双凸极变速永磁电机的静态特性
Static Characteristics of Doubly Salient Permanent Magnet Motors
for Adjustable Speed Drives
程 明 周 鹗 蒋 全(东南大学电气工程系 210096)
Cheng Ming Zhou E Jiang Q uan (S outheast University 210096 China )
摘要 用二维有限元法对一种新型双凸极变速永磁电机(DSPM 电机)空载、单绕组通电及
双绕组通电的磁场分布和气隙磁密分布进行了较为全面深入的分析计算,在此基础上得到了绕组永磁磁链、自感、互感以及空载电势随转子位置变化的特性曲线,分析了永磁体磁场和电枢磁场之间的相互耦合作用对电感特性的影响。样机的实测结果验证了理论分析的正确性。所得结果为该电机的设计、性能分析以及运行控制等提供了依据。
关键词:双凸极电机 永磁电机 磁场 静态特性 电感Abstract The magnetic field and the flux density in the airgap of a doubly salient permanent magnet m otor at no 2load ,one 2phase 2on and tw o 2phase 2on conditions are analyzed in detail by using tw o 2dimensional finite 2element method.Hence ,the corresponding static characteristics including PM flux 2linkage ,self 2induc 2tance ,mutual inductance and back E MF are deduced.The effect of the cross 2coupling between permanent magnet field and armature field are taken into account.The validity of the theoretical analysis is con firmed by the experimental results on a prototype machine.
K eyw ords :Doubly salient m otor Permanent magnet m otor Magnetic field Static characteristics
Inductance
国家自然科学基金资助项目。19990310收到稿件。
程 明 1987年于南京工学院研究生毕业,获硕士学位,现任东南大学副教授,主要从事微特电机及其控制系统等方面的研究,发表论文
20多篇,有专利两项,1995年获国家教委科技进步二等奖一项。
周 鹗 1925年生,1948年毕业于中央大学电机系,1958年于莫斯科动力学院获副博士学位,长期从事电机理论、电机CAD 及变速驱动系统等方面的研究,有专著两部,发表论文近百篇,现任东南大学教授,博士生导师,中国电机工程学会理事。
Cheng Ming received the M.Sc.(Eng.)degree in 1987from Nanjing Institute of T echnology.He is now an ass ociate profess or of the S outheast University.H is areas of interests include special electric machines and their control systems etc.He has published m ore than 20papers.He is the recipient or corecipient of tw o Chinese patents.He was awarded the Second Prize of the Advancement of Science and T echnology from National Education C ommission of China in 1995.
1 引言
双凸极永磁(Doubly Salient Permanent Magnet
M otor 简称DSPM )电机是在开关磁阻(SR )电机基础上于90年代初发展起来的一种新型高效节能电机[1,2],它由永磁电机、功率变换器、位置传感器和控制器四个部分组成,形成缺一不可、机电一体化的调速驱动系统。电机结构与开关磁阻电机十
分类似,呈双凸极,但在定子(或转子)内嵌有高性能永磁体,图1为一6/4极定子永磁型DSPM 电机截面图,其基本工作原理可用图2加以说明。当磁链增大时,在绕组中通入正电流,当磁链减小时,在绕组中通入负电流,从而在整个通电周期内始终可以产生正转矩(这是与开关磁阻电机的主要区别之一)。
国内外对DSPM 电机的初步研究结果显示,该
第14卷第5期
电工技术学报
1999年10月
图1 6/4极定子永磁DSP M 电机截面图
Fig 11 Cross 2section of the DSP M m
otor
图2 理论波形
Fig 12 Theoretical waveforms
电机具有效率高,能量转换率高,力矩电流比大,控制灵活等优良性能。但对该电机的静态特性,包括磁场分布,电感、磁链特性等基础理论,尚缺少
系统深入的分析,在已有文献中[1,2],
永磁磁链和电感均被视为仅仅是空间位置的函数,没有考虑永磁磁场与电枢反应磁场之间的相互影响,更没有涉及互感的作用。国内有关DSPM 电机的文献很少。因此,对DSPM 电机的基础理论进行系统深入的研究是十分必要的。作者在文献[3]中对该电机的运行原理进行了阐述,对静态特性作了线性分析,文献[4]导出了DSPM 电机的输出方程及绕组电流近似解析表示式,对电机运行性能进行了仿真,分析对比了6/4极和8/6极结构的优缺点。本文以一6/4极电机为对象,用有限元法对电机的磁场进行分析,在此基础上,进一步得到了电机的永磁磁链、自感、互感等静态特性,为DSPM 电机的性能分析、设计及运行控制奠定了必要的基础。分析计算中计及铁磁材料的非线性和电枢反应磁场与永磁磁场之间的相互影响。样机的实测结果验证了理论分析的正确性。样机设计参数请参阅文献[4]。
2 磁场分析
本文用二维有限元法对电机的磁场分布进行了分析,根据电机结构的对称性,取电机截面的一半为求解域。为便于说明转子位置,定义转子槽中心线与定子齿中心线的夹角θ为转子位置角。为求得完整的静态特性,需计算一个转子齿距,即0～90°范围内不同转子位置的磁场,故要多次剖分。
为减少计算量,本文每隔3°剖分一次,同时近似认为三相定子绕组对称,则任一部分位置对三相绕组而言为三个转子位置。以图1所示基准剖分位置(α=0)为例,A 、B 、C 三相所对应的转子位置分别为θ=75°,θ=45°,θ=15°。因此,以图1为基准,将转子分别沿顺时针和逆时针方向转动15°,共剖分11次,即可覆盖0～90°范围。转子剖分位置角与转子位置角之间的关系如表1所示。如果剖分间隔不是3°,α与θ之间的关系可类似地得到。
