華北電力大學
畢業設計（**）開題報告
學生姓名： 張彬班級： 電力電子08
所在院系： 電力工程系所在專業：電力電子
設計（**）題目：永磁同步電機的設計程式設計優化方法研究
指導教師： 王艾萌
2023年 04月 10日
畢業設計（**）開題報告
永磁同步電機的設計程式設計優化方法研究
一.引言
能源是人類生存和發展的重要物資資源，也是當今國際政治、經濟、軍事、外交關注的焦點。中國社會經濟持續快速發展，離不開有力的能源保障。最近幾年我國的各行各業經歷了不同程度的煤、電、油、運的緊張，本世紀以來，石油**不斷攀公升，今年年初******超過 100 美元每桶，目前煤價已經漲到 400 到 480 元每噸，受煤價**的影響發電成本**50%～70%。
結合我國的實際情況，提公升能效和電效是我們的最佳選擇。永磁同步電機具有高效節能、體積小以及良好的變頻調速效能等優點，符合國家節能環保的指導方向，有廣泛的應用前景。
永磁電機具有結構簡單、體積小、質量輕、損耗小、效率高、 功率因數高、 電機形狀和尺寸可以靈活多樣等顯著優點，在工農業生產、航空航天、國防和日常生活中得到廣泛應用。我國稀土資源豐富， 儲量佔全球的 75%，號稱「稀土王國」。大力研究和推廣永磁電機，實現節能降耗，對提高經濟效益具有重要的現實意義。
二. 永磁同步電機的優點
稀土永磁材料優良的效能，導致永磁同步電動機具有其他型別電機無法比擬的優點：
(1)明顯的高效率和節電效果
稀土永磁同步電動機用永磁體取代電勵磁，且無勵磁損耗；同步執行時，轉子繞組中無感應電流，沒有銅耗，由於定、轉子同步，轉子鐵心中也沒有鐵耗，因此效率較電勵磁同步電機和非同步電機高，而且不需要從電網吸取滯後的勵磁電流，從而大大節約了無功，極大地提高了電機的功率因數。
(2)高效率、高密度電機
高效能的稀土永磁材料—釹鐵硼永磁體具有很高的磁能積，它的剩餘磁感應強度、矯頑力都較大，用較少的釹鐵硼永磁體就能產生足夠的電機磁能積，因此電機體積、尺寸可以大為減小，成為高效率、高密度電機。
(3)執行穩定
由於轉子上不需要電勵磁裝置，因此大大簡化了轉子結構，提高了電機執行的穩定性。有資料表明，稀土永磁同步電動機效率比同容量非同步電動機提高3%～12%，並且在體積和最高工作轉速與非同步電動機相同的情況下，輸出功率也高出10%～30%
三.永磁同步電動機的研究熱點
磁場磁勢的計算、合適的**計算模型的建立、自起動問題的**問題中的演算法、精度、非線性的處理等方面一直是稀土永磁同步電動機的研究熱點。目前國內外對永磁同步電機設計研究主要集中在以下兩個方面：
(1)結構設計研究
稀土永磁同步電動機與其他電機的最主要區別是轉子磁路結構的不同，因而稀土永磁同步電動機的設計主要是轉子結構的設計。目前國內外都在大力研究永磁電機(包括永磁電動機和永磁發電機)的磁路結構，目的是通過增加磁通密度、減弱電樞反應來提高永磁電機的效率和效能。
(2)優化設計
在稀土永磁材料**昂貴的情況下，考慮如何合理地選擇永磁體的工作點，使之在滿足電機效能指標前提下，使所用的永磁材料最少，即電機的成本最小或體積最小。由於永磁體尺寸大小可直接影響電機的各項效能指標，因而可直接選用永磁體形狀尺寸作為設計變數，而將其他尺寸都用這些變數來表示。在約束條件中，電抗引數、定子齒部和軛部磁密、定子電密以及槽滿率等都應限制在一定範圍，而效率、功率因數和起動轉矩等則應大於某一給定值。
（3）gui介面設計
使用者介面(或介面)是指：人與機器(或程式)之間互動作用的工具和方法。如鍵盤、滑鼠、跟蹤球、話筒都可以成為與計算機交換資訊的介面。
