高速永磁电机
摘要
高速电机现正成为电机领域的研究热点之一。其主要特点有两个：一是转子的高速旋转；二是定子绕组电流和铁心中磁通的高频率。由此决定了不同于普通电机的高速电机特有的关键技术。本文针对一台已经研制出的100KW高速永磁电机的机械特性进行了分析研究。主要包括以下内容：
首先，对高速永磁电机的定子、转子结构，工作原理和ANSYS软件进行了简单的介绍。定子主要由机座、主磁极、换向极和电刷装置组成，作用是产生磁场。转子由电枢铁心和电枢绕组，换向器，轴及风扇等组成，作用是产生电磁转矩和感应电动势。电机中的电磁能与机械能的转换是在磁场中完成的，本设计中采用永磁体建立磁场，完成能量的转换。
其次，对高速永磁电机的转子强度进行了分析。基于弹性力学理论和有限元接触理论建立了高速永磁转子应力计算模型，确定了护套和永磁体之间的过盈量，分析了永磁体和护套的强度。永磁体与护套之间采用过盈配合，用护套对永磁体施加静态预压力抵消高速旋转产生的拉应力，使永磁体高速旋转时仍能承受一定的压应力，从而保证永磁转子的安全运行。
关键词：高速永磁电机，转子强度，ANSYS软件
Abstract
The high-speed electrical motors are now becoming one of the hot areas of research. There are two main features: First, the rotor high-speed rotation and the other is the stator windings current and iron hearts of the high-frequency magnetic flux. This decision is different from the ordinary high-speed electrical motor unique key technologies. This paper has developed a 100 KW of high-speed permanent magnet motor of the mechanical properties of the analysis. Mainly include the following: First, It is the simple introduction to the high-speed permanent magnet motor stator and rotor structure, working principle and ANSYS software. Stator mainly consists of the main magnetic pole, and brush, acting as generating the magnetic field. Rotor consists of the armature core and armature winding, commentator, shaft and fan, and other components, acting a role in the electromagnetic torque sensors and EMF. The conversion between the electromagnetic energy and mechanical energy is completed in the magnetic field, and permanent magnet was applied in this designing to establish magnetic field to complete the conversion of energy.