表1 剖分位置角α与转子位置角θ的对应关系
T ab 11 Relationship between αand θ
(°)
α03691215-3-6-9-12-15 A 相θ B 相 C 相754515784218813921843624
873327
903030
724812
69519
66546
63573
60600
图3给出了几种不同情况下的磁场计算结果。其中图3a 和3b 分别为θb =45°和30°时的空载永磁磁场;图3c 和3d 为B 绕组电流与永磁体共同作用时的磁场,但图3c 中电枢磁场对永磁体磁场起增磁作用,图3d 中电枢磁场为去磁作用。图4则为几种不同工况下气隙磁密分布波形,其中图4d 为B 、C 两相同时导通,B 相电流为增磁作用,C 相
电流为去磁作用。结果表明,电机磁场主要由永磁体产生。当绕组中通入电流时,一相磁通增大(如为去磁作用,则减小),而另一相磁通减小,但总磁通变化并不大,电枢磁场对永磁磁场的作用主要表现为改变磁通流向。
3 永磁磁链特性
永磁磁链特性是一相定子绕组所交链的永磁磁链ψm 与转子位置角θ之间的关系,不难由有限元计算结果得到,如图5所示。由图可见,绕组磁链在定转子齿重叠区间基本呈线性变化。根据永磁磁
01电工技术学报1999年10月
图3 磁场分布
Fig13 Distribution of magnetic field 链特性,可求得空载电势为
e=dψm
d t
=
dψm
dθ
?2
πn
60
(1)
式中
n———电机转速,r/min
图6给出了样机空载反电势的理论波形和实测波形,可以看出,两者吻合
。
图4 气隙磁密分布波形
Fig14 Magnetic flux density in the airgap
4 电感特性
对于永磁电机,计算电感时应计及永磁磁场的作用。当永磁体与绕组电流共同作用时,相绕组绞
11
第14卷第5期程 明等 双凸极变速永磁电机的静态特性
图5 永磁磁链随转子位置变化曲线
Fig 15 P M flux linkage versus rotor
angle
图6 n =1500r/min 时的空载电势
Fig 16 Back E MF waveforms at n =1500r/min
链的磁链为
ψ=ψm +Li
(2)
式中 ψm ———永磁体单独作用时的空载有效磁链ψ———负载时的有效磁链i ———绕组电流
则电感为
L =(ψ-ψm )/i
(3)
图7即为按照上述方法计算得到的电感特性曲线,图7a 为自感,图7b 为互感。图中实线1为不
考虑永磁磁场只有电流作用时的电感(即为不饱和电感),另两条曲线分别为电枢磁场对永磁磁场增磁和去磁时的电感(绕组电流2A )。由图可见,当电枢磁场起增磁作用时,磁路饱和程度增加,自感较小;当通入反向电流时,电枢磁场对永磁磁场起削弱作用,磁路饱和程度下降,故自感较大。特别是,考虑永磁磁场后的自感,不仅数值上比不饱和电感明显小,而且其波形亦明显不同,呈马鞍形,最大值出现在定、转子齿半重叠位置附近。与开关磁阻电机相比,DSPM 电机有较大的互感,其值与自感属于同一个数量级,峰值出现在定、转子齿半重叠位置,但电枢磁场为增磁或去磁,互感变化不大。根据DSPM 电机的基本工作原理,在一个通电周期的前后半周电流极性相反,故它们对应着不同的电感,这一点在计算电机性能和制定控制策略等方面应加以考虑,如果仅用不饱和电感,则可能产
生较大的误差。
图7 电感特性
112A 21永磁-2A 31永磁+2A
Fig 17 Inductance characteristics
表2列出了转子位置角为15°和45°,电流分别
为114A 和215A 时的自感。表3则是电流为114A 时互感L ab 理论值与实测值的对比。可见理论结果与样机的实测结果吻合。
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表2 相绕组自感
T ab12 Self2inductance of phase winding(mH)
转子位置角θ/(°)
I=114A I=215A
计算值实测值计算值实测值
15 45
19176
35198
2011
3412
19137
37
2015
3918
表3 互感L ab
T ab13 Mutual inductance L ab(mH)
转子位置角θ/(°)计算值实测值
15 45 75-6144
-6186
-2136
-6165
-6176
-218
5 结论
本文用二维有限元对新型双凸极永磁电机的磁场分布、永磁磁链、自感、互感等静态特性进行了较为深入全面的分析计算,结果表明,DSPM电机具有下列特点:
(1)电机磁场主要由永磁体产生,在定、转子齿有重叠的区间内,每相绕组的永磁磁链近似为转子位置角的线性函数,电枢反应磁场主要是改变磁场流向,对磁场大小影响不大。
(2)绕组自感不仅是转子位置的函数,而且是绕组电流的非线性函数,同时还与空载永磁磁场密切相关,计及永磁磁场时的自感特性不仅在数值上明显小于不饱和值,而且分布波形亦有显著差别,呈马鞍形,最大电感不是出现在定、转子齿完全对齐的位置,而是出现在定、转子齿半重叠位置附近。
(3)由于磁路中含有低磁导率的永磁体,以及永磁磁场提高了磁路饱和程度,使得DSPM电机的自感比开关磁阻电机明显要小,但互感相对较大,其数值与自感处于同一数量级,当定、转子齿半重叠时互感有最大值。
对样机进行了实验研究,测得的空载电势、自感和互感均与理论分析结果吻合,证明本文的分析理论和分析方法正确可行,从而为该电机的性能分析、运行控制提供了依据,为该电机的进一步研究奠定了基础。
参考文献
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(上接第4页)
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31
第14卷第5期程 明等 双凸极变速永磁电机的静态特性
永磁直流電機設計 1.電機主要尺寸與功率,轉速的關系: 與異步電機相似,直流電機的功率,轉速之間的關系是: D22*Lg=6.1*108*p’/(αP*A*Bg*Ky*n) (1) D2 電樞直徑(cm) 電机初設計時的主要尺寸 Lg 電樞計算長度(cm) 根據電机功率和實際需要確定 p’計算功率(w) p’=E*Ia=(1+2η)*P N/3η E=Ce*Φ*n*Ky=(P*N/60*a)*Φ2*n*Ky*10-8 Ce 電勢系數 a 支路數在小功率電機中取a=2 p 极數在小功率電機中取p=2 N 電樞總導体數 n 電机額定轉速 Ky 電樞繞組短矩系數小功率永磁電机p=2時,采用單疊繞組Ky=Sin[(y1/τ)*π/2] y1繞組第一節矩 αP 極弧系數一般取αP=0.6~0.75 正弦分布時αP=0.637 Φ每極磁通Φ=αP*τ*Lg*Bg τ極矩(cm) τ=π*D2/P Bg 氣隙磁密(Gs) 又稱磁負荷對鋁鎳Bg=(0.5~0.7) Br 對鐵氧体Bg=(0.7~0.85) Br, Br為剩磁密度 A 電樞線負荷 A=Ia*N/(a*π*D2)Ia電樞額定電流對連續運行的永磁電動机,一般取A=(30~80)A/cm另外電機負荷Δ= Ia/(a*Sd),其中Sd=π*d2/4 d為導線直徑.為了保証發熱因子A*Δ≦1400 (A/cm*A/mm2 )通常以電樞直徑D2和電樞外徑La作為電机主要尺寸,而把電動機的輸出功率和轉睦為電机的主要性能,在主要尺寸和主要性能的基礎上,我們就可以設計電機了. 在(1)式的基礎上經過變換可為:
