淺談稀土永磁同步電動機的優(yōu)化設計

摘 要：稀土永磁同步電動機是一種超高效節(jié)能電機。稀土永磁同步電機有損耗小、效率高、節(jié)能效果顯著、運行好等特點。因此應用前景非常廣闊，但是如果沒有合理設計方案、得體的工藝技術和優(yōu)質的電磁材料，也不會生產出高品質的產品。在稀土稀土永磁電動機的設計上，應該首先滿足其所要達到的性能指標，降低使用的成本，只有提升使用效率，降低成本，才能達到設計需求。文章根據目前此種電動機的設計特點，進行了一定的改進，并將其進行優(yōu)化，也在文章中具體討論了此類電動機的性能特征以及設計方法。

關鍵詞：稀土永磁同步電動機；優(yōu)化設計；永磁體

引言

在日益嚴重的能源短缺的背景下，不斷進行新的技術開發(fā)，提升電動機的使用效率已經成為了很多國家希望達成的重要目標。稀土永磁高效電機在使用效率方面遠勝于其他類型的發(fā)電機，在稀土永磁高效電機投入使用以后，其就以各種使用指標穩(wěn)定吸引了各國的眼球，在國際市場上具有相當大的競爭能力，我國稀土資源居世界第一位，應該充分利用這一優(yōu)勢，對此種發(fā)電機進行推廣使用，此舉對處于發(fā)展中的中國具有重要的現實意義。

1 稀土永磁高效電機和異步動永磁同步電動機的不同之處

稀土永磁高效電機的設計建立在異步電機基礎之上，不同之處在于其將轉子邊鼠籠內側鑲入稀土鋼，與異步動永磁同步電動機相比，勵磁電流以及內部的轉子上的金屬使用量（銅、鐵）等使用量降低，無功電流減少，提升了電機的使用效率，設備的使用溫度降低。并且，與普通的勵磁電機比較，降低了摩擦，使整個結構簡化。

2 提升電機功率的若干措施

2.1 利用空截反電動勢與因數之間的曲線關系

普通的電動機定子上的電流I1和If在平面直角坐標系上是一條“V”型的曲線，如我們保持其他的參數不發(fā)生變化，只改變磁體的性能和用量，那么此時定子電流I1=fE0的曲線同樣是一個V形曲線，因此，在這種情況下，我們給予空載反電動勢E0一個合適的值，以此來提升電動機的使用效率，整個方案實施的關鍵在于合理賦予E0的值。根據我們經常用到的電動勢方程，我們可以清楚的得到電動勢的變化和負載電流變化的關系，通過控制E0的值而提高功率因數，從而提高其效率。

2.2 通過調整轉子磁路結構來實現

永磁同步電動機一般按照永磁體位置的不同分為三類，分別為表面式，爪極式以及內置式，內置結構式又可以進一步分為切向式，徑向式和混合式，電機使用的形式應該按照極數以及電機功率進行具體確定，在此基礎上，也要考慮到材料的成本以及工藝難度，文章提及的稀土永磁同步電動機主要就是采用的內置式的轉子磁路結構。這種結構有其自身的特點，即永磁體固定在轉子的內部，永磁體表面與定子鐵芯內圓之間有鐵磁物質制成的極靴，極靴中可以放置鑄鋁籠或鋼條籠，阻尼作用明顯，整個電機的穩(wěn)定性極好，此種結構得到了廣泛的應用。

2.3 電機內部永磁體的選擇原則

稀土永磁同步電動機在進行磁體選擇時應該遵循以下原則：第一，保證氣隙磁場以及性能指標；第二，保證工作狀態(tài)下磁性的穩(wěn)定性；第三，保證裝配合理和機械強度；第四，性價比較高。以上述的原則來確定牌號，并通過調整此題的尺寸來調整電動勢的大小，從而降低無功消耗，降低使用成本。

2.4 調整繞組的匝數和鐵芯的長度

單純的從功效上看，增加匝數和增加鐵芯的長度殊途同歸，但是兩者也存在一定的區(qū)別，增加繞組的匝數能夠導致Xad和Xaq的增大，他會使得電動機的過載能力降低，因此，此種方法的使用有一定的局限性，需要符合一定的前提條件。