Secondly, the analysis of the rotor strength of the high-speed permanent magnet motor. On the basis the elasticity theory and finite element contact theory established a high-speed permanent magnet rotor stress model to determine the sheath between the permanent magnet and a win amount of sheathing and the permanent magnet strength. Permanent magnet and used between the jacket fit, with the permanent magnet sheath static pre-imposed pressure to offset high-speed rotation of the stress so that the permanent magnet can bear a certain stress at high-speed rotation, thus ensuring permanent magnet rotor the safe operation.
Key words:high-speed permanent magnet motor, the rotor strength, ANSYS software
1.1课题的来源及意义
现代社会中，电能是使用最广泛的一种能源。这种能量形式有许多优点，如生产和变换比较经济，传输和分配比较容易，使用和控制比较方便等。人类自从使用了电能，从繁重的体力劳动中得到了解放，并能完成手工劳动不能完成的任务。
目前，我国电力工业居世界第二位［1］。随着电力工业的发展，发电厂的装机容量在不断扩大，单机容量为200MW、300MW、600MW机组已成为我国电网的主力机型。由于我国幅员辽阔，电力发展及分布很不均匀，而经济发展又极不平衡，偏远地区用电困难，中心城市用电高峰期电力供应不足的情况仍很严重。集中发电、远距离输电和大电网互联的电力系统是目前电力生产、输送和分配的主要方式。但这种模式有缺点，如电力输送所需的成本随着输电距离的增加而增大；电能在输送过程中存在着损耗；电力需求随季节、时间的不断变化，造成电力生产与用户需求不协调等等。另外，集中式供电模式面临更严重的问题是：一旦供电中枢或电力网出现故障，造成的经济损失将难以估量。而且这种大电网又极易遭到战争或恐怖势力的破坏，严重时将危害国家安全；另外集中式大电网还不能跟踪电力负荷变化，而为了短暂的峰荷建造发电厂花费巨大，且经济效益也非常低。采用分布式供电系统作为辅助手段，可以很好地解决这些问题。分布式供电是指将发电系统以小规模、分散式布置在用户附近，可独立地输出电能、热能或冷能的系统。当今分布式主要是指用液体或气体燃料的内燃机、微型燃气轮机和各种工程用的燃料电池，其具有良好的环保性能。
纵观西方发达国家电力工业的发展过程，可以发现：电力工业的发展经历了从分布式供电到集中式供电，又到分布和集中相结合的供电方式的演变。造成这种现象不仅仅是由于生活水平提高的需求，而且也是集中式供电方式自身所固有的缺陷造成的。
由微型燃气轮机直接驱动内置式高速发电机，发电机与压气机、透气同轴，转速在50000r/min~120000r/min之间。高速发电机发出高频交流电，经电力变换系统转换成直流电后，再转换为50Hz/380V的交流电供用户使用。这样不仅简化了结构，使整台发电机组体积显著减小，重量减轻，而且也使系统的可靠性得到了提高。
在电能的生产，输送和使用等方面，电机起着重要的作用。电机发明至今已有200年的历史。工业革命以后，蒸汽动力得以普遍应用，但蒸汽动力输送和管理不便的缺点日益突出，迫使人们努力寻找新的动力源。十九世纪初，人们已经积累了有关电磁现象的丰富知识，在此基础上，法拉第发现了载流导体在磁场中受力现象，很快
原始型式的电动机就被制造出来了。但由于驱动源是蓄电池，当时极为昂贵，因而也就不能被推广。为此人们寻求能将机械能转为电能的装置。1831年，法拉第发现电磁感应定律，第二年皮克利用磁铁和线圈的相对运动，再加上一个换向装置，制造了一台原始型旋转磁极式直流发电机，这就是现代直流发电机的雏形。
电机是随着生产发展而产生和发展的，而电机的发展反过来又促进社会生产力的不断提高。随着国民经济的发展，工业自动化水平的不断提高，各种高科技领域如计算机、通信、人造卫星等行业也广泛应用各种控制电机。