D22*Lg*n/P’=(6.1*108/π2)*1/(αP*Bg*A)=C A 由上式可以看, C A的值並不取決於電機的容量和轉速,也不直接與電樞直徑和長度有關,它 僅取決於氣隙的平均磁密及電樞線負荷,而Bg和A的變化很小,它近似為常數,通常稱為電機 常數,它的導數K A=1/C A=(p’/n)/(D22* Lg)∞αP*Bg*A 稱為電機利用系數,它是正比於單位電 樞有效体積產生的電磁轉矩的一個比例常數. 2.直流電機定子的確定 2.1磁鋼內徑 根據電機電樞外徑D2確定磁鋼內徑 Dmi=D2+2g+2Hp 其中g為氣隙長度,小功率直流電機g=0.02-0.06cm ,鐵氧體時g可取得大些,鋁鎳鈷磁 鋼電機可取得較小,因鐵氧體H C較大.氣隙對電機的性能有很大的影響,較小的g可以使電樞 反應引起的氣隙磁場畸變加劇,使電機的換向不良加劇,及電機運行不穩定,主極表面損耗和 噪音加劇,以及電樞撓度加大,較大的氣隙,使電機效率下降,溫升提高. 有時電機磁鋼采用極靴,這樣可以起聚磁作用,提高氣隙磁密,還可稠節極靴 形狀以改善空載氣隙磁場波形,負載時交軸電樞反應磁通經極靴閉,合對永磁磁 極的影響較小.但這樣會使磁鋼結構复雜,制造成本增加,漏磁系數較大,外形尺 寸增加,負載時氣隙磁場的畸變較大.而無極靴時永磁體直接面向氣隙,漏磁系數小,能產生較多的磁通,材料利用率高,氣隙磁場畸變,而且結構簡單,便於生產. 其缺點是容易引起不可逆退磁現象. Hp 極靴高(cm) 無極靴結構時Hp=0 2.2磁鋼外徑 Dm0=Dmi+2Hm (瓦片形結構) Hm 永磁體磁路長度,它的尺寸應從滿足(1)有足夠的氣隙磁密(產生不可逆退磁),(2)在要求的任何情運行狀態下會形成永久性退磁等方面來確定,一般Hm=(5~15)g Hm越大,則氣隙磁密也越大,否則,則氣隙磁密也越小. 2.3磁鋼截面積Sm 對于鐵氧體由于Br小,則Sm取較大值,而對于鋁鎳鈷來說, Br較大,則Sm取小值. 環形鐵氧體磁鋼截面積: Sm=αP*π*(Dmi+Hm)Lg/P (cm)
实验一测试系统静态特性校准 一.实验目的 1.1 掌握压力传感器的原理 1.2掌握压力测量系统的组成 1.3掌握压力传感器静态校准实验和静态校准数据处理的一般方法 二.实验设备 本实验系统由活塞式压力计，硅压阻式压力传感器，信号调理电路，5位半数字电压表，直流稳压电源和采样电阻组成。图1-1实验系统方框图如下： 实验设备型号及精度 三.实验原理 在实验中，活塞式压力计作为基准器，为压力传感器提供标准压力0~0.6%Mpa信号调理器为压力传感器提供恒电源，将压力传感器输出的电压信号放大并转换为电流信号。信号处理器输出为二线制,4~20mA信号电源在250 采样电阻上转换为1~5V电压信号，由5位半数字电压表读出。
四.实验操作 4.1操作步骤 （1）用调整螺钉和水平仪将活塞压力计调至水平。 （2）核对砝码重量及个数，注意轻拿轻放。 （3）将活塞压力计的油杯针阀打开，逆时针转动手轮向手摇泵内抽油，抽满后，将油杯针阀关闭。严禁未开油杯针阀时，用手轮抽油，以防破坏传感器。 （4）加载砝码至满量程，转动手轮使测量杆标记对齐，再卸压。反复1-2次，以消除压力传感器内部的迟滞。 （5）卸压后，重复（3）并在油杯关闭前记录传感器的零点输出电压，记为正行程零点。 （6）按0.05Mpa的间隔，逐级给传感器加载至满量程，每加载一次，转动手轮使测量杆上的标记对齐，在电压表上读出每次加载的电压值。 （7）加压至满量程后，用手指轻轻按一下砝码中心点，施加一小扰动，稍后记录该电压值，记为反行程的满量程值。此后逐级卸载，并在电压表读出相应的电压值。 （8）卸载完毕，将油杯针阀打开，记录反行程零点，一次循环测量结束。 （9）稍停1~2分钟，开始第二次循环，从（5）开始操作，共进行5次循环。 4.2 注意事项 保持砝码干燥，轻拿轻放，防止摔碰。 轻旋手轮和针阀，防止用力过猛。 正、反行程中，要求保证压力的单调性，如遇压力不足或压力超值，应重新进行循环。 当活塞压力计测量系统的活塞升起是，请注意杆的标记线与两侧固定支架上的标记对齐,同时，用手轻轻旋动托盘，以保持约30转/分的旋转速度，用此消除静摩擦，此后方可进行读数。 严禁未开油杯针阀时，用手轮抽油，以防破坏传感器；或在电压表输出值不变的情况下，严禁连续转动手轮数圈。 五.数据处理 1、实验数据
1.什么是汽轮机调节系统的静态特性和动态特性? 答：调节系统的工作特性有两种，即动态特性和静态特性。在稳定工况下，汽轮机的功率和转速之间的关系即为调节系统的静态特性。从一个稳定工况过渡到另一个稳定工况的过渡过程的特性叫做调节系统的动态特性，是指在过渡过程中机组的功率、转速、调节汽门的开度等参数随时间的变化规律。 2.汽封的作用是什么?轴封的作用是什么? 答：为了避免动、静部件之间的碰撞，必须留有适当的间隙，这些间隙的存在势必导致漏汽，为此必须加装密封装置----汽封。根据汽封在汽轮机中所处位置可分为：轴端汽封(简称轴封)、隔板汽封和围带汽封(通流部分汽封)三类。 轴封是汽封的一种。汽轮机轴封的作用是阻止汽缸内的蒸汽向外漏泄，低压缸排汽侧轴封是防止外界空气漏入汽缸。 3.低油压保护装置的作用是什么? 答：润滑油油压过低，将导致润滑油膜破坏，不但要损坏轴瓦。而且能造成动静之间摩擦等恶性事故，因此，在汽轮机的油系统中都装有润滑油低油压保护装置。 低油压保护装置一般具备以下作用： ⑴润滑油压低于正常要求数值时，首先发出信号，提醒运行人员注意并及时采取措施。 ⑵油压继续下降至某数值时，自动投入辅助油泵(交流、直流油泵)，以提高油压。 ⑶辅助油泵起动后，油压仍继续下跌到某一数值应掉闸停机，再低时并停止盘车。 当汽轮机主油泵出口油压过低时，将危及调节及保护系统的工作，一般当该油压低至某一数值时，高压辅助油泵(调速油泵)自起动投入运行，以维持汽轮机的正常运行。 4.直流锅炉有何优缺点? 答：直流锅炉与自然循环锅炉相比主要优点是： (1)原则上它可适用于任何压力，但从水动力稳定性考虑，一般在高压以上(更多是超高压以上)才采用。 (2)节省钢材。它没有汽包、并可采用小直径蒸发管，使钢材消耗量明显下降。 (3)锅炉启、停时间短。它没有厚壁的汽包，在启、停时，需要加热、冷却的时间短．从而缩短了启、停时间。 (4)制造、运输、安装方便。 (5)受热面布置灵活。工质在管内强制流动．有利于传热及适合炉膛形状而灵活布置。
