ 2 3L d1 ss d characteristic of the noise has been studied, also some of methods to reducing the noise has been proposed 这里,Ld 为 d 轴同步电感,δ为功角, Ts 为调制周期, and the simulation of finite element method in Us 为稳态运行时电压矢量幅值, 为电压矢量在扇区中瞬 EasiMotor software verified the validity of methods. αKey words: PMSM, Vector Control, Electromagnetic α 时位置,0 。 60 noise, Harmonic current. 而 q 轴 PWM 谐波电流主要为二次 PWM 谐波电流, 其大小与Δiq2 直接相关,其值为:引言 3 ?i ?? 1 3U cos α? 30 U UT 4L q2 s dc q s q

高压永磁同步电动机应用与研究

高压永磁同步电动机应用与研究目前工业领域中采用的高压中、大功率异步电动机普遍存在效率偏低、功率因数差等浪费电能现象。为实现中、大功率电动机高效节能目标，高效永磁同步电动机的研发和应用已成为国内外发展的必然趋势。高效永磁同步电动机理论分析、实验室试验和国家权威机构检测成功后，对现场应用尚无完整的试验研究数据，缺少通过试验和监测手段对高效永磁同步电动机进行经济效益分析。本文通过在张家口发电厂首次应用，并通过严格试验得出相关研究数据和分析结果。标签：高效永磁同步电动机现场方案试验研究结果分析引言在工业、建筑以及公用设施领域中电动机是重要的原动力设备，也是电能消耗的最大用户，和节电潜力的最大用户。2012年我国各类电动机总装机容量约为5亿千瓦，其中异步电动机的装机容量占全国电动机装机容量的90%，约占全国用电量的60%，占工业用量的75%，系统用电效率比国外先进水平低5%-15%，相当于每年浪费电能约1500亿千瓦时。目前工业领域中采用的高压中、大功率异步电动机普遍存在效率偏低、功率因数差等浪费电能现象。而高效永磁同步电动机能否达到高效节能目标，现场应用前景如何，已经引起国内各大企业关注。2013年工业和信息化部印发（2013年工业节能与绿色发展专项行动实施方案）提出，选择电机在能效提升和绿色发展方面要取得突破。本文将通过在张家口发电厂首次应用和现场试验进行分析。为企业应用永磁同步电动机提供参考。一、高压永磁同步电动机概述 1.高压永磁同步电动机的发展历程电机属于电磁装置，其工作原理是通过磁场实现电能与机械能间的不断转换。在电机的工作过程中，气息磁场是必不可少的。获得磁场的方法有两种，其中一种是通过电流得到。该种电机叫做电励磁电机，这种电机需要具备专门用来产生电流磁场的绕组，同时，为了保证电流的正常流动还需要为电机提供不间断的能量供应。另一种方法是通过永磁体来获得磁场，这可以大大简化电机的结构，同时，因为永磁体一旦磁化（充磁）之后就永久具有磁性，不再需要外界供给能量，这也大大的减少了能量的损耗。高压永磁同步电动机就是通过永磁体获得磁场的电动机，永磁体材料的发展促进了此种电动机的发展。稀土钴和钕铁硼永磁分别在20世纪60年代和80年代出现，这两种永磁材料的出现极大的促进的电动机的发展，因为这两种材料具有特别适用于电机装置的特性，包括高剩磁密度、高矫顽力、线性退磁曲线以及高磁能积。

永磁同步电动机结构原理3D

永磁同步电动机这些年永磁同步电动机得到较快发展，其特点是功率因数高、效率高，在许多场合开始逐步取代最常用的交流异步电机，其中异步起动永磁同步电动机的性能优越，是一种很有前途的节能电机。永磁同步电动机的定子结构与工作原理与交流异步电动机一样，多为4极形式，三相绕组按3相4极布置，通电产生4极旋转磁场。下图是有线圈绕组的定子.如下示意图1。图1定子铁芯与绕组如下图2是电机机座与定子。图2机座与定子

永磁同步电动机与普通异步电动机的不同是转子结构，转子上安装有永磁体磁极，图3左就是一个安装有永磁体磁极的转子，永磁体磁极安装在转子铁芯圆周表面上，称为凸装式永磁转子。磁极的极性与磁通走向图3右，这是一个4极转子。图3凸装式永磁转子根据磁阻最小原理，也就是磁通总是沿磁阻最小的路径闭合，利用磁引力拉动转子旋转，于是永磁转子就会跟随定子产生的旋转磁场同步旋转。图4左是另一种安装有永磁体磁极的转子，永磁体磁极嵌装在转子铁芯表面，称为嵌入式永磁转子。磁极的极性与磁通走向见图右，这也是一个4极转子。图4嵌入式永磁转子铁芯1