圖形使用者介面(graphical user interf aces，gui )則是由窗、游標、按鍵、選單、文字說明等物件( objects )構成的乙個使用者介面。使用者通過一定的方法(如滑鼠或鍵盤)選擇、啟用這些圖形物件，使計算機產生某種動作或變化。
四，本文主要研究內容
本課題圍繞高效永磁同步電機的設計研究展開工作，通過對引數結構進行優化，提出提高電機效率的相關方法，最終設計出高效率的樣機。具體工作分以下幾個方面的研究：
(1)高效永磁同步電動機損耗分析和抑制措施。分析電機各種損耗和減小措施，同時通過有限元**，分析矽鋼片對鐵耗的影響和部分引數對雜散損耗的影響。
(2)永磁同步電機的結構設計和不同極槽配合、不同轉子結構電機的效能對比。分別從極槽數、定子繞組和轉子結構選擇方面介紹了永磁同步電機結構的設計。不同極槽配合直接影響電機的效能，因此對不同轉子結構的永磁同步電動機進行了**對比分析，得到了效能較優的結構。
(3)高效永磁同步電動機的優化研究。對氣隙長度進行優化，降低空載和負載雜散損耗，通過優化定、轉子衝片，包括齒寬、永磁體大小等來降低電機的鐵耗和銅耗，提高電機效率。
（4）gui介面設計。圖形使用者介面( gu i介面)足衡量測試系統效能的乙個綜合忤i指標，圖形使用者介面的效能對整個系統的測試效率有一定的影響，合理地設計圖形使用者介面，有助於優化整個測試系統的工作效能。
五，電磁設計
（1）主要尺寸比的選擇
由於永磁同步電機內部要放置永磁體，因此要盡可能選擇小的主要尺寸比，使轉子的徑向尺寸較大，從而提供較大的空間來安放永磁體［1］
（2）電機氣隙尺寸的選擇
對於永磁同步電機來說， 電機的氣隙長度對其效能的影響沒有非同步電機那麼強烈，電機的功率因數可以通過調整永磁體的用量來改變為了便於安裝永磁體，也希望電機的氣隙能夠大一些，因此相比於非同步電機，氣隙的寬度可以稍稍放大0.1 ～ 0.2 mm
(3)電機定轉子的設計
轉子槽的選擇要綜合考慮電機的起動效能牽入同步效能、齒部磁密 、軛部磁密和轉子機械強度等籠型是電機轉子機械強度的重要保證，但是由於該永磁電機的轉子槽分布於永磁體之下，如果電機的端環面積小，易於出現斷條等故障，由於電機轉子上附加有永磁體，電機的轉子不能斜槽，故可以考慮在電機的定子上採用斜槽措施來減小電機的雜散損耗，也將減少電機的雜訊和振動，提高電機執行的平穩性。
（4）永磁體設計
本文設計的永磁同步電機，其永磁體的形狀為矩形，在設計過程中主要考慮的是每極永磁體的總寬度和永磁體的充磁方向厚度在永磁體用量盡可能少的情況下，應當保證永磁體無論工作在何種惡劣的條件之下，不會發生永久性的不可逆去磁，保證永磁體在穩態執行時有合理的工作點，由於永磁體充磁方向的長度會影響電機的直軸磁阻，在設計時應考慮到這一點每極永磁體的寬度決定了每極永磁體產生的磁通量，從而影響了每相繞組的感應電動勢，同時保證電機磁密處於乙個合理的範圍之內。
六.研究永磁同步電機設計程式設計需要做的工作
1、學習內建式永磁同步電機的結構特點；
2、學習matlab程式語言；
3、根據電機設計所要達到的高功率密度目標要求提出簡易設計方案；
4、基於matlab設計出永磁同步電動機的工作特性計算程式；
5、設計出永磁同步電動機的gui介面
6、通過對計算程式的反覆修正，確定最優設計方案。
七.參考文獻
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