仪表的特性有静态特性和动态特性 仪表的特性有静态特性和动态特性之分，它们所描述的是仪表的输出变量与输入变呈之间的对应关系。当输人变量处于稳定状态时，仪表的输出与翰人之间的关系称为睁态特性。这里仅介绍几个主要的静态特性指标。至于仪表的动态特性，因篇幅所限不予介绍，感兴趣的读者请参阅有关专著。 1.灵敏度 灵饭度是指仪表或装置在到达稳态后，输出增量与输人增量之比，即K=△Y/△X式中K —灵教度，△Y—输出变量y的增量，△X—输人变量x的增量。 对于带有指针和标度盘的仪表，灵敏度亦可直观地理解为单位输入变量所引起的指针偏转角度或位移盈。 当仪表的“输出一输入”关系为线性时，其灵放度K为一常数。反之，当仪表具有非线性特性时，其灵敏度将随着输入变量的变化而改变。 2线性度 一般说来，总是希望侧贴式液位开关具有线性特性，亦即其特性曲线最好为直线。但是，在对仪表进行校准时人们常常发现，那些理论上应具有线性特性的仪表，由于各种因素的影响，其实际特性曲线往往偏离了理论上的规定特性曲线(直线)。在高频红外碳硫分析仪检测技术中，采用线性度这一概念来描述仪表的校准曲线与规定直线之问的吻合程度。校准曲线与规定直线之间最大偏差的绝对值称为线性度误差，它表征线性度的大小。 3.回差 在外界条件不变的情况下，当输入变量上升(从小增大)和下降(从大减小)时，仪表对于同一输入所给出的两相应输出值不相等，二者(在全行程范围内)的最大差值即为回差，通常以输出量程的百分数表示回差是由于仪表内有吸收能量的元件(如弹性元件、磁化元件等)、机械结构中有间隙以及运动系统的魔擦等原因所造成的。 4.漂移 所谓漂移，指的是在一段时间内，仪表的输人一愉出关系所出现的非所期望的逐渐变化，这种变化不是由于外界影响而产生的，通常是由于在线微波水分仪弹性元件的时效、电子元件的老化等原因所造成的。 在规定的参比工作条件下，对一个恒定的输入在规定时间内的输出变化，称为“点漂”。 发生在仪表测量范围下限值七的点漂，称为始点漂移。当下限值为零时的始点漂移又称为零点漂移，简称零漂。 5重复性 在同一工作条件下，对同一输入值按同一方向连续多次测量时，所得输出值之间的相互一致程度称为重复性。 仪器仪表的重复性用全测量范围内的各输入值所测得的最大重复性误差来确定。所谓重复性误差，指的是对于高频红外碳硫分析仪全范围行程、在同一工作条件下、从同方向对同一输人值进行多次连续测量时，所获得的输出值的两个极限值之间的代数差或均方根误差。重复性误差通常以量程的百分数表示，它应不包括回差或漂移。
无刷直流永磁电动机设计实例 一. 主要技术指标 1. 额定功率：W 30P N = 2. 额定电压：V U N 48=，直流 3. 额定电流：A I N 1< 3. 额定转速：m in /10000r n N = 4. 工作状态：短期运行 5. 设计方式：按方波设计 6. 外形尺寸：m 065.0036.0?φ 二． 主要尺寸的确定 1. 预取效率63.0='η、 2. 计算功率i P ' 直流电动机 W P K P N N m i 48.4063 .030 85.0'=?= = η，按陈世坤书。 长期运行 N i P P ?'' += 'ηη321 短期运行 N i P P ?'' += 'η η431 3． 预取线负荷m A A s /11000'= 4． 预取气隙磁感应强度T B 55.0'=δ 5. 预取计算极弧系数8.0=i α 6． 预取长径比（L/D ）λ′=2
7．计算电枢内径 m n B A P D N s i i i 233 11037.110000 255.0110008.048 .401.61.6-?=?????=''''='λαδ 根据计算电枢内径取电枢内径值m D i 21104.1-?= 8. 气隙长度m 3107.0-?=δ 9. 电枢外径m D 211095.2-?= 10. 极对数p=1 11. 计算电枢铁芯长 m D L i 221108.2104.12--?=??='='λ 根据计算电枢铁芯长取电枢铁芯长L= m 2108.2-? 12. 极距 m p D i 22 1 102.22 104.114.32--?=??==πτ 13. 输入永磁体轴向长m L L m 2108.2-?== 三．定子结构 1. 齿数 Z=6 2. 齿距 m z D t i 22 1 10733.06 104.114.3--?=??==π 3. 槽形选择 梯形口扇形槽，见下图。 4. 预估齿宽: m K B tB b Fe t t 2210294.096 .043.155 .010733.0--?=???==δ ，t B 可由 设计者经验得1.43T ，t b 由工艺取m 210295.0-? 5. 预估轭高: m B K B a K lB h j Fe i Fe j j 211110323.056 .196.0255 .08.02.222-?=????=≈Φ= δδτ
第４８卷 ２０１５年 第６期６月 ＭＩＣＲＯＭＯＴＯＲＳ Ｖｏｌ．４８．Ｎｏ．６ Ｊｕｎ．２０１５ 新型轴向磁通双凸极永磁发电机的设计与分析 彭 鹏，张广明，梅 磊，王德明 （南京工业大学自动化与电气工程学院，南京２１１８１６） 摘 要：提出了一种新型结构轴向磁通的双凸极电机。通过磁路法和有限元法实现发电机参数设计，给出定转子尺寸，永磁体大小，绕组数等参数。利用有限元方法对提出的新型电机进行了静态分析，得到空载情况下，不同转子位置时的磁场分布，磁链等特性。仿真结果证明所设计的新型电机同时具有双凸极和轴向磁通电机的特性，与理论分析一致，具有实用性。 关键词：双凸极永磁；轴向磁通；有限元分析 中图分类号：ＴＭ３５２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００１-６８４８（２０１５）０６-００２８-０４ ＤｅｓｉｇｎａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｆａＮｏｖｅｌＡｘｉａｌＦｌｕｘＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇｎｅｔ ＧｅｎｅｒａｔｏｒＷｉｔｈＤｏｕｂｌｙＳａｌｉｅｎｔＳｔｒｕｃｔｕｒｅ ＰＥＮＧＰｅｎｇ，ＺＨＡＮＧＧｕａｎｇｍｉｎｇ，ＭＥＩＬｅｉ，ＷＡＮＧＤｅｍｉｎｇ （ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１１８１６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎｅｗｔｙｐｅｏｆａｘｉａｌｆｌｕｘｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｇｅｎｅｒａｔｏｒｗｉｔｈｄｏｕｂｌｙｓａｌｉｅｎｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｂｙｍｅａｎｓｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｃｉｒｃｕｉｔｍｅｔｈｏｄａｎｄｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ，ｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｎｅｗｇｅｎｅｒａｔｏｒｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｓｉｚｅｏｆｓｔａｔｏｒｓ，ｒｏｔｏｒｓａｎｄｍａｇｎｅｔ，ｎｕｍｂｅｒｓｏｆｗｉｎｄｉｎｇｓ，ｅｔｃ．ＴｈｅｎｅｗｌｙｐｒｏｐｏｓｅｄｇｅｎｅｒａｔｏｒｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｂｙＦＥＭ．Ｆｉｅｌｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ，ｌｉｎｋａｇｅａｎｄｏｔｈｅｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｏｔｏｒｐｏｓｉｔｉｏｎｓｉｎｎｏ－ｌｏａｄｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｗｅｒｅａｃｈｉｅｖｅｄ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｓｔｉｆｉｅｓｔｈａｔ，ｉｎａｃｃｏｒｄｗｉｔｈｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅｎｅｗｌｙｄｅｓｉｇｎｅｄｇｅｎｅｒａｔｏｒｗｉｔｈｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｂｏｔｈｄｏｕｂｌｙｓａｌｉｅｎｔｍｏｔｏｒｓａｎｄａｘｉａｌｆｌｕｘｍｏｔｏｒｓｉｓｐｒａｃｔｉｃａｌ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｏｕｂｌｙｓａｌｉｅｎｔｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔ；ａｘｉａｌｆｌｕｘ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ 收稿日期：２０１４０９１０ 基金项目：国家自然科学基金项目（５１２７７０９２，５１３０７０８０）作者简介：彭 鹏（１９９０），硕士，研究方向为电机设计与分析。 张广明（１９６５），博士，教授，研究方向为智能控制理论及应用、机电系统综合控制。 梅 磊（ １９７９），博士，研究方向为飞轮储能技术的研究，电机起动／发电技术、磁悬浮轴承技术。王德明（ １９５６），博士，教授，研究方向为电磁与能量转换，机电工程。０ 引 言 双凸极永磁电机（ＤｏｕｂｌｙＳａｌｉｅｎｔＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇ-ｎｅｔＭｏｔｏｒ）［１-２］ 由美国的Ｔ．ＡＬｉｐｏ教授率先进行研究， 其结构与开关磁阻电机类似，具有结构简单、效率高、功率密度高、转矩／ 电流比大等特点。双凸极永磁电机的永磁体位于定子上，消除了不可逆去磁，转子上无绕组，机械稳定性高。 随后，东南大学程明教授［３-７］ 提出设计了８／６结 构和１２／ ８结构双凸极电机，对定子双馈电双凸极电机进行电磁分析。文献［８］对双凸极变速电机建立了变结构等效磁路模型，并与有限元分析进行了对比。磁通切换型双凸极电机由ＨｏａｎｇＥ教授提出，文献［ ９］对其进行了静态特性的研究。山东大学李光友教授对磁通反向双凸极电机进行了设计和分 析［１０-１１］ 。南京航空航天大学严仰光教授对永磁式和 混合励磁式双凸极电机的设计和控制进行了大量 研究［１２-１６］。 此前提出的双凸极电机的气隙磁场方向均为径向，其散热性能不佳，为了充分利用双凸极电机定位力矩小，效率高以及轴向磁通电机散热好，结构扁平的特点，本文将双凸极电机与轴向磁通电机的结构进行了融合，提出设计一种盘式结构的双凸极永磁发电机并应用于小型分布式风力发电系统。该设计考虑了极尖磁饱和，边缘效应以及永磁磁通与电枢反应的交互作用。电机漏磁也作为参数设计的重要参考。文章利用所计算的发电机参数进行实体建模，利用有限元分析，给出仿真结果，从而初步
第4章测试系统的特性 一般测试系统由传感器、中间变换装置和显示记录装置三部分组成。测试过程中传感器将反映被测对象特性的物理量（如压力、加速度、温度等）检出并转换为电信号，然后传输给中间变换装置；中间变换装置对电信号用硬件电路进行处理或经A/D变成数字量，再将结果以电信号或数字信号的方式传输给显示记录装置；最后由显示记录装置将测量结果显示出来，提供给观察者或其它自动控制装置。测试系统见图4-1所示。 根据测试任务复杂程度的不同，测试系统中每个环节又可由多个模块组成。例如，图4-2所示的机床轴承故障监测系统中的中间变换装置就由带通滤波器、A/D变换器和快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform，简称FFT）分析软件三部分组成。测试系统中传感器为振动加速度计，它将机床轴承振动信号转换为电信号；带通滤波器用于滤除传感器测量信号中的高、低频干扰信号和对信号进行放大，A/D变换器用于对放大后的测量信号进行采样，将其转换为数字量；FFT分析软件则对转换后的数字信号进行快速傅里叶变换，计算出信号的频谱；最后由计算机显示器对频谱进行显示。 要实现测试，一个测试系统必须可靠、不失真。因此，本章将讨论测试系统及其输入、输出的关系，以及测试系统不失真的条件。 图4-1 测试系统简图 图4-2 轴承振动信号的测试系统
4.1 线性系统及其基本性质 机械测试的实质是研究被测机械的信号)(t x （激励）、测试系统的特性)(t h 和测试结果)(t y （响应）三者之间的关系，可用图4-3表示。 )(t x )(t y )(t h 图4-3 测试系统与输入和输出的关系 它有三个方面的含义： （1）如果输入)(t x 和输出)(t y 可测，则可以推断测试系统的特性)(t h ； （2）如果测试系统特性)(t h 已知，输出)(t y 可测，则可以推导出相应的输入)(t x ； （3）如果输入)(t x 和系统特性)(t h 已知，则可以推断或估计系统的输出)(t y 。 这里所说的测试系统，广义上是指从设备的某一激励输入（输入环节）到检测输出量的那个环节（输出环节）之间的整个系统，一般包括被测设备和测量装置两部分。所以只有首先确知测量装置的特性，才能从测量结果中正确评价被测设备的特性或运行状态。 理想的测试装置应具有单值的、确定的输入/输出关系，并且最好为线性关系。由于在静态测量中校正和补偿技术易于实现，这种线性关系不是必须的（但是希望的）；而在动态测量中，测试装置则应力求是线性系统，原因主要有两方面：一是目前对线性系统的数学处理和分析方法比较完善；二是动态测量中的非线性校正比较困难。但对许多实际的机械信号测试装置而言，不可能在很大的工作范围内全部保持线性，只能在一定的工作范围和误差允许范围内当作线性系统来处理。 线性系统输入)(t x 和输出)(t y 之间的关系可以用式（4-1）来描述 )()(...)()()()(...)()(0111101111t x b dt t dx b dt t x d b dt t x d b t y a dt t dy a dt t y d a dt t y d a m m m m m m n n n n n n ++++=++++------ （4-1） 当n a ，1-n a ，…，0a 和m b ，1-m b ，…，0b 均为常数时，式（4-1）描述的就是线性系统，也称为时不变线性系统，它有以下主要基本性质： （1）叠加性 若 )()(11t y t x →，)()(22t y t x →，则有