图5右是一种嵌入式永磁转子，永磁体嵌装在转子铁芯内部，为防止永磁体磁通短路，在转子铁芯开有空槽或在槽内填充隔磁材料。磁极的极性与磁通走向见下右图，这也是一个4极转子。图5嵌入式永磁转子铁芯2 下图6为装上转轴的嵌入式永磁转子图6嵌入式永磁转转子铁芯两侧装上风扇然后与定子机座组装成整机，见下图7。

图7永磁同步电动机剖面图这种永磁同步电动机不能直接通三相交流的起动，因转子惯量大，磁场旋转太快，静止的转子根本无法跟随磁场旋转。这种永磁同步电动机多用在变频调速场合，启动时变频器输出频率从0开始上升到工作频率，电机则跟随变频器输出频率同步旋转，是一种很好的变频调速电动机。通过在永磁转子上加装笼型绕组，接通电源旋转磁场一建立，就会在笼型绕组感生电流，转子就会像交流异步电动机一样起动旋转。这就是异步起动永磁同步电动机，是近些年开始普及的节能电机。如下图8为永磁转子铁芯图8笼型绕组永磁转子铁芯笼型转子有焊接式与铸铝式：在转子每个槽内插入铜条，铜条与转子铁芯两侧的铜端环焊接形成笼型转子；与普通交流异步电动机一样采用铸铝式转子，将熔化的铝液直接注入转子槽内，并同时铸出端环与风扇叶片，是较廉价的做法，下图9是一个铸铝式笼型转子。

maxwell软件- 调速永磁同步电机

13调速永磁同步电机在用户已经掌握RMxprt 基本使用的前提下，我们将一些过程简化，以便介绍一些更高级的使用。有关RMxprt 的详细介绍请参考第一部分的章节。 13.1基本原理调速永磁同步电机的转子转速是通过调节输入电压的频率来控制的。与标准的直流无刷电机不同，这种电机不需要位置传感器。永磁同步电机的转子上安装永磁体（有内转子与外转子之分），定子上嵌有多相电枢绕组，其极数与转子相同。永磁同步电机既可用作发电机，也可用作电动机。当电机工作在电动状态时，定子多相绕组可由正弦交流电源供电或由直流电源经DC/AC 变换来供电。当电机工作在发电状态时，定子多相绕组为负载提供交流电源。 13.1.1 定子绕组正弦交流电源供电永磁同步电机分析方法与三相凸极同步电机相同，电机既可工作在发电状态也可工作在电动状态，通常采用频域矢量图来分析电机的特性。电机发电状态矢量图如图13.1a ，电机电动状态矢量图如图13.1b 。发电机 b. 电动机图13.1 同步电机相量图图13.1中，R 1、X d 、X q 分别为定子电枢的电阻、d 轴同步电抗和q 轴同步电抗。 aq 1q ad 1d X X X X X X +=+= (13.1) 上式中，X 1为电枢绕组漏电抗，X ad 和X aq 分别为d 轴电枢反应电抗和q 轴电枢反应电抗。以输入电压U 为参考矢量， I 滞后U 的角度为φ，称φ为功率因数角，则电流矢量为： ?-∠=I I (13.2) 令I 滞后E 0的角度为ψ。则可得d 轴和q 轴的电流为：

? ?????=?? ????=ψψcos sin I I I q d I (13.3) 所以： q d 1 I I -=tan ψ (13.4) 13.1.1.1 发电机模型在图13.1a ，OM 所代表的矢量可表示为： ) j j (aq 11X X R OM +++=I U (13.5) OM 所代表的矢量可用来确定E 0的位置。令U 滞后E 0的角度为θ，对于发电机称θ为功角，则角度ψ为 θ?ψ+= (13.6) 对于给定的功角θ，我们有； ??? ???--=????????????-θ θsin cos U U E I I X R R X 0q d q 1 1d (13.7) 求得I d 和I q 为： ? ?????--+-+=??????θθθθsin )cos (sin )cos (U X U E R U R U E X X X R 1 I I d 0110q q d 2 1q d (17.8) 功率角φ： θψ?-= (13.9) 输出电功率： ?cos UI 3P 2= (13.10) 输入机械功率： ) (Fe Cua fw 21P P P P P +++= (13.11) 式中P fw 、P Cua 、P Fe 分别为风摩损耗、电枢铜损和铁心损耗输入机械转矩： ω1 1P T = (13.12) ω为同步角速度rad/s 13.1.1.2 电动机模型在图13.1， OM 所代表的矢量可表示为： ) j j (aq 11X X R OM ++-=I U (13.5’)

