自起動永磁同步電動機磁極形狀的優(yōu)化及其特性研究.pdf

1、自起動永磁同步電動機兼有異步電機能夠自起動和永磁同步電機高功率因數(shù)及高效、節(jié)能的優(yōu)點，得到了越來越多的關(guān)注和應(yīng)用。但是，由于永磁電機磁路結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，使氣隙磁場中含有大量的諧波，這勢必導(dǎo)致電機中的諧波電勢、諧波電流、振動噪聲以及鐵心損耗的增大。因此優(yōu)化永磁電機磁極形狀，降低氣隙磁場中的諧波含量，對永磁電機效率及性能的進一步提高具有重要意義。
　　本文以優(yōu)化空載氣隙磁密波形為目標(biāo)，利用電磁場計算的有限元法和兩種優(yōu)化算法(遺傳算法以及

2、響應(yīng)面法)，對自起動永磁同步電動機的磁極形狀進行了優(yōu)化，并對磁極形狀優(yōu)化前后的永磁電機性能進行了性能對比分析。
　　首先借鑒表面式磁鋼永磁電機的不均勻氣隙結(jié)構(gòu)，對自起動永磁同步電動機采用一段圓弧磁極形狀進行優(yōu)化。接著，基于大型凸極同步發(fā)電機三段圓弧極靴結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本思想，提出將三段圓弧結(jié)構(gòu)用于自起動永磁同步電動機的磁極形狀設(shè)計。利用遺傳算法、響應(yīng)面法及兩者相結(jié)合的優(yōu)化算法，獲得了兩種不均勻氣隙結(jié)構(gòu)永磁電機磁極形狀參數(shù)的最優(yōu)設(shè)計值，

3、并對計及定子斜槽時的空載電動勢進行了計算分析，諧波含量得到了明顯的降低。
　　然后，利用自主開發(fā)的時步有限元法程序?qū)?yōu)化前后三種不同磁極結(jié)構(gòu)電機的穩(wěn)態(tài)特性進行了計算、分析和對比，仿真結(jié)果表明，通過磁極形狀的優(yōu)化，電機穩(wěn)態(tài)運行時電流中的諧波含量以及力矩波動明顯降低。最后，通過在一臺自起動永磁電機上的空載實驗驗證了本文時步有限元程序的可信性，從而間接驗證了磁極形狀優(yōu)化方法的正確性。
　　仿真和實驗結(jié)果表明，本文提出的不均勻氣隙結(jié)