第一章 一、简述题 1.为什么单闭环有差系统的静特性比开环系统的静特性硬? 2.单闭环无静差调速系统的机械特性在什么情况下会变软? 3.为什么采用PI调节器的单闭环无静差调速系统不准许加阶跃给定信号?说明原因。 4.单闭环无静差系统，当给定信号Uct调到最大时，如果出现电动机转速n达不到或超 过规定的最高转速两种情况时，请你分别分析原因。 5.简述转速闭环直流调速系统中，静特性调试分哪几步进行? 6.直流调速系统有哪些主要性能指标? 7.试说明转速负反馈调速系统工作原理。 8.直流电动机有哪几种调速方法？各有哪些特点？ 9.单闭环有静差调速系统可以抑制哪些扰动，对哪些扰动没有效果? 10.为什么PWM-电动机系统比晶闸管一电动机系统能够获得更好的动态性能？ 11.试分析有制动回路的不可逆PWM变换器进行制动时，两个开关管是如何工作的。 12.调速围和静差率的定义是什么？调速围、静态速降和最小静差率之间有什么关系？为 什么说“脱离了调速围，要满足给定的静差率也就容易得多了”？ 13.转速单闭环调速系统有哪些特点？改变给定电压能否改变电动机的转速？为什么？如 果绐定电压不变，调节测速反馈电压的分压比是否能够改变转速？为什么？如果测速发电机的励磁发生了变化，系统有无克服这种干扰的能力？ 14.在转速负反馈调速系统中，当电网电压、负载转矩、电动机励磁电流、电枢电阻、测 速发电机励磁各量发生变化时，都会引起转速的变化，问系统对上述各量有无调节能力？为什么？ 15.转速单闭环调速系统有哪些特点？改变给定电压能否改变电动机的转速？为什么？如 果绐定电压不变，调节测速反馈电压的分压比是否能够改变转速？为什么？如果测速发电机的励磁发生了变化，系统有无克服这种干扰的能力？ 16.在转速负反馈调速系统中，当电网电压、负载转矩、电动机励磁电流、电枢电阻、测 速发电机励磁各量发生变化时，都会引起转速的变化，问系统对上述各量有无调节能力？为什么？ 17.为什么用积分控制的调速系统是无静差的？在转速单闭环调速系统中，当积分调节器 的输入偏差电压Au =0时，调节器的输出电压是多少？它取决于哪些因素？ 18.在无静差转速单闭环调速系统中，转速的稳态精度是否还受给定电源和测速发电机精 度的影响？试说明理由。 19.采用比例，积分调节器控制的电压负反馈调速系统，稳态运行时的速度是否有静差？ 为什么？试说明理由。 20.在电压负反馈单闭环有静差调速系统中，当下列参数： ①放大器的放大系数K。；
1.1 磁路结构和设计计算 永磁发电机与励磁发电机的最大区别在于它的励磁磁场是由永磁体产生的。永磁体在电机中既是磁源，又是磁路的组成部分。永磁体的磁性能不仅与生产厂的制造工艺有关，还与永磁体的形状和尺寸、充磁机的容量和充磁方法有关，具体性能数据的离散性很大。而且永磁体在电机中所能提供的磁通量和磁动势还随磁路其余部分的材料性能、尺寸和电机运行状态而变化。此外，永磁发电机的磁路结构多种多样，漏磁路十分复杂而且漏磁通占的比例较大，铁磁材料部分又比较容易饱和，磁导是非线性的。这些都增加了永磁发电机电磁计算的复杂性，使计算结果的准确度低于电励磁发电机。因此，必须建立新的设计概念，重新分析和改进磁路结构和控制系统；必须应用现代设计方法，研究新的分析计算方法，以提高设计计算的准确度；必须研究采用先进的测试方法和制造工艺。 1.2 控制问题 永磁发电机制成后不需外界能量即可维持其磁场，但也造成从外部调节、控制其磁场极为困难。这些使永磁发电机的应用范围受到了限制。但是，随着MOSFET、IGBTT等电力电子器件的控制技术的迅猛发展，永磁发电机在应用中无需磁场控制而只进行电机输出控制。设计时需要钕铁硼材料，电力电子器件和微机控制三项新技术结合起来，使永磁发电机在崭新的工况下运行。 1.3 不可逆退磁问题 如果设计和使用不当，永磁发电机在温度过高（钕铁硼永磁）或过低（铁氧体永磁）时，在冲击电流产生的电枢反应作用下，或在剧烈的机械振动时有可能产生不可逆退磁，或叫失磁，使电机性能降低，甚至无法使用。因而，既要研究开发适合于电机制造厂使用的检查永磁材料热稳定性的方法和装置，又要分析各种不同结构形式的抗去磁能力，以便在设计和制造时采用相应措施保证永磁式发电机不会失磁。 1.4成本问题 由于稀土永磁材料目前的价格还比较贵，稀土永磁发电机的成本一般比电励磁式发电机高，但这个成会在电机高性能和运行中得到较好的补偿。在今后的设计中会根据具体使用的场合和要求，进行性能、价格的比较，并进行结构的创新和设计的优化，以降低制造成本。无可否认，现正在开发的产品成本价格比目前通用的发电机略高，但是我们相信，随着产品更进一步的完美，成本问题会得到很好的解决。美国DELPHI（德尔福）公司的技术部负责人认为：“顾客注重的是每公里瓦特上的成本。”他的这一说法充分说明了交流永磁发电机的市场前景不会被成本问题困扰。 1.5永磁转子特点： 结构1： 并联磁场结构；转采用采用铸造压制而成，里面嵌放永磁体，能量大、重量轻、体积小、整体结构牢固可靠，最大工作转速大于15000转/分。 专利号；ZL96 2 47776.1 结构2： 串联磁场式结构；转子采用钢结构，表面按顺序嵌放永磁铁，转子表面磁通强、重量轻、体积小、整体结构牢固可靠，最大工作转速大于15000转/分。 专利号：ZL98 2 33864.3 整机稳压系统特点： 采用可控硅和二极管组成半控桥式整流电路。稳压系统是一种斩波调制型稳压装置，其稳压精度为正负0.1v，故该发电机具有能瞬间承受较大电流、运行可靠和耐用等特点，又因可直接利用发电机发出的交流电的反向电压使可控硅自行关断，故无需加关断电路，使电路结构简单、可靠。 2、永磁发电机的优点
双凸极永磁电机的控制方案研究 发表时间：2010-05-10T16:21:41.310Z 来源：《计算机光盘软件与应用》2010年第4期供稿作者：盛浩琪[导读] 双凸极永磁电机的主要特点是结构简单，适合于自动化制造。 盛浩琪 （宁波公运车辆检测有限公司，浙江宁波 315000）摘要：双凸极永磁电机的主要特点是结构简单，适合于自动化制造。与双凸极永磁电机设计有关，得到使定位转矩为零的充分条件。鉴于位置传感器的不精确和一种现存的无位置传感器方案的移相困难，提出了一种新的无位置传感器方案。仿真验证了新方案的精确性。实际可行性由一单片机系统初步证实。 关键词：双凸极；永磁电机；无位置传感器 中图分类号：TM3 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 (2010) 04-0000-01 Doubly Salient Permanent Magnet Motor Control Scheme Sheng Haoqi (Ningbo Public Transport Vehicle Detection Co., Ltd.,Ningbo 315000,China) Abstract:The main characteristics of Doubly Salient Permanent Magnet Motor is simple structure,suitable for automated manufacturing.And the doubly salient permanent magnet motor design is related to positioning are sufficient conditions for zero torque.Given the imprecise position sensor and a non-existing program phase shift position sensor problems,a new Unposition sensor scheme.Simulation results show the accuracy of the new program Practical feasibility and initial confirmed by a microcomputer system. Keywords: Doubly Salient;Permanent magnet motor;Unposition sensor 双凸极永磁电机采用高性能永磁体激磁，工作在双极性状态下，其能量转化率和绕组利用率较传统变磁阻电机要高，因此它具有较高的转矩密度，与相同功率等级的传统变磁阻电机相比，其体积较小。