變頻調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)

鐘燕輝

摘? 要：電動(dòng)機(jī)在目前的生產(chǎn)實(shí)踐中屬于應(yīng)用十分廣泛的一種設(shè)備，并且在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)揮著十分重要的作用及價(jià)值，而變頻調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)屬于應(yīng)用比較廣泛的一種電動(dòng)機(jī)類型，并且也受到廣泛歡迎，因而需要保證該類型電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用合理性，也就需要對(duì)該類型電動(dòng)機(jī)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。基于此，文章主要針對(duì)變頻調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，從而使變頻調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)得到滿意效果，實(shí)現(xiàn)該電動(dòng)機(jī)的更合理應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速;永磁同步電動(dòng)機(jī);設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TM341? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）30-0084-02

Abstract： Motor is a kind of widely used equipment in the current production practice， and plays a very important role and value in the actual production. The frequency control permanent magnet synchronous motor is a kind of widely used motor type， and it is also widely welcomed， so it is necessary to ensure the rationality of the application of this type of motor， and it is also necessary to make a reasonable design of this type of motors. Based on this， this paper mainly analyzes the design of the variable frequency adjustable speed permanent magnet synchronous motor， so that the design of the variable frequency adjustable speed permanent magnet synchronous motor can achieve satisfactory results， and achieve a more reasonable application of the motor.

Keywords： frequency control; permanent magnet synchronous motor; design

隨著目前科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升及電動(dòng)機(jī)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，電動(dòng)機(jī)的類型也越來(lái)越多，且功能也越來(lái)越全面，而變頻調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)就是其中比較重要的一種。在變頻調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)實(shí)際應(yīng)用及運(yùn)行過程中，為能夠使其作用及功能得以更好發(fā)揮，需要對(duì)其進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，從而使電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用具有更好的支持與保障。因此，相關(guān)設(shè)計(jì)人員需要對(duì)變頻調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行科學(xué)合理設(shè)計(jì)，以滿足電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用要求及需求。

1 變頻調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)

變頻調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)屬于一種新型電動(dòng)機(jī)，對(duì)于這種類型的電動(dòng)機(jī)而言，其相比于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)所表現(xiàn)出的特點(diǎn)就是功率密度比較大，且效率比較高，控制性能也比較理想，具體而言，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

首先，轉(zhuǎn)速與頻率表現(xiàn)為正相關(guān)，該特點(diǎn)在食品機(jī)械、印刷機(jī)械、包裝機(jī)械以及紡織機(jī)械等設(shè)備中有著十分廣泛的應(yīng)用。其次，功率因數(shù)比較高。在變頻調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)中，通過科學(xué)合理地進(jìn)行設(shè)計(jì)，可使其在單位功率因數(shù)、超前功率因數(shù)及滯后功率因數(shù)狀態(tài)下工作。第三，相比于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)而言，氣隙長(zhǎng)度對(duì)其性能所產(chǎn)生的影響相對(duì)比較小，因而與容量相同的感應(yīng)電機(jī)相比而言，氣隙長(zhǎng)度通常都比較大。第四，體積比較小，重量比較輕。通過對(duì)適當(dāng)磁極結(jié)構(gòu)實(shí)行合理應(yīng)用，可使氣隙磁密得以提升，使電機(jī)體系得以減小，使電機(jī)重量得以降低。第五，在正常運(yùn)行過程中，其轉(zhuǎn)子不會(huì)出現(xiàn)繞組損耗，由于功率因數(shù)比較高，也就使得定子繞組所產(chǎn)生的損耗比較小，因而在變頻調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際應(yīng)用過程中，其效率相比于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)而言明顯比較高，這一點(diǎn)在小功率電機(jī)中有著更明顯的表現(xiàn)。最后，變頻調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍比較寬，轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速都比較平穩(wěn)，且動(dòng)態(tài)響應(yīng)也比較快速且準(zhǔn)確，在變頻調(diào)速系統(tǒng)中逐漸將感應(yīng)電動(dòng)機(jī)替代。