电机是使机械能与电能相互转换的机械。历史上最早的电源是电池，只能供应直流电能，所以直流电机的发展比交流电机早。后来交流电机发展比较快，这是因为交流电机与直流电机相比有许多优点，如易生产、成本低、能做到较大容量等。目前电站的发电机全都是交流电机；用在各个行业的电机，大部分也是交流电机。然而，直流电机目前仍有相当多的应用。
电机主要包括发电机、变压器和电动机等类型［2］。发电机可把机械能转换为电能，主要用于生产电能的发电厂。在火电厂、水电厂和核电厂中，水轮机、汽轮机带动发电机，把燃料燃烧得到的热能、水流的机械能或原子核裂变的原子能都转变为电能。发电机发出的电压为10.5~20KV，为了减少远距离输电中的能量损失，应采用高压输电，输电电压为110KV、220KV、330KV、500KV或更高。把发电机发出的电压升高到输电电压是由变压器完成的。高压输电线将电能输送到各个用电区，再由变压器把高电压降为所需的低电压。在十分庞大又复杂的电力系统中，发电机和变压器则是最重要的设备。
电动机将电能转换为机械能，用来驱动各种用途的生产机械。机械制造工业、冶金工业、煤炭工业、石油工业、轻纺工业、化学工业、及其他各工矿企业中，广泛应用各种电机。例如用电动机拖动各种机床、轧钢机、电铲等生产机械。
当前科学技术突飞猛进，因此电机在制造上也向着大型、巨型发展。在应用上，由于计算机技术迅速发展，将会出现由机器人工作的无人工厂，以计算机作为这些工厂的“中枢神经”，使实现无人化成为可能。
近30年来，由于大功率电力电子器件以及微电子技术、微型计算机技术的一系列进展促进了交流调速技术的发展，已经生产出多种电机交流调速系统，不仅提高了生产机械的性能，而且节省了大量电能。随着现代社会的发展，电力和电机工业在国民经济中仍将起着重要的作用，并将得到更大的发展。
1.2高速电机介绍及应用前景
高速电机正成为电机领域的研究热点。所谓高速电机通常是指转速超过10000r/min的电机。它们具有以下优点：一是由于转速高，所以电机功率密度高，而体积远小于功率普通的电机，可以有效的节约材料。二是可与原动机相连，取消了传统的减速机构，传动效率高，噪音小。三是由于高速电机转动惯量小，所以动态相应快［3-5］。
基于以上优点，高速电机在以下各方面具有广阔的应用前景：
（1）高速电机在空调或冰箱的离心式压缩机等各种场合得到应用［6］，而随着科学技术的发展，特殊要求越来越多，它的应用也会越来越广泛。
（2）随着汽车工业混合动力汽车的发展，体积小，重量轻的高速发电机将会得到充分的重视，并在混合动力汽车，航空，船舶等领域具有良好的应用前景。
（3）由燃气轮机驱动的高速发电机体积小，具有较高的机动性，可用于一些重要设施的备用电源，也可作为独立电源或小型电站，弥补集中式供电的不足，具有重要的实用价值。
由于高速电机转子上的离心力与线速度的平方成正比，高速电机要求具有很高的机械强度；又由于高速电机频率高，铁耗大，在设计时应适当降低铁心中的磁密，采用低损耗的铁心材料。
轴承的研究也是与高速电机密不可分的内容，因为普通轴承难以承受在高速系统中承受长时间运行，必须采用新材料和新结构的轴承。目前人们正在研究的类型有气动轴承及磁力轴承。
高速电机可以有多种结构形式，如感应电机、永磁电机和磁阻电机等。电机在高速旋转时的离心力很大，当线速度达到200m/s以上时，常规叠片转子难以承受高速旋转产生的离心力，需要采用特殊的高强度叠片或实心转子。
在转子动力学发展的近百年的历史中，出现过很多计算方法，发展到今天，现代的计算方法主要可以分为两大类：传递矩阵法和有限元法。
有限元法的运动方程表达方式简洁，规范，在求解转子动力学问题或转子和周围结构一起组成的复杂机械系统的问题时，有很多优点。有限元法对复杂转子系统剖分庞大，计算结果比传递矩阵法准确，然而计算耗时长，占用内存大。现代计算机技术的发展，给有限元法提供了良好的硬件技术，目前，有限元方法得到了广泛的应用。
总而言之，国外对高速电机及相关技术的研究比较早，已经取得了很多的研究成果，而且随着新材料的不断出现，加工工艺的不断改进，技术必将以更快的速度向前推进。国内对高速电机的研究还不是很多，基本上限于功率较小的发电机或电动机。
1.3永磁材料介绍及永磁电机
永磁材料是指经外部磁场饱和充磁后，无需外部能量而提供磁场的一种特殊材
料，也称硬磁材料。