城实维修分享抑制变频器的电磁噪声7种方法

采用变频器驱动的电动机系统，因其节能效果显著、调节方便、维护简单，而在工业中得到广发引用。下面主要是对在变频器使用中产生的电磁噪声怎么进行控制。在变频器控制系统设计与应用中要注意以下七方面的问题一、在设备排列布置时，应该注意将变频器单独布置，尽量减少可能产生的电磁辐射干扰。在实际工程中，由于受到房屋面积的限制往往不可能有单独布置的位置，应尽量将容易受干扰的弱电控制设备与变频器分开，比如将动力配电柜放在变频器与控制设备之间。二、变频器电源输入侧可采用容量适宜的空气开关作为短路保护，但切记不可频繁操作。由于变频器内部有大电容，其放电过程较为缓慢，频繁操作将造成电压而损坏内部原件。三、控制变频器调速电动机的起/停通常由变频器自带的控制功能来实现，不要通过接触器实现起/停。否则，频繁的操作可能损坏内部元件。四、尽量减少变频器与控制系统不必要的连线，以避免传导干扰。除了控制系统与变频器之间必须的控制线外，其他如控制电源等应分开。由于控制系统及变频器均需要24V直流电源，而生产厂家为了节省一个直流电源，往往用一个直流电源分两路分别对两个系统供电，有时变频器会通过直流电源对控制系统产生传导干扰，所以在设计中或订货时要特别加以说明，要求用两个直流电源分别对两个系统供电。五、变频器柜内除本机专用的空气开关外，不宜安置其他操作型开关电器，以避免开关噪声入侵变频器，造成误动作。六、应注意限制最低转速。在低转速时，电动机噪声增大、冷却能力下降，若负载转矩较大或满载，可能烧毁电动机，确需低速运转的高负荷变频器电动机，应考虑加大额定功率，或增加辅助的强风冷却。七、注意防止发生共振现象。由于定子电流中含有高次谐波成分，电动机转矩中含有脉动分量，有可能造成电动机的振动与机械振动产生共振，使设备出现故障。应在预先找到负载固有的共振频率后，利用变频器频率跳跃功能设置，躲开共振频率点。

调速永磁同步电动机的电磁设计与磁场分析

调速永磁同步电动机的电磁设计与磁场分析 1 引言与传统的电励磁电机相比，永磁同步电动机具有结构简单，运行稳定；功率密度大；损耗小，效率高；电机形状和尺寸灵活多变等显著优点，因此在航空航天、国防、工农业生产和日常生活等各个领域得到了越来越广泛的应用。随着电力电子技术的迅速发展以及器件价格的不断下降，越来越多的直流电动机调速系统被由变频电源和交流电动机组成的交流调速系统所取代，变频调速永磁同步电动机也应运而生。变频调速永磁同步电动机可分为两类,一类是反电动势波形和供电电流波形都是理想矩形波(实际为梯形波)的无刷直流电动机,另一类是两种波形都是正弦波的一般意义上的永磁同步电动机。这类电机通常由变频器频率的逐步升高来起动，在转子上可以不用设置起动绕组。本文使用Ansoft Maxwell软件中的RMxprt模块进行了一种调速永磁同步电动机的电磁设计，并对电机进行了性能和参数的计算，然后将其导入到Maxwell 2D中建立了二维有限元仿真模型，并在此模型的基础上对电机的基本特性进行了瞬态特性分析。 2 调速永磁同步电动机的电磁设计 2.1 额定数据和技术要求调速永磁同步电动机的电磁设计主要包括主要尺寸和气隙长度的确定、定子冲片设计、定子绕组的设计、永磁体的设计等。通过改变电机的各个参数来提高 T。本例所永磁同步电动机的效率η、功率因数cos?、起动转矩st T和最大转矩max 设计永磁同步电动机的额定数据及其性能指标如下：计算额定数据：

