1、編寫：校對：審核：批準： 密級：名稱：XX永磁同步電機 仿真分析報告樸渡科技內(nèi)容提要：對18kW永磁進行電磁場、溫度場和力學結構仿真分析。主題詞永磁同步電機；更改欄更改單號更改日期更改人更改辦法目錄1 電機簡介- 4 -2 主要分析項目- 5 -3 電磁場仿真分析- 6 -3.1 轉動慣量計算- 7 -3.2 工作點1性能仿真- 7 -3.3 工作點2性能仿真- 9 -3.4 工作點3性能仿真- 11 -3.5 轉矩-電流特性- 14 -3.6 反電勢正弦畸變率分析- 15 -3.4電機磁密分析- 17 -3.5 退磁校核- 19 -3.6 齒槽轉矩仿真- 19 -3.7 電感仿真- 20 -

2、1 電機簡介18kW永磁同步電機由*公司提出。電機具體指標見下表1。表 1 18kW_PMSM性能指標序號參數(shù)單位設計值1工作點1轉速n1rpm8000轉矩T1Nm17.91相電流IrmsA待定2工作點2轉速n1rpm8000轉矩T1Nm21.5相電流IrmsA待定3轉動慣量Jm(電機轉子、旋變、制動器)kgmm待定4額定工作電壓VDC2705電機尺寸mm158160mm6電機質(zhì)量G（不含控制器）kg15(暫定)7效率%808沖擊電流A120電機工作環(huán)境溫度為-55+70，工作制S1（長期工作），如下表所示：表 2 電機工作情況轉矩(N.m)轉速(rpm)時間(min)17.918000長期連

3、續(xù)21.58000202 主要分析項目借助仿真設計平臺，對JXX進行電磁場、溫度場、力學結構的仿真分析。本次仿真所采用的軟件件下表2。表 3 計算機軟件設備軟件名稱生成廠家版本號Ansys Maxwell 美國Ansys公司16.0具體分析分析內(nèi)容見下表3。表 4 18kW_PMSM仿真分析內(nèi)容仿真項目分析內(nèi)容電磁場仿真電磁轉矩、轉矩波動繞組銅耗、定子鐵耗、轉子渦流損耗、效率退磁校核、齒槽轉矩、定轉子各部分磁密3 電磁場仿真分析針對JXX電機的兩個工作狀態(tài)(性能指標見下表5)，對其進行電磁場有限元仿真。表 5 4 18kW_PMSM性能指標1額定工作點轉速n1rpm8000轉矩T1Nm17.9

4、12極限工作點轉速n2rpm8000轉矩T2Nm21.5首先建立電機的二維有限元全周期分析模型，如圖1所示。圖中黃、蘭、綠分別表示A、B、C三相繞組，永磁體N、S極分別用紅色、藍色表示，轉子護套用橙色表示。圖 1電機有限元分析模型對電機定子、轉子、護套、永磁體、繞組、氣隙進行剖分，其網(wǎng)格剖分效果如下圖2所示。網(wǎng)格劃分均勻，氣隙處網(wǎng)格密度最大，滿足瞬態(tài)場有限元分析的要求。圖 2 電機網(wǎng)格剖分效果電機正弦波驅動，采用Id=0控制方式。3.1 轉動慣量計算表 6 轉動慣量精確計算磁鋼護套轉軸擋板轉子軛旋變總和轉動慣量1324.90849.9107110.9399744.64029003126.6轉動

5、慣量為3126kg.mm，滿足任務書要求。3.2 額定工作點性能仿真電機在額定工作點性能仿真結果見下表7。電機在該工作點，定子銅耗為129.0674W，定子鐵心損耗243.1106W，轉子部分(包括轉子軛、磁鋼、轉子護套)渦流損耗為185.6405W，電機的效率為95.5%。表 7 額定工作點性能指標仿真轉速(rpm)8000電流密度(A/)4.803轉矩(N.m)17.91線負荷(A/mm)46.6854相電流(A)55熱負荷(A/mm)224.231相電勢max(V)127.5759銅耗(W)189.9688相電勢rms(V)94.7294鐵耗(W)176.9034線電勢max(V)231