由于高性能永磁体的采用，双凸极永磁电机设计时绕组匝数与相同功率等级的变磁阻电机相比要少，加之采用集中绕组和体积的减小，绕阻端部长度亦较小，故此电机铜耗较传统变磁阻电机要小。在小功率应用范围内，由于铜耗在总损耗中占较大分量，与传统变磁阻电机相比较，双凸极永磁电机在效率上的改进尤为明显。如果控制的设计能使用一个精确的模型，那么利用线性反馈技术和预先计算好的最优的转矩分配函数，就能导致最优的动态性能。然而，使用精确模型意味着复杂的在线计算，或者是巨大的用来查询的表格，这些暂时都难以实现；而实际上模型的不精确性是不可避免的，从而不可避免的使性能变坏；还有实际的测量的不精确。然而可以采用一种完全不同的思路，即使用一个简化的模型，而其中的参数被自适应的实时的调整。总之，改善双凸极电机的动态性能的控制方法正在不断完善。 一、位置传感器方案 “两相导通”策略下，控制器的主要任务是根据当前的转子位置决定哪个两相组合导通。事实上，导通原则只是间接地依赖于转子位置，而直接地依赖于反电势。换句话说，即：“总是选择线反电势较大的两相导通”。 由于反电势难以获知，而它与转子位置有固定的联系，因此改由检测转子位置来决定触发信号。如果反电势与转子位置的关系已知，那么，这样的传感器装置(比如槽形光耦配合遮光盘)不难设计。此时，控制器的作用就像一个简单的译码器，它接收3路位置传感器信号，而产生6路逆变桥控制信号。 二、无位置传感器方案 （一）位置传感器的缺点 使用位置传感器无疑是最简单的，同时也是可靠的。更为重要的是，它不存在起动困难。其缺点是控制器与电机的连线过多、传感器增加了系统的硬件成本、不能灵活地调整控制策略，以及在大极对数下对传感器的安装精度要求过高。为解决这个问题，可以通过无位置传感器方案来解决。 （二）一种经典的无位置传感器方案 这一方案的原理是：检测关断相反电势的过零点；在过零点之后，电机再转过30度电角，即换流时刻。通过检测三相端电位即可检测关断相反电势的过零点。 任何平顶宽度达到或超过120度电角的反电势都能够保证，在某相成为关断相期间，另外两相的反电势的幅值始终相等。事实上，对反电势的要求无需如此苛刻。确切地说，只需在关断相反电势的过零点位置，导通两相的反电势具有相等的幅值即可。换句话说，在关断相反电势过零点位置的两边，中心点电位可以偏离导通两相端电位的中点。这样并不会引起检测过零点位置的误差。把这一要求称为对反电势的最小约束[1]。可以证明，反电势波形的峰(谷)若左右对称如正弦波、等腰梯形波，即可满足上述要求。当然，中心点电位的偏离不能太大，那样的话，将产生多余的伪过零点。如果反电势满足最小约束，则在此过零点位置，同样满足两相的电感相等，因为此时两相绕组处于相同的磁路环境。因此，与反电势的情况相同，即使在其它位置“电感相等”的条件不能满足，也不会影响过零点判断的精度。可见，过零点的判断几乎不依赖于电机参数;换句话说，过零点判断在理论上几乎没有误差。这是这一方案最(或许也是唯一)迷人的地方。
检测系统的静态特性和动态特性 检测系统的基本特性一般分为两类：静态特性和动态特性。这是因为被测参量的变化大致可分为两种情况，一种是被测参量基本不变或变化很缓慢的情况，即所谓“准静态量”。此时，可用检测系统的一系列静态参数（静态特性）来对这类“准静态量”的测量结果进行表示、分析和处理。另一种是被测参量变化很快的情况，它必然要求检测系统的响应更为迅速，此时，应用检测系统的一系列动态参数（动态特性）来对这类“动态量”测量结果进行表示、分析和处理。 研究和分析检测系统的基本特性，主要有以下三个方面的用途。 第一，通过检测系统的已知基本特性，由测量结果推知被测参量的准确值；这也是检测系统对被测参量进行通常的测量过程。 第二，对多环节构成的较复杂的检测系统进行测量结果及（综合）不确定度的分析，即根据该检测系统各组成环节的已知基本特性，按照已知输入信号的流向，逐级推断和分析各环节输出信号及其不确定度。 第三，根据测量得到的（输出）结果和已知输入信号，推断和分析出检测系统的基本特性。这主要用于该检测系统
的设计、研制和改进、优化，以及对无法获得更好性能的同类检测系统和未完全达到所需测量精度的重要检测项目进行深入分析、研究。 通常把被测参量作为检测系统的输入（亦称为激励）信号，而把检测系统的输出信号称为响应。由此，我们就可以把整个检测系统看成一个信息通道来进行分析。理想的信息通道应能不失真地传输各种激励信号。通过对检测系统在各种激励信号下的响应的分析，可以推断、评价该检测系统的基本特性与主要技术指标。 一般情况下，检测系统的静态特性与动态特性是相互关联的，检测系统的静态特性也会影响到动态条件下的测量。但为叙述方便和使问题简化，便于分析讨论，通常把静态特性与动态特性分开讨论，把造成动态误差的非线性因素作为静态特性处理，而在列运动方程时，忽略非线性因素，简化为线性微分方程。这样可使许多非常复杂的非线性工程测量问题大大简化，虽然会因此而增加一定的误差，但是绝大多数情况下此项误差与测量结果中含有的其他误差相比都是可以忽略的。
3-1 在恒流起动过程中，电枢电流能否达到最大值 I dm 为什么答：不能达到最大值，因为在恒流升速阶段，电流闭环调节的扰动是电动机的反电动势，它正是一 个线性渐增的斜坡扰动量，所以系统做不到无静差，而是I d 略低于I dm 。 3-2 由于机械原因，造成转轴堵死，分析双闭环直流调速系统的工作状态。答：转轴堵死，则n=0,比较大,导致比较大,也比较大,然后输出电压较大，最终可能导致电机烧坏。 3-3 双闭环直流调速系统中，给定电压 Un*不变，增加转速负反馈系数α，系统稳定后转速反馈电压 Un 和实际转速 n 是增加、减小还是不变答：反馈系数增加使得增大，减小，减小，减小，输出电压减小，转速n减小，然后会有所减小，但是由于α增大了，总体还是增大的。 3-4 双闭环直流调速系统调试时，遇到下列情况会出现什么现象答：（1）转速一直上升，ASR不会饱和，转速调节有静差。（2）转速上升时，电流不能维持恒值，有静差。 3-5某双闭环调速系统，ASR、均采用 PI 调节器，ACR 调试中怎样才能做到Uim*=6V时，Idm=20A；如欲使 Un*=10V 时，n=1000rpm，应调什么参数答：前者应调节，后者应调节。 