最早的永磁材料是磁铁矿，在最初的电机中，人们利用磁铁矿石建立所需要的磁场。随着科学技术的进步，永磁材料近年来开发很快，出现了性能各异的永磁材料。衡量永磁材料的好坏，主要是根据它的剩磁磁密B r、矫顽力H c、最大磁能积（BH）
和回复系数以及机械加工性能和稳定性等。现有铝镍钴、铁氧体和稀土永磁体三max
大类［7］。
永磁电机的优点有：一是取消了励磁系统损耗，提高了效率。二是励磁绕组和励磁电源，结构简单，运行可靠。三是电机的尺寸和形状灵活多样，体积小。
由于电子技术和控制技术的发展，永磁电机的控制技术亦已成熟并日趋完善。以往电机的概念和应用范围已被当今的电机大大扩展。可以毫不夸张地说，永磁电机已在从小到大，从一般控制驱动到高精度的伺服驱动，从人们日常生活到各种高精尖的科技领域作为最主要的驱动电机出现，而且前景会越来越明显。通过对感应电机和同步电机的电磁、热和机械方面的比较，指出永磁电机是应用在高速电机的最佳选择。
1.4本文研究的主要内容
本文主要针对一台已经研制成功的高速电机样机应用有限元软件进行机械特性分析，对电机进行机械特性研究的主要目的是校验转子是否能够承受所允许的应力，保证高速电机的安全运行。
（1）熟悉永磁电机的运行特点和工作原理。
（2）对高速电机转子护套和永磁体应力进行分析。
（3）采用有限元法计算护套和永磁体内的应力分布，由此保障永磁转子在高速运行时安全。
第2章高速永磁电机的基本结构
高速电机可以有多种结构形式，如感应电机，永磁电机和磁阻电机等，它们各有优缺点。从功率密度和效率来看，选择顺序为永磁电机、感应电机和磁阻电机；然而从转子机械特性来看其选择顺序需要颠倒过来，即磁阻电机、感应电机和永磁电机。在确定高速电机结构形式时，需要对其电磁特性和机械特性综合对比研究。目前中小功率高速电机采用永磁电机较多，中大功率高速电机采用感应电机较多。
高速电机主要有两个特点：一是转子的高速旋转，转速高达每分钟数万转甚至十几万转；二是定子绕组电流和铁心中磁通的高频率，一般在1000hz以上。由此决定了不同于普通电机的高速电机特有的关键技术。
2.1高速永磁电机的主要结构及特点
2.1.1定子结构
定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极和电刷装置组成。
（1）机座：既作为电机的机械支撑，又是磁极间磁通的通路。
（2）主磁极：其作用是使电枢表面的气隙磁通密度在空间按一定形状分布。通常用0.5~3mm厚的低碳钢板冲成一定形状的冲片，然后叠压形成。
（3）换向极：其作用是帮助换向。换向极的气隙通常有两处：一是极弧与电枢表面形成的气隙；另一处是换向极与磁轭接触处，常用非导磁材料垫出，以减少漏磁。
（4）定子铁心结构：高速永磁电机转速高，定子绕组电流和铁心中磁场交变频率较高。铁心中磁通的变化频率与电机的转速成正比，额定转速60000r/min的高速永磁电机定子磁场变化率是3000r/min电机频率的20倍，如铁心中的磁通密度相同，高速电机铁耗将增加50倍。为降低铁耗，目前高速电机定子铁心采用低损耗冷轧电硅钢片。
高速电机通常采用多槽、少槽和无槽三种不同类型的结构。无槽结构不产生高频齿波磁场，对减少转子损耗十分有利，但有效气隙大，气隙磁密较小，材料利用率低，需采用高性能的永磁材料。有槽结构产生的气隙磁场强，材料利用率高，但存在齿谐波磁场，转子的损耗大。本设计中，定子铁心采用六槽结构。如图2.1b所示
a b c
图2.1定子铁心结构
2.1.2转子结构
转子通常称为电枢。作用是产生电磁转矩和感应电动势，由电枢铁心和电枢绕组，换向器，轴及风扇等组成。
转子设计是高速永磁电机设计的关键。在高速永磁发电机的设计中，永磁转子结构成为首选。但是，它也有不可避免的缺点：永磁体不能承受巨大的离心力，必须采用一些高强度材料来保护。此外，高温下容易引起永磁体退磁，所以设计时要防止转子过热。
（1）电枢铁心：提供主极下磁通的通路。通常用低硅硅钢片或冷轧硅钢片叠成，片间涂绝缘漆以减少损耗。
（2）换向器：换向器是电动机的整流部分，它是用来向旋转电枢供电和向各段绕组分配电流的。电枢绕组内流过的是交变电流，而外电路是直流电，换向器即是将电源提供的直流电转换为电枢绕组中的交变电流，使电动机工作时始终按一个方向连续旋转。