(1) 额定相电压：N 220V U U == (2) 额定相电流：3 N N N N N 1050.9A cos P I mU η??== (3) 同步转速：160=1000r /min f n p = (4) 额定转矩：3 N N 1 9.5510286.5N m P T n ?==g 2.2 主要尺寸和气隙长度的确定永磁电机的主要尺寸包括定子内径和定子铁心有效长度，它们可由如下公式估算得到： 2 i11P D L C n '= N N N cos E K P P η?'=， 6.1p Nm dp C K K AB δ α=' 式中，i1D 为定子内径，L 为定子铁心长度，P '为计算功率，C 为电机常数。 E K 为额定负载时感应电势与端电压的比值，本例取0.96；p α'为计算极弧系数，初选0.8；Nm K 为气隙磁场的波形系数，当气隙磁场为正弦分布时等于1.11；dp K 为电枢的绕组系数，初选0.92。A 为电机的线负荷，B δ为气隙磁密，A 和B δ的选择非常重要，直接影响电机的参数和性能，应从电机的综合技术经济指标出发来选取最合适的A 和B δ值，本例初选为200A/cm,0.7T A B δ==。由上式可初步确定电机的2i1D L ，但要想进一步确定i1D 和L 各自的值，还应选择主要尺寸比i1i122L L pL D D p λπτπ===，其中τ为极距。通常，中小型同步电动机的0.6~2.5λ=，一般级数越多，λ也越大，本例初选1.4。永磁同步电动机的气隙长度δ一般要比同规格的感应电动机的气隙大，主要是因为适当的增加气隙长度可以在一定的程度上减小永磁同步电动机过大的杂散损耗，减低电动机的振动与噪声和便于电动机的装配。所以设计永磁同步电动机的气隙长度时,可以参照相近的感应电动机的气隙长度并加以适当的修改。本例取=0.7mm δ。确定电动机定子外径时，一般是在保证电动机足够散热能力的前提下，视具体情况为提高电动机效率而加大定子外径还是为降低成本而减小定子外径。

电磁干扰及常用的抑制技术

电磁干扰及常用的抑制技术刘宇媛哈尔滨工程大学摘要：各种干扰是机电一体化系统和装置出现瞬时故障的主要原因。电磁兼容性设计是目前电子设备及机电一体化系统设计时考虑的一个重要原则，它的核心是抑制电磁干扰。电磁干扰的抑制要从干扰源、传播途径、接收器三个方面着手，切断干扰耦合的途径，干扰的影响也将被消除。常用的方法有滤波、降低或消除公共阻抗、屏蔽、隔离等。关键词：电磁干扰干扰抑制屏蔽接地 1．电磁干扰电磁干扰(electro magnetic interference，EMI)是指系统在工作过程中出现的一些与有用信号无关的、并且对系统性能或信号传输有害的电气变化现象。构成电磁干扰必须具备三个基本条件：①存在干扰源；②有相应的传输介质；③有敏感的接收元件。只要除去其中一个条件，电磁干扰就可消除，这就是电磁抑制技术的基本出发点。 1.1 电磁干扰的分类常见的各种电磁干扰根据干扰的现象和信号特征不同有以下分类方法。 1、按其来源分类(1) 自然干扰。自然干扰是指由于大自然现象所造成的各种电磁噪声。 (2) 人为干扰。由于电子设备和其他人工装置产生的电磁干扰。 2、按干扰功能分类 (1) 有意干扰。有意干扰是指人为了达到某种目的而有意识制造的电磁干扰信号。这是当前电子战的重要手段。 (2) 无意干扰。无意干扰是指人在无意之中所造成的干扰，如工业用电、高频及微波设备等引起的干扰等。 3、按干扰出现的规律分类 (1) 固定干扰。多为邻近电气设备固定运行时发出的干扰。 (2) 半固定干扰。偶尔使用的设备(如行车、电钻等)引起的干扰。 (3) 随机干扰。无法预计的偶发性干扰。 4、按耦合方式分类 (1) 传导耦合干扰。传导耦合是指电磁噪声的能量在电路中以电压或电流的形式，通过金属导线或其他元件(如电容器、电感器、变压器等)耦合到被干扰设备(电路)。 (2) 辐射耦合干扰。电磁辐射耦合是指电磁噪声的能量以电磁场能量的形式，通过空间辐射传播，耦合到被干扰设备(或电路)。 1.2 电磁噪声耦合途径干扰源对电子设备的干扰是通过一定耦合形式进行的，无论是内部干扰或外部干扰，都是通过“路”(传输线路或电路)或“场”(静电场或交变电磁场)耦合到被干扰设备中的。 1、电磁噪声传导耦合 (1)直接传导耦合。电导性直接传导耦合最简单、最常见，但它也是最易被人们忽视的一种耦合方式。在考虑电磁兼容性问题时，必须考虑导线不但有电阻足，而且有电感L，漏电阻R，以及杂散电容C。在实际使用中尤其是频率比较高时，这些分布参数对信号的传输有着十分重要的影响。如何考虑分布参数的影响与传输线的长度密切相关。根据传输线的长度与传输信号频率的关系可把传输线分为长线和短线，对短信号线不必进行阻抗匹配，而对长信号线应在终端进行阻抗匹配。 (2)公共阻抗耦合。当干扰源的输出回路与被干扰电路存在一个公共阻抗时，两者之间就会产生公共阻抗耦合。干扰源的电磁噪声将会通过公共阻抗耦合到被干扰电路而产生干扰。所谓“公共阻抗”通常不是人们故意接人的阻抗，而是由公共地线和公共电源线的引线电感所