3-6 在转速、电流双闭环直流调速系统中，若要改变电动机的转速，应调节什么参数改变转速调节器的放大倍数Kn行不行改变电力电子变换器的放大倍数 Ks 行不行改变转速反馈系数α行不行若要改变电动机的堵转电流，应调节系统中的什么参数答：转速n是由给定电压决定的，若要改变电动机转速，应调节给定电压。改变Kn和Ks不行。改变转速反馈系数α行。若要改变电动机的堵转电流，应调节或者。 3-7 转速电流双闭环直流调速系统稳态运行时，两个调节器的输入偏差电压和输出电压各是多少为什么答：均为零。因为双闭环调速系统在稳态工作中，当两个调节器都不饱和时，PI调节器工作在线性调节状态，作用是使输入偏差电压在稳态时为零。各变量之间关系如下： 3-8 在双闭环系统中，若速度调节器改为比例调节器，或电流调节器改为比例调节器，对系统的稳态性能影响如何答：稳态运行时有静差，不能实现无静差。稳定性能没有比例积分调节器作用时好。 3-9 从下述五个方面来比较转速电流双闭环直流调速系统和带电流截止负反馈环节的转速单闭环直流调速系统：（1）调速系统的静态特性。（2）动态限流性能。（3）起动的快速性。（4）抗负载扰动的性能。 5）抗电源电压波动的性能。 答：转速电流双闭环调速系统的静态特性，动态限流性能，起动的快速性，抗负
现代电机设计 利用Ansoft软件对异步起动永磁同步电动 机的分析计算 2013 年7 月
目录 第1章引言………… 第2章 RMxprt在永磁同步电机中的电机性能分析………… 2.1 Stator项设置过程………… 2.2 Rotor项设置过程………… 2.3 Line Start-Permanent Magnet Synchronous Machine的电机仿真………… 2.4 计算和结果的查看………… 第3章静态磁场分析………… 3.1 电机模型和网格剖分图………… 3.2 磁力线分布图…………………… 3.3 磁密曲线 3.3.1 气隙磁密分布………… 3.3.2 定子齿、轭部磁密大小………… 3.3.3 转子齿磁密大小………… 第4章瞬态场分析………… 4.1 额定稳态运行性能………… 4.1.1 电流与转矩大小………… 4.1.2 各部分磁密………… 4.2 额定负载启动………… 4.2.1 转矩-时间曲线………… 4.2.2 电流-时间曲线………… 4.2.3 转速-时间曲线………… 4.2.4 转矩-转速曲线…………
第1章引言 Ansoft Maxwell作为世界著名的商用低频电磁场有限元软件之一，在各个工程电磁场领域都得到了广泛的应用。它基于麦克斯韦微分方程，采用有限元离散形式，将工程中的电磁场计算转变为庞大的矩阵求解。该软件包括二维求解器、三维求解器和RMxprt旋转电动机分析专家系统这3个主要模块，不仅可以进行静磁场、静电场、交直流传导电场、瞬态电场、涡流场、瞬态磁场等不同的基本电磁场的特性分析，还可以通过RMxprt电动机模块仿真多种电动机模型，为实际电动机设计提供帮助。利用Ansoft软件进行仿真可以帮助我们了解电动机的结构特性。 本文是一台4极、36槽绕组永磁同步电动机，利用RMxprt模块进行电机的建模、仿真以及导入到Maxwell2D的有限元模块的方法，然后再对Maxwell2D 中的永磁体模型进行修正，最后对该电机在静态磁场和瞬态磁场的情况下进行分析。
表贴式双凸极永磁电机优化设计与电磁性能分析 [殷佳宁] [江苏大学电气信息工程学院，212013] [ 摘要] 虽然双凸极永磁(double-salient permanent-magnet，DSPM)电机具有高效率高功率密度的优点，但是其永磁体漏磁严重，从而导致永磁体利用率偏低。在稀土资源价格日益上涨、剩余量 逐渐减少的情况下，如何提高电机永磁体利用率显得尤为重要。为了提高电机永磁体利用率， 本文提出了一种新型12槽10极表贴式双凸极永磁(Surface-mounted double-salient permanent-magnet，SM-DSPM)电机，并对此电机结构进行优化设计。在确定电机结构尺寸 的基础上，通过有限元分析软件对电机的磁通密度、气隙磁密、空载反电势以及输出转矩进行 了分析，并与传统的12槽8极DSPM电机进行比较。对比结果表明，12槽10极SM-DSPM 电机拥有更高正弦度的反电势和更小的转矩脉动，并且SM-DSPM电机永磁体用量更少，拥 有永磁体利用率更高的优点。可以预见，该电机在工业制造、电动汽车等领域有着很好的应用 前景。 [ 关键词]双凸极电机，永磁电机，表贴式，永磁体利用率 Optimal Design and Electromagnetic Performance Analysis of Surface-mounted Double-salient Permanent magnet Motor [Yin Jianing ] [School of Electrical and Information Engineering, Jiangsu University, 212013] [ Abstract ] Double-salient permanent-magnet (DSPM) motor has the advantages of high efficiency, high power density, but its permanent magnet flux leakage is serious, which results in the low utilization of permanent magnet. As the rare earth resources dwindle, it is significant to improve the utilization of the permanent magnet in the motor. In order to improve the utilization of the permanent magnet, a new 12-slot 10-pole Surface-mounted double-salient permanent-magnet (SM-DSPM) motor is proposed in this paper. In the paper, the structure design of the motor is optimized. After determining the structure size of the motor, electromagnetic performance such as magnetic flux density, air-gap flux density, back EMF, and the output torque were analyzed based on the finite element analysis software. And it is compared with the traditional 12-slot 8-pole DSPM motor. According to the comparative results, it is shown that the SM-DSPM motor has a higher-sinusoidal back EMF, less usage