（3）电枢绕组：电枢绕组是用带绝缘的铜导线绕成一个一个的线圈元件，嵌放在电枢铁心的槽中，各元件按一定的规律联结到相应的换向片上，全部这些元件就组成了电枢绕组。元件可能是多匝的，也可能只有一匝。每个元件可预先做成相同的形状，嵌放在槽中时可以彼此错开。绕组导线的截面积决定于元件内通过电流的大小。除了每层导线上都包有绝缘外，每层的各元件边外面还包有绝缘，上下层之间有绝缘垫片，最外用楔将元件压住，以免转动时元件因离心力而甩出。绕组元件被嵌放在电枢铁心的槽内，它的一个元件边被放在槽的上层，另一边嵌放在另一槽的下层，同一槽内上下二层放置了不同元件的有效边。电枢绕组可分为：单叠绕组、单波绕组、复叠绕组、复波绕组、混合绕组等。它们的主要区别在于从电刷外看进去，电枢绕组联结成了不同数目的并联支路。
（4）永磁材料的选择
衡量永磁材料的好坏，主要是根据它的剩磁磁密B r，矫顽力H c，最大磁能积(BH)max和回复系数以及机械加工性能和稳定性等。目前国内外永磁电机所采用的磁钢大致分三类：
第一类是铝镍钴系磁钢。铝镍钴是本世纪三十年代研制成功的永磁材料，主要成分是铁、铝、镍、钴。虽其具有剩磁感应强度高，机械强度良好，热稳定性好等优点，但它矫顽力低，抗退磁能力差，而且要用贵重的金属钴，成本高，这些不足大大限制了它在电机中的应用。
第二类是铁氧体永磁材料。铁氧体磁体是本世纪五十年代初开发的永磁材料，它是非金属的，包含氧化钡和氧化铁或氧化锶和氧化铁，由粉末加压烧结成型。其最大的特点是价格低廉，有较高的矫顽力，不易失磁，其不足是剩磁感应强度和最大磁能积都较低。
第三类是一些稀土合金。钐钴稀土磁材料在六十年代中期问世，它具有铝镍钴一样高的剩磁感应强度，矫顽力比铁氧体高，但钐稀土材料价格较高。80年代初钕铁硼稀土永磁材料的出现，它具有高的剩磁感应强度，高的矫顽力H c，高的磁能积(BH)max，这些特点特别适合在电机中使用。它们不足是温度系数大，居里点低，容易氧化生锈而需涂复处理。经过这几年的不断改进提高，这些缺点大多已经克服，现钕铁硼永磁材料最高的工作温度已可达180℃，一般也可达150℃，已足以满足绝大多数电机的使用要求。我国稀土蕴藏量很大，具有更高性能的稀土永磁材料还在不断被研制出来。永磁材料的发展极大地推动了永磁电机的开发应用。
（5）永磁体的保护
高速永磁电机选用的是烧结钕铁硼永磁材料，这种永磁材料能承受较大的压应力（1000mpa），但不能承受大的拉应力，其抗拉强度一般低于抗压强度的十分之一。如果没有保护措施，永磁体将无法承受转子高速旋转时产生的巨大离心力而被破坏。
目前保护永磁体的措施有两种：一种保护方法是采用碳纤维绑扎永磁体；另一种是在永磁体外加非导磁保护套。
采用碳纤维绑扎时绑扎带的厚度要小，而且不产生高频涡流损耗。但是碳纤维绑扎工艺比较复杂。为了屏蔽气隙磁场中的高次谐波，减少永磁体中的磁滞损耗，一般需要在永磁体表面放置一层薄铜片，这就进一步增加了对加工工艺的要求，而且不利于转子动平衡，碳纤维是热的不良导体，这对永磁体的散热不利。
采用非导磁保护套的方法，根据永磁体抗压性能远大于抗拉性能的特点，永磁体
与护套之间采用过盈配合，即对静态的永磁体施加一定预压应力，以抵消高速旋转时离心力产生的拉应力，并保证永磁体在转子高速旋转时始终承受适当的压应力。非导磁保护套能够对高频磁场起到一定的屏蔽作用。导热性能好，有利于永磁体的散热，但护套为导体，会产生涡流损耗。如图2.2所示
图2.2 高速永磁电机转子结构
（6）极数的选择
高速电机一般采用2极或4极结构，各有优缺点。2极电机的优点是转子永磁体可采用整体结构，保证转子经向各同性有利于转子的动态平衡，同时可减少定子绕组电流和铁心中磁场的交变频率，有利于降低高额附加损耗。2极电机的缺点是定子绕组端部较长而铁心轭部较厚。
4极电机刚好与2极电机相反，优点是定子绕组端部较短和铁心轭部较薄，缺点是永磁转子需要多块永磁体拼接，这就降低了转子的刚度，同时定子绕组电流和铁心中磁场的交变频率较高，增加了铁耗。本设计中采用的是4极结构。
在直流电动机中，电枢反应磁动势对前半极增强，对后半极去磁。对于单向旋转的永磁电机，前半极的部分或全部可采用性能较低的而价格便宜的永磁材料，如铁氧体永磁材料或者使用软铁；后半极采用高性能永磁材料，如钕铁硼永磁，就是所谓的复合磁极结构。其优点是：可以保证电机性能的前提下，减少永磁材料的用量，降低电机的成本。
（7）转子的直径和长度的选择