KW调速永磁同步电动机电磁设计程序文件

11KW 变频起动永磁同步电动机电磁设计程序及电磁仿真 1永磁同步电动机电磁设计程序 1.1额定数据和技术要求除特殊注明外，电磁计算程序中的单位均按目前电机行业电磁计算时习惯使用的单位，尺寸以cm(厘米)、面积以cm 2(平方厘米)、电压以V （伏）、电流以A （安）、功率和损耗以（瓦）、电阻和电抗以Ω（欧姆）、磁通以Wb(韦伯)、磁密以T(特斯拉)、磁场强度以A/cm(安培/厘米)、转矩以N （牛顿）为单位。 1额定功率kw P n 11= 2相数 31=m 3额定线电压V U N 3801= 额定相电压Y 接法V U U N N 39.2193/1== 4额定频率50f HZ = 5电动机的极对数P =2 6额定效率87.0, =N η 7额定功率因数78.0cos , =N ? 8失步转矩倍数2.2* =poN T 9起动转矩倍数2.2* =stN T 10起动电流倍数2.2* =stN I 11额定相电流62.2478.087.039.21931011cos 105 , ,15=????=?=A U m P I N N N N N ?η 12额定转速1000=N n r/min 13额定转矩m N n P T N N N .039.1051000 11 55.91055.93=?=?=

14绝缘等级:B 级 15绕组形式:双层叠绕Y 接法 1.2主要尺寸 16铁心材料DW540-50硅钢片 17转子磁路结构形式:表贴式 18气隙长度cm 07.0=δ 19定子外径cm D 261= 20定子内径cm D i 181= 21转子外径86.17)07.0218(212=?-=-=cm D D i δ 22转子内径cm D i 62= 23定,转子铁心长度cm l l 1521== 24铁心计算长度cm l l a 152== 铁心有效长度cm cm l l a ef 14.15)07.0215(2=?+=+=δ 25定子槽数136Q = 26定子每极每相槽数332/362/11??==p m Q q =2 27极距cm P D i p 728.932/1814.32/1=??==πτ 28定子槽形:梨形槽定子槽尺寸 cm h cm r cm b cm b cm h 72.153.078.038.008.002110101===== 29定子齿距cm Q D t i 5708.136 181 1 1== = π π