2.5 氣隙長度的選擇

在進行氣隙長度選擇時，一般通過降低氣隙的長度來提升功率，但是降低或者減少的長度要進行控制，否則會有多種不良的后果。采用此種方法時，一般會增加雜散的消耗，提升裝配難度增加電磁的噪聲，因此，在實際的操作過程中，應按照相應的規(guī)格調整氣隙長度。

3 定、轉子沖片的設計

在進行電動機的尺寸確定工作之后，接下來是進行電機定子和轉子沖片的設計，此類設計可以參照一般的電機進行，如果條件允許，可以直接利用異步電機定子沖片。

普通的感應電動機和異步起動永磁同步電動機的轉子類型極為相似，都是使用的類似的槽型轉子，在稀土永磁同步電動機中，鼠籠條的作用僅僅是啟動，但是卻不能在同步時起到作用，因此，稀土永磁同步電動機應該選擇深槽或者圓形槽或者凸形槽。當然，其他類型的槽口也有不同的作用，稀土永磁同步電動機也根據其類型的不同選擇而不盡相同，對于小型的稀土永磁同步電動機可以使用梨形槽或者梯形槽。不同的槽口作用不同，對于稀土永磁同步電動機的影響也有大有小，在實際的應用過程中閉口槽可以減小雜散的損耗減小槽齒效應，對于稀土永磁同步電動機的實際使用功率影響不大，因此在稀土永磁同步電動機使用閉口槽也是不錯的選擇。眾所周知，轉子槽的最重要的作用在于啟動電機，在進行設計時為了節(jié)省材料和預留空間，在確定轉子槽類型時，應該不能讓電動機接近同步轉速時的特性曲線陡度過小，不然就會很難達到電動機牽入同步能力的指標，因此，這時電動機轉子槽也不能開的過淺或者過窄。

4 稀土永磁同步電動機永磁體的設計

在進行稀土永磁同步電動機永磁體設計時，設計的尺寸包括三個方面，主要是軸向的長度和寬度，在實際的設計當中，永磁體的長度一般不應長于鐵芯軸的實際長度，因此，只需要進行兩兩個永磁體的設計即可，在實際的設計過程中，應該注意以下幾點：第一，hM（軸向長度）在設計時應該保證直流的電抗合理，保證Xad不發(fā)生大的變化，從而不影響電動機的整體性能。第二，hM（軸向長度）不能過小，如果hM太薄，會使永磁體的廢品率提升，間接地提升了整個設計的成本，在運輸和裝配上也存在一定的問題。第三，hM（軸向長度）不能過小，永磁體太薄容易使永磁體的磁性消失，在進行設計時，應該保證其厚度在最佳的工作點，在調整電動機的性能時，可以依靠調整bM（永磁體寬度）的長度進行確定，bM決定了永磁體所提供的磁通量的面積，當負荷較高時，應該安裝較多的永磁體。

永磁體的尺寸對于電動機的影響很大，其中對于電動機的運行性能以及電動機中的永磁體系數影響最大，決定了整個磁體的利用率。根據計算的結果以及多組重復性實驗可知，永磁體的尺寸變大，空載漏磁系數就越低，由此，可以推導出永磁體的設計尺寸。

5 電樞繞組設計

與一般的異步電動機設計無二，稀土永磁同步電動機也采用了單層連式，單層同心式等。在實際的使用過程中經常采用雙層的正弦繞組來進行波形的改善和損耗的降低。在電動機中，由于永磁體勵磁，造成氣隙磁場諧波較多，對電動勢有一定的影響。異步起動永磁同步電動機通常采用丫接的雙層短距繞組以避免電動機繞組中產生環(huán)流，并削弱電動勢諧波。

6 結束語

電動機的優(yōu)化設計是非常復雜的非線性規(guī)劃問題，設計要考慮多種因素以及各個方面的復雜性，但是，它在很多的方面還存在著不足，沒有得到解決，尤其是關于尋求電機優(yōu)化設計的全局問題，已成為困擾技術人員的最大問題之一，用傳統(tǒng)的電機優(yōu)化設計方法，無法從根本上解決這一問題，因此，還需要技術人員考慮更多因素來尋求獲得電磁同步電機最優(yōu)化的方法。

參考文獻

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