高速永磁电机的转速很高，一般在20000r/min以上，甚至高达十几万转，转子旋转时将产生很大的离心力。以减小离心力角度来看，高速电机转子直径应选得越小越好，所以高速电机转子一般为细长型。然而转子要有足够大的空间放置永磁体和转轴，因此，转子直径不可过小。而且为了保证转子具有足够的刚度和较高的临界转速，转子轴向不可过长。特别是采用磁悬浮轴承的高速电机转子，为了减小跨越临界转速时磁悬浮控制的难度，应采用适当的转子长径比。
2.2高速永磁电机的工作原理
电机中的电磁能与机械能的转换是在磁场中完成的。要弄清电机的工作原理和性能必须对电机的磁场有正确的了解。直流电机工作时，首先需要建立一个磁场，它可以由永久磁铁或由直流励磁的励磁绕组产生。一般前者建立的磁场比后者建立的磁场弱。本设计中采用永磁体建立磁场。
利用永久磁铁励磁，必须使永磁磁路中包含一段由其它物质所组成的磁路，这种磁路通常是气隙。气隙磁场就是由永磁体产生，工作原理与传统直流电机相同，只是主磁通由永磁体产生，因而不能人为调节。
电枢是用来产生磁通的，它由电枢铁心和绕组线圈组成。电枢铁心作为磁的通路及嵌放电枢绕组之用。当电枢在磁场中旋转时，铁心中的磁通方向不断变化，因而也会产生涡流及磁滞损耗，为了减少涡流损耗，电枢铁心一般用0.5或0.35mm厚的涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成。电枢绕组是由许多个完全相同的绕组元件按一定的规律联接起来所组成。绕组元件一般就是一个线圈，它的两个线端分别接到换向器的两个换向片上，各元件是在换向片上相互联接起来的
电枢绕组是电动机的核心部分。当电枢在磁场中旋转时，电枢绕组会感应电动势。当电枢绕组中有电流流过时，会产生电枢磁动势，它与气隙磁场相互作用，又产生电磁转矩。电动势与电流相互作用，吸收或放出电磁功率。二者同时存在构成电磁能量与机械能量的相互转换，完成电机的基本功能。电枢绕组安放在定子铁心中，永磁体固定在转子上，利用转子位置传感器检查永磁磁极的位置，据此确定定子绕组的导通状态，使电机产生稳定持续的电磁转矩。因此，电枢绕组在电机中起着重要的作用。
2.3 ANSYS软件和有限元方法简介
2.3.1 ANSYS软件
ANSYS软件诞生于上世纪七十年代，在有限元的发展史上，一直作为一个重要成员存在，在激烈的市场竞争中生存下来，并发展壮大，目前是世界上最有影响的有限元软件之一。
ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAD工具之一。软
件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。
前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力；后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。软件提供了100种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。
2.3.2 有限元方法
有限元方法的基本思想：首先将偏微分方程的边值问题等价为条件变分问题，再利用合适的单元类型对求解区域进行剖分，在单元上构造相应的插值函数，对各个单元进行分析，得到个单元内能量的表达式和单元能量对三个节点磁位的导数；然后对所有单元的分析结果进行总体合成，将能量泛函的极值问题转化为多元能量函数的极值问题，建立以各种节点磁位为变量的代数方程组，得到各节点的磁位，进而得到相应的磁场量。
主要特点是根据该方法编制的软件系统对于各种各样的电磁计算问题具有较强的适应性，通过前处理过程有效的形成方程并求解。它能方便的处理非线性介质特性，如铁磁饱和特性等。它所形成的代数方程具有系数矩阵对称正定、稀疏等特点，所以求解容易，收敛性好，占用计算机内存量也较少。这些正是有限元法能成为电气设备计算机辅助设计核心模块的优势所在。
从当前电磁计算的前沿发展来看，有限元方法不仅本身在应用方面具有很大的潜力，而且结合其他理论和方法还有广阔的发展前景。
第3章永磁发电机的机械特性分析
3.1. 基本数据
电机尺寸：（1）考虑变流器效率0.95；（2）发电机输出额定功率P N = 110.53 kW；
（3）U N = 320V；n N = 10000 r/min，cosΦ = 0.95，m = 3，2p = 8，2q=4；