电路噪声的产生以及抑制噪声的方法

电路噪声的产生以及抑制噪声的方法电路噪声对于电子线路中所标称的噪声，可以概括地认为，它是对目的信号以外的所有信号的一个总称。最初人们把造成收音机这类音响设备所发出噪声的那些电子信号，称为噪声。但是，一些非目的的电子信号对电子线路造成的后果并非都和声音有关，因而，后来人们逐步扩大了噪声概念。例如，把造成视屏幕有白班呀条纹的那些电子信号也称为噪声。可能以说，电路中除目的的信号以外的一切信号，不管它对电路是否造成影响，都可称为噪声。例如，电源电压中的纹波或自激振荡，可对电路造成不良影响，使音响装置发出交流声或导致电路误动作，但有时也许并不导致上述后果。对于这种纹波或振荡，都应称为电路的一种噪声。又有某一频率的无线电波信号，对需要接收这种信号的接收机来讲，它是正常的目的信号，而对另一接收机它就是一种非目的信号，即是噪声。在电子学中常使用干扰这个术语，有时会与噪声的概念相混淆，其实，是有区别的。噪声是一种电子信号，而干扰是指的某种效应，是由于噪声原因对电路造成的一种不良反应。而电路中存在着噪声，却不一定就有干扰。在数字电路中。往往可以用示波器观察到在正常的脉冲信号上混有一些小的尖峰脉冲是所不期望的，而是一种噪声。但由于电路特性关系，这些小尖峰脉冲还不致于使数字电路的逻辑受到影响而发生混乱，所以可以认为是没有干扰。当一个噪声电压大到足以使电路受到干扰时，该噪声电压就称为干扰电压。而一个电路或一个器件，当它还能保持正常工作时所加的最大噪声电压，称为该电路或器件的抗干扰容限或抗扰度。一般说来，噪声很难消除，但可以设法降低噪声的强度或提高电路的抗扰度，以使噪声不致于形成干扰。电子电路中噪声的产生？如何抑制这个东西主要是由于电路中的数字电路和电源部分产生的。在数字电路中，普遍存在高频的数字电平，这些电平可以产生两种噪声：1、电磁辐射，就像电视的天线一样，通过发射电磁波来干扰旁边的电路，也就是你说的噪声。2、耦合噪声，指数字电路和旁边的电路存在一定的耦合，噪声可以直接在电器上直接影响其他的电路，这种噪声更厉害。电源上存在的噪声：如果是线性

高压永磁同步电动机应用与研究

高压永磁同步电动机应用与研究摘要：目前工业领域中采用的高压中、大功率异步电动机普遍存在效率偏低、功率因数差等浪费电能现象。为实现中、大功率电动机高效节能目标，高效永磁同步电动机的研发和应用已成为国内外发展的必然趋势。高效永磁同步电动机理论分析、实验室试验和国家权威机构检测成功后，对现场应用尚无完整的试验研究数据，缺少通过试验和监测手段对高效永磁同步电动机进行经济效益分析。本文通过在张家口发电厂首次应用，并通过严格试验得出相关研究数据和分析结果。关键词：高效永磁同步电动机试验研究结果分析现场方案引言在工业、建筑以及公用设施领域中电动机是重要的原动力设备，也是电能消耗的最大用户，和节电潜力的最大用户。2012年我国各类电动机总装机容量约为5亿千瓦，其中异步电动机的装机容量占全国电动机装机容量的90%，约占全国用电量的60%，占工业用量的75%，系统用电效率比国外先进水平低5%-15%，相当于每年浪费电能约1500亿千瓦时。目前工业领域中采用的高压中、大功率异步电动机普遍存在效率偏低、功率因数差等浪费电能现象。而高效永磁同步电动机能否达到高效节能目标，现场应用前景如何，已经引起国内各大企业关注。2013年工业和信息化部印发(2013年工业节能与绿色发展专项行动实施方案)提出，选择电机在能效提升和绿色发展方面要取得突破。本文将通过在张家口发电厂首次应用和现场试验进行分析。为企业应用永磁同步电动机提供参考。一、高压永磁同步电动机概述 1、高压永磁同步电动机的发展历程电机属于电磁装置，其工作原理是通过磁场实现电能与机械能间的不断转换。在电机的工作过程中，气息磁场是必不可少的。获得磁场的方法有两种，其中一种是通过电流得到。该种电机叫做电励磁电机，这种电机需要具备专门用来产生电流磁场的绕组，同时，为了保证电流的正常流动还需要为电机提供不间断的能量供应。另一种方法是通过永磁体来获得磁场，这可以大大简化电机的结构，同时，因为永磁体一旦磁化(充磁)之后就永久具有磁性，不再需要外界供给能量，这也大大的减少了能量的损耗。高压永磁同步电动机就是通过永磁体获得磁场的电动机，永磁体材料的发展促进了此种电动机的发展。稀土钴和钕铁硼永磁分别在20世纪60年代和80年代出现，这两种永磁材料的出现极大的促进的电动机的发展，因为这两种材料具有特别适用于电机装置的特性，包括高剩磁密度、高矫顽力、线性退磁曲线以及高磁能积。我国专家学者自主开发的高效高压永磁同步电动机，采用实心转子磁极铁芯和启动笼复合结构，消弱了齿谐波，减少了转子表面损耗，提高了电机效率。同时，非均匀气隙和优化通风散热，有效的控制了电机温升。该种电机同异步电机相比各项指标显著提供，额定负载效率大于96%，功率因数大于0.98，综合节电率在8%-15%。 2、高压永磁同步电动机的优点