6、.4032轉子渦流損耗(W)103.9389線電勢rms(V)163.5657電機效率96%KT(Nm/A)0.3256外加線電壓max(V)237.97KE(V/krpm)28.9254轉矩波動2.36%電機的轉矩波形、相反電勢波形、線反電勢波形、定子鐵耗和轉子渦流損耗損耗曲線分別見圖3至圖6。圖 3轉矩-時間曲線圖 4 相反電勢波形圖 5 線反電勢波形圖 6 定子鐵心損耗（紅色）&轉子渦流損耗（藍色）曲線3.3 極限工作點性能仿真電機在極限工作點性能仿真結果見下表8。電機在該工作點，定子銅耗為257.2272W，定子鐵心損耗208.4185W，轉子部分(包括轉子軛、磁鋼、轉子護套)渦流損耗

7、為118.7989W，電機的效率為95.6%。表 8 極限工作點性能指標仿真轉速(rpm)8000線負荷(A/mm)54.3249負載轉矩(N.m)21.4962熱負荷(A/mm)303.621相電流(A)64銅耗(W)257.2272相電勢max(V)137.6328鐵耗(W)208.4185相電勢rms(V)99.3111轉子渦流損耗(W)118.7989線電勢max(V)248.599其它損耗(W)150線電勢rms(V)171.555電機效率96.1%KT(Nm/A)0.外加線電壓max(V)250.73KE(V/krpm)31.07488轉矩波動1.9%電流密度(A/)5.589電機

8、的轉矩波形、相反電勢波形、線反電勢波形、定子鐵耗和轉子渦流損耗損耗曲線分別見圖7至圖11。圖 7電磁轉矩-時間曲線圖 8 相反電勢波形圖 9 線反電勢波形圖 10 定子鐵心損耗（紅色）&轉子渦流損耗（藍色）曲線圖 11 額定工作點轉矩-電流曲線3.4 線反電勢正弦畸變率分析 電機在空載及2個負載點線電勢FFT分解見下表。表 9 工作點5性能指標仿真諧波次數(shù)幅值(V)8000rpm、空載幅值(V)8000rpm、17.91Nm幅值(V)8000rpm、21.95Nm1232.1031232.2229243.641450.1.0.72.2.0.111.0.1.130.331150.0.494851

9、70.01790.0.190.0.0.230.0.0.250.0.057680.16251291.0.3.311.0.3.350.0.0.正弦畸變率1.6263%1.5%2.05%圖 12 空載線電勢FFT分析圖 13 8000rpm、17.91Nm線電勢FFT分析圖 14 8000rpm、21.5Nm線電勢FFT分析3.4電機磁密分析電機在各工作點狀態(tài)下磁密云圖如下圖所示。圖 15 空載工作磁密云圖圖 13 額定工作點（15kW）磁密云圖圖 14 極限工作點（18kW）磁密云圖求解得到定、轉子各部分磁密見下表6，定子沖片采用20WTG1500，電機在不同工作點各部分磁密幅值如下表所示，定子沖

10、片接近飽和，已利用到極限。表 9電機各部分磁密定子軛磁密(T)定子齒磁密(T)轉子軛磁密(T)空載工作點1.60081.59941.3867額定工作點(17.91Nm,8000rpm)1.63491.79281.3768極限工作點(21.5Nm,8000rpm)1.80921.79241.42223.5 退磁校核求解得到永磁體表面去磁磁勢曲線，如圖19所示，取電機1.5倍最大工作點相電流96A時去磁磁勢最大值為219.5139kA/m，小于永磁體XG28/20的內(nèi)稟矯頑力。不會發(fā)生退磁。圖 15 永磁體表面去磁磁勢曲線3.6 齒槽轉矩仿真該電機直槽齒槽轉矩峰峰值為17.4324mNm，可不斜槽。圖 16 齒槽轉矩波形3.7 電感仿真仿真電機在空載8000rpm，繞組自感和互感，如下圖所示