（4）F = (p+q) n N /60 =(4+2) 10000/60 = 1000 Hz；定子内径D i1 = 76 mm；
（5）I N = P N /(3 U N cosΦ) = 110530/(3×320×0.95) = 121 (A)；
（6）定子极距τ=πD i1 /(2p) = π×76 / 2×4 =29.8 (mm)；
（7）旋转速度v = 2fτ/1000 = 2×1000×29.8/1000 = 59.6 (m/s)；
（8）铁心长选取l t = 125 mm；定子槽数Z1 = 6；设槽满率S f = 0.8
3.2 110kW永磁发电机的ANSYS电磁场分析
3.2.1ANSYS电磁场分析
ANSYS电磁场分析，其基本原理是将所处理的对象首先划分成有限个单元，然后根据矢量磁势或电势，继而进一步求解出其他相关量。
它的主要分析过程是：①前处理，定义物理环境，包括坐标系选用、单位制设定、有限单元选用与说明和材料特性定义等。②对问题进行几何建模，然后对求解区域用选定的单元进行划分，并对划分的单元赋予特性和进行编号。（属前处理）③施加边界条件和载荷。④求解和后处理。在这次设计中对二维静态磁场进行了分析。
3.2.2前处理
先确定关键点，ANSYS语句K, NPT, X, Y, Z选定关键点。
程序如下所示：
/UNITS,SI
/PREP7 !进入前处理
*SET,PI,2*ASIN(1)
*SET,F,1000
*SET,INFINITY,TAN(PI/2)
DX=0
DY=0
LOCAL,11,1 ！选取直角坐标系统
K,1, 0, 0 ！选取关键点
K, 10,0.0330, 30
K, 11,0.0330, -30
K, 12, 0.0330, 3.58
K, 13, 0.0330, -3.58
K, 14, 0.0341, 3.47
K, 15, 0.0341, -3.47
K, 16, 0.0360, 11.26
K, 17, 0.0360, -11.26
K, 18, 0.0710, 21.06
K, 46, 0.116, 1.649
K, 47, 0.116, -1.649
K, 48, 0.133, 0.662
K, 49, 0.133, -0.662
K, 50, 0.140, 30
K, 51, 0.140, -30
确定关键点之后，根据ANSYS语句LSTR用直线连接关键点，而语句LARC P1, P2, PC, RAD是用弧线连接关键点。P1是圆弧起点P2是圆弧终点PC是圆心RAD是圆弧半径。程序如下所示：
LARC,2,3,1,0.012 ! L1第一条线，用弧线连接关键点LSTR,2,4 ！用直线联结关键点
LARC,4,5,1,0.0255
LSTR,3,5
LSTR,5,7
LARC,6,7,1,0.031 ! L6
LSTR,4,6
LSTR,6,8
LARC,8,9,1,0.0315
LSTR,7,9 ! L10
LARC,10,12,1,0.033
LARC,12,13,1,0.033
LARC,47,41,1,0.116
LARC,35,29,1,0.116
LARC,50,51,1,0.140
LSTR,24,50 ! L55
LSTR,25,51
LSTR,16,17
得到定转子冲片的一个槽和一个极的模型，，以便将它复制一周形成所研究的定转子冲片模型图。
然后根据ANSYS语句LESIZE, NL1, SIZE, ANGSIZ, NDIV, SPACE, KFORC,LAYER1, LAYER2, KYNDIV对线进行划分，为后面的网格划分做准备。程序如下所示：
LESIZE,1,,,3 ！第一条线分3份
LESIZE,2,,,5 ！以下以此类推
LESIZE,3,,,10
LESIZE,5,,,3
LESIZE,6,,,30
LESIZE,7,,,3
LESIZE,8,,,1
LESIZE,9,,,30
LESIZE,10,,,1
LESIZE,41,,,5
LESIZE,42,,,5
LESIZE,43,,,5
LESIZE,44,,,20
LESIZE,45,,,2
LESIZE,46,,,4
然后再由线生面以形成定转子冲片模型图。首先用ANSYS语句AL选线成面，然后用语句AGEN,将面复制ITIME次，NUMMRG这条语句将所定义过的线和