永磁同步电机

高强度永磁同步电机本实用新型涉及一种高强度永磁同步电机的转子结构，它由中心轴，铁芯和附着在其外圆表面上的至少1对圆弧面形的磁钢构成圆辊状结构，各相邻两磁钢侧面之间留有气隙，各磁钢通过相应的锁紧件与铁芯构成锁紧联结结构，它解决了现有技术强度差、磁钢易被甩出，易出现事故的问题，用于制作各型永磁同步电机。交流永磁同步调速电梯电机之特性石正铎路子明我国电梯性能随着计算机控制技术和变频技术的发展有很大的提高，但是异步变频电动机存在低频低压低速时的转矩不够平稳进而影响低速段运行不理想的缺点。用永磁同步调速电机替代交流异步电机，用同步变频替代异步变频可以解决低速段的缺点和启动及运行中的抖动问题，使电梯运行更平稳、更舒适，同时减小电机的体积，降低噪音。采用有齿轮电梯曳引机，当电梯制动器失灵、轿厢产生自由落体时，可利用永磁同步电机的电流制动功能保证轿厢低速溜车，为电梯安全增加了一道安全屏障。一、永磁同步电机与异步电机的主要区别及特点由于异步电机是靠电机定子电流为电机转子励磁的，而永磁电机转子是用永磁体直接产生磁场不需要电励磁。因此永磁同步电机具有结构简单、运行可靠、体积小、重量轻、效率高、形状和尺寸灵活多样等特点。二、交流永磁同步调速电梯电机的主要优点 1、结构简单运行可靠，由于永磁电机转子不需要励磁，省去了线圈或鼠笼，简化了结构，实现了无刷，减少了故障，维修方便简单，维修复杂系数大大降低。 2、低温升、小体积永磁同步电机与感应电机相比，因为不需要无功励磁电流，而具备： (1)、功率因数高近于1。 (2)、反电势正弦波降低了高次谐波的幅值，有效的解决了对电源的干扰。 (3)、减小了电机的铜损和铁损。同步电机温升小（约38K），电机外形小，体积与异步电机相比，降低一至两个机座号。 3、高效率超节能，因为功率因数高（可近似为1），又省去电励磁，减少了定子电流和定子转子电阻的损耗，效率高（94~96%），满载起动电流比异步减少一半，所以节能效果明显，用于电梯时，同步电机可节能40%以上（用户实际使用后测试结果），轻载电流小，只相当于异步电机的10%，如11KW异步电机轻载时异步电机电流10A，而同步电机轻载电流只有0.7A。 4、调速范围宽，可达1：1000甚至于更高（异步电机只有1：100），调速精度极高，可大大提高电梯的品质。 5、永磁同步电梯电机在额定转速内保持恒转矩，对于提高电梯的运行稳定性至关重要。可以做到给定曲线与运行曲线重合，特别是电动机在低频、低压、低速时可提供足够的转矩，避免电梯在启动缓速过程抖动，改善电梯启制动过程的舒