此外，對(duì)于變頻調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)，其構(gòu)成中主要包括基于變頻器供電的永磁同步電動(dòng)機(jī)，還有基于轉(zhuǎn)子位置閉環(huán)系統(tǒng)控制的永磁同步電動(dòng)機(jī)，在此基礎(chǔ)上不但可使其具備比較理想的調(diào)速性能，且能夠使無(wú)刷化得以實(shí)現(xiàn)，相比于無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)而言，其主要有以下兩個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)。

第一，在變頻調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行過程中，其所輸入電流為正弦波，而對(duì)于無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，理論上氣隙磁場(chǎng)所能夠達(dá)到的極弧寬度為180度電角度，且脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩保持為零，此時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩可以達(dá)到最大化。然而，在電動(dòng)機(jī)的實(shí)際應(yīng)用過程中，其極弧寬度無(wú)法達(dá)到180電角度，因而無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中無(wú)法將轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)完全消除。所以，在變頻調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)實(shí)際應(yīng)用過程中，主要可以保證各個(gè)相量均屬于正弦波，則就能夠使轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)削弱。

第二，對(duì)于無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)而言，其定子磁場(chǎng)屬于跳躍宣傳類型的，而對(duì)于變頻調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)，其定子磁場(chǎng)屬于連續(xù)旋轉(zhuǎn)類型的，也就能夠使輸出轉(zhuǎn)矩更好保證平穩(wěn)性。

但是，在變頻調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)實(shí)際應(yīng)用過程中，其也有一定不足之處及缺陷存在，具體表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。首先，變頻調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)的成本比較高。就目前的小型變頻調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)而言，在實(shí)際生產(chǎn)中通常都選擇高性能永磁材料，其生產(chǎn)成本相對(duì)比較高，需要進(jìn)一步提升其經(jīng)濟(jì)性。其次，可靠性仍比較低。就目前所使用的永磁材料而言，在高溫環(huán)境下很容易出現(xiàn)退磁情況，導(dǎo)致電機(jī)可靠性仍不夠理想。第三，加工工藝比較復(fù)雜，機(jī)械強(qiáng)度比較差，且需要隔磁。第四，溫度及供電電壓等因素對(duì)于電機(jī)性能所造成的影響比較大[1-2]。

2 變頻調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)流程

在變頻調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)過程中，為能夠使整體設(shè)計(jì)得到比較理想的效果，需要設(shè)計(jì)人員能夠?qū)﹄妱?dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)流程進(jìn)行充分把握，這樣才能夠依據(jù)科學(xué)合理的順序進(jìn)行設(shè)計(jì)，使整體設(shè)計(jì)可以取得比較滿意的效果。就目前變頻調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)際情況而言，其設(shè)計(jì)流程主要包括以下幾點(diǎn)。

2.1 需要對(duì)主要尺寸進(jìn)行合理確定

在變頻調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，很多尺寸都需要確定，而這些尺寸中的關(guān)鍵就是電動(dòng)機(jī)中的主要尺寸，具體來(lái)說就是需要確定電樞鐵心直徑與長(zhǎng)度，也就是鐵心內(nèi)徑及有效長(zhǎng)度，在將有效尺寸確定之后，對(duì)于其它尺寸也需要大體確定，因而在設(shè)計(jì)過程中，確定主要尺寸屬于首要任務(wù)，也是最為關(guān)鍵的一點(diǎn)，對(duì)于電機(jī)成本、體積以及性能與可靠性，還有經(jīng)濟(jì)性等均有著重要的影響。在這一方面，首先需要確定主要尺寸關(guān)系式，依據(jù)這一關(guān)系式進(jìn)行計(jì)算。然后，需要設(shè)計(jì)人員對(duì)電磁負(fù)荷進(jìn)行合理選擇，以保證電磁負(fù)荷的合理性，在對(duì)電磁負(fù)荷進(jìn)行選擇時(shí)應(yīng)當(dāng)注意把握一定的原則。在對(duì)電磁負(fù)荷進(jìn)行合理選擇的基礎(chǔ)上，還需要注意對(duì)主要尺寸比進(jìn)行合理選擇，從而使主要尺寸的確定更加合理。

2.2 定子鐵心設(shè)計(jì)