永磁同步电动机的应用前景

一、概述众所周知，直流电动机有优良的控制性能，其机械特性和调速特性均为平行的直线，这是各类交流电动机所没有的特性。此外，直流电动机还有起动转矩大、效率高、调速方便、动态特性好等特点。优良的控制特性使直流电动机在70年代前的很长时间里，在有调速、控制要求的场合，几乎成了唯一的选择。但是，直流电动机的结构复杂，其定子上有激磁绕组产生主磁场，对功率较大的直流电动机常常还装有换向极，以改善电机的换向性能。直流电机的转子上安放电枢绕组和换向器，直流电源通过电刷和换向器将直流电送入电枢绕组并转换成电枢绕组中的交变电流，即进行机械式电流换向。复杂的结构限制了直流电动机体积和重量的进一步减小，尤其是电刷和换向器的滑动接触造成了机械磨损和火花，使直流电动机的故障多、可靠性低、寿命短、保养维护工作量大。换向火花既造成了换向器的电腐蚀，还是一个无线电干扰源，会对周围的电器设备带来有害的影响。电机的容量越大、转速越高，问题就越严重。所以，普通直流电动机的电刷和换向器限制了直流电动机向高速度、大容量的发展。在交流电网上，人们还广泛使用着交流异步电动机来拖动工作机械。交流异步电动机具有结构简单，工作可靠、寿命长、成本低，保养维护简便。但是，与直流电动机相比，它调速性能差，起动转矩小，过载能力和效率低。其旋转磁场的产生需从电网吸取无功功率，故功率因素低，轻载时尤甚，这大增加了线路和电网的损耗。长期以来，在不要求调速的场合，例如风机、水泵、普通机床的驱动中，异步电动机占有主导地位，当然这类拖动中，无形中损失了大量电能。过去的电力拖动中，很少彩同步电动机，其主要原因是同步电动机不能在电网电压下自行起动，静止的转子磁极在旋转磁场的作用下，平均转矩为零。人们亦知道变频电源可解决同步电动机的起动和调速问题，但在70年代以前，变频电源是可想而不可得的设备。所以，过去的电力拖动中，很少看到用同步电动机作原动机。在大功率范围内，偶尔也有同步电动机运行的例子，但它往往是用来改善大企业的电网功率因数。自70年代以来，科学技术的发展极大地推动了同步电动机的发展和应用，主要的原因有：1、高性能永磁材料的发展永磁材料近年来的开发很快，现有铝镍钴、铁氧体和稀土永磁体三大类。稀土永磁体又有第一代钐钴1：5，第二代钐钴2：17和第三钕铁硼。铝镍钴是本世纪三十年代研制成功的永磁材料，虽其具有剩磁感应强度高，热稳定性好等优点，但它矫顽力低，抗退磁能力差，而且要用贵重的金属钴，成本高，这些不足大大限制了它在电机中的应用。铁氧体磁体是本世纪五十年代初开发的永磁材料，其最大的特点是价格低廉，有较高的矫顽力，其不足是剩磁感应强度和磁能积都较低。钐钴稀土永磁材料在六十年代中期问世，它具有铝镍钴一样高的剩磁感应强度，矫顽力比铁氧体高，但钐稀土材料价格较高。80年代初钕铁硼稀土永磁材料的出现，它具有高的剩磁感应强度，高的矫顽力，高的磁能积，这些特点特别适合在电机中使用。它们不足是温度系数大，居里点低，容易氧化生锈而需涂复处理。经过这几年的不断改

11KW调速永磁同步电动机电磁设计程序2

11KW变频起动永磁同步电动机电磁设计程序及电磁仿真 1永磁同步电动机电磁设计程序 1.1额定数据和技术要求除特殊注明外，电磁计算程序中的单位均按目前电机行业电磁计算时习惯使用的单位，尺寸以cm（厘米）、面积以cm2（平方厘米）、电压以V （伏）、电流以A （安八功率和损耗以（瓦）、电阻和电抗以门（欧姆）、磁通以Wb（韦伯）、磁密以T（特斯拉）、磁场强度以A/cm（安培/厘米）、转矩以N （牛顿）为单位。 1额定功率P n =11kW 2相数叶=3 3额定线电压U N1 =380V 额定相电压丫接法U N =U N1 / 3 = 219.39V 4额定频率f =50HZ 5电动机的极对数P=2 6额定效率N =0.87 7额定功率因数cos N =0.78 8失步转矩倍数T；°N =22 9起动转矩倍数T；N =22 10起动电流倍数I；N =2.2 12 额定转速n N =1000r/min 13额定转矩T N二9.55P N 103二 9.55 11 二105.039N.m n N 11额定相电流I N P N X105 0U N N COS N 11 105 3 219.39 0.87 0.78 A-24.62

14绝缘等级:B级 15绕组形式：双层叠绕Y接法 1.2主要尺寸 16铁心材料DW540-50硅钢片 17转子磁路结构形式：表贴式 18气隙长度：=0.07cm 19定子外径D1 =26cm 20定子内径D i1 =18cm 21 转子外径D2二D H—2、=(18 -2 0.07)cm =17.86 22转子内径D i2 =6cm 23定,转子铁心长度h日2 =15cm 24铁心计算长度l a J =15cm 铁心有效长度l ef =la 2、=(15 2 0.07)cm = 15.14cm 25定子槽数Q1 = 36 26定子每极每相槽数q =Q1 /2gp =36/2 3 3=2 27极距巨p =蔥D i1/2P =3.14 18/2 9.728cm 28定子槽形:梨形槽定子槽尺寸 h01= 0.08cm b01= 0.38cm bi = 0.78cm r1 二 0.53cm h o2 = 1.72cm 巧“18^ 29定子齿距t1卩 1.5708cm Q136