在變頻調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)過程中，定子鐵心設(shè)計(jì)也是十分重要的一個(gè)方面，需要設(shè)計(jì)人員對(duì)這一方面加強(qiáng)注意。在定子鐵心設(shè)計(jì)過程中，首先就是應(yīng)當(dāng)對(duì)定子槽數(shù)進(jìn)行合理確定，也就是說需要選擇科學(xué)合理的定子槽數(shù)，以保證電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行。在合理選擇定期槽數(shù)的基礎(chǔ)上，還需要注意對(duì)槽形進(jìn)行有效選擇，就目前變頻調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)來(lái)看，通常選擇半閉口槽，需實(shí)行槽滿率的核算。然后就是需要對(duì)槽形尺寸進(jìn)行合理確定，在對(duì)槽形尺寸確定方面，需要對(duì)槽滿率、漏抗以及齒部磁密與軛部磁密，還有機(jī)械強(qiáng)度等因素進(jìn)行考慮，還需要注意遵循一定原則，主要包括確保適當(dāng)?shù)牟蹪M率，并且齒部磁密與軛部磁密都要適當(dāng)，且齒部需要具備充足機(jī)械強(qiáng)度，而軛部需要具備充足剛度，還需要保證槽具有適當(dāng)深度。

2.3 定子繞組設(shè)計(jì)

在變頻調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)過程中，除上述兩個(gè)方面的設(shè)計(jì)之外，還需要注意定子繞組的設(shè)計(jì)，在定子繞組設(shè)計(jì)方面，首先就是需要注意對(duì)線圈節(jié)距進(jìn)行合理選擇。在電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用過程中，對(duì)于雙層繞組節(jié)距，其對(duì)于設(shè)備電氣性能及導(dǎo)電材料用量都會(huì)產(chǎn)生重要的影響，在實(shí)際選擇過程中應(yīng)當(dāng)保證基波節(jié)距因素比較高，且能夠使將具有較大影響的諧波磁動(dòng)勢(shì)消除。在選擇好線圈節(jié)距之后，下一步就是需要對(duì)線圈雜書進(jìn)行合理確定，之后便需要對(duì)線規(guī)進(jìn)行合理確定，在上述這些方面均得以有效確定的基礎(chǔ)上，也就能夠使定子繞組設(shè)計(jì)得到滿意的效果。

2.4 永磁體設(shè)計(jì)

對(duì)于變頻調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)而言，永磁體也是十分重要的組成部分，因而在實(shí)際設(shè)計(jì)中還需要注意對(duì)永磁體進(jìn)行科學(xué)合理設(shè)計(jì)。就目前實(shí)際情況而言，永磁材料種類比較多，且不同材料之間的性能差異也比較大，因而在變頻調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)過程中，對(duì)于永磁材料品種及具體性能指標(biāo)需要合理選擇。通常情況下，在永磁材料的選擇方面，應(yīng)當(dāng)注意以下幾個(gè)方面的原則：首先，對(duì)于永磁體應(yīng)當(dāng)保證能夠在氣隙中有較充足氣隙磁場(chǎng)產(chǎn)生，且需要使電機(jī)性能指標(biāo)滿足規(guī)定要求及需求。其次，在已經(jīng)確定的環(huán)境條件下以及實(shí)際應(yīng)用過程中，對(duì)于永磁體需要確保其具有穩(wěn)定的磁性能。第三，需要保證具備比較理想的機(jī)械性能，便于進(jìn)行加工及裝配;第四，還需要保證具備比較適當(dāng)?shù)膬r(jià)格，經(jīng)濟(jì)學(xué)也應(yīng)當(dāng)保證比較理想[2-3]。

3 結(jié)束語(yǔ)

變頻調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)作為目前應(yīng)用比較廣泛的一種電動(dòng)機(jī)，在實(shí)際生產(chǎn)中有著越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，因而保證電動(dòng)機(jī)應(yīng)用的科學(xué)性及合理性也就十分必要。就目前實(shí)際情況而言，其能夠使該電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)理想的應(yīng)用，需要對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。因此，作為變頻調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)人員，應(yīng)當(dāng)對(duì)變頻調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)充分把握，并且要掌握相關(guān)的設(shè)計(jì)流程及原則、要求，在此基礎(chǔ)上才能夠?qū)崿F(xiàn)更理想的變頻調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)，滿足實(shí)際需求。

參考文獻(xiàn)：

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