面叠压以防止发生一条线有两种定义这样的错误。程序如下所示：AL,6,7,8,9,10,47
AL,34,35,36,43
AL,28,29,30,42
AL,22,23,24,41
AL,16,17,18,40
AGEN,6,1,5,1,,60 ! A6-A30
LSEL,S,,,4,12,1,1 ！选择4～12的一组线LSEL,A,,,1,3,2
LSEL,A,,,13,39,1
AL,ALL ! A31
AGEN,6,31,,,,60
CYL4,0,0,0.0320 ！产生一个圆形区域或圆柱体CYL4,0,0,0.0315
CYL4,0,0,0.0300
CYL4,0,0,0.0255
CYL4,0,0,0.0120
ASEL,S,,,50,54,1,1
AOVERLAP,all
NUMMRG,all
LSEL,S,,,271,278,1
LESIZE,ALL, , ,30, ,1, , ,1,
LSEL,S,,,279,294,1
LESIZE,ALL, , ,30, ,1, , ,1,
ALLSEL,all
Aplot
到此，前处理即建模结束，对模型的网格划分完成了，得到模型如图3.1所示
图 3.1 高速永磁电机建模图形
3.2.3求解、旋转、后处理
求解程序的操作是指定边界条件并加载后进行计算，由于要得到这些结果就需要将电机旋转，通过它的旋转来得到不同的数据，执行该程序后可得到矢量磁位、磁通密度、力密度等重要参数以及图形。
后处理是以图形方式直观地显示有限元计算结果，在本设计中，需要对电机的机械特性进行分析。
通过VLTA=2*(FAI1-FAI2)*0.94*0.125*20/(1.1111E-5)
dt=60/n*4/360 =60/60000*4/360 = 1.1111E-5
这条语句计算出相电势
TOR = FTAN*0.125*0.94 ！计算转距
PWR = TOR*2*3.1416*60000/60 ！计算功率
VWRITE,VLTA,TOR,PWR/1000 ！读出结果
通过以上语句便可知磁场如何分布，磁密分布情况等等。
由有限元方法计算出来的转矩和功率数值画出曲线图，如图3.2和3.3所示。
图3.2 输出功率图
图3.3 输出转矩图
3.3. 转子强度分析
电机在高速旋转时转子的离心力很大，当线速度达到200m/s以上时，常规叠片转子难以承受高速旋转产生的离心力，需要采用特殊高强度叠片或实心转子。对于永磁电机来说，转子强度问题更为突出。
转子强度分析的主要目的，是校验转子是否能够承受所允许的应力，保证高速电机的安全运行。由于永磁体能够承受很大的压应力而不能承受较大的拉应力，永磁体和保护套之间需要采用过盈配合，使用磁体静态承受一定的压应力，以补偿高速旋转时离心力产生的拉应力，使永磁体的拉应力在材料所允许的范围之内。需要给永磁体施加多大的预压力，永磁体和保护套之间采用多大的过盈量，是转子强度分析所要解决的问题。
设计中永磁体和护套都为环形结构，可以采用弹性力学理论进行分析。本章利用弹性力学和有限元相结合的方法分析转子强度。
3.3.1永磁体强度分析
（1）静应力（装配应力）
径向装配应力
)1(22222mo mi mi mo mo
s rm r r r r r p ---=σ (3.1)
切向装配应力： )1(22222mo mi mi mo mo s s m r r r r r p +--=θσ (3.2)
（2）工作应力
考虑旋转和温度工况，永磁体工作时的径向装配应力为：
)1(222221,r r r r r p mi mi mo mo
d rm ---=σ (3.3)
切向装配应力：
)1(222221,mo mi mi mo mo
d m r r r r r p +--=θσ (3.4)
旋转径向动应力:
][83222
22222,r r r r r r mo mi
mo mi m m d rm --++=νωρσ (3.5) 旋转切向动应力:
]331[83222
22222
,r r r r r r m m mo mi mo mi m m d m νννωρσθ++-+++= (3.6) （3）等效应力 永磁体既承受径向力又承受切向力，是一种复合应力，需要校核其等效应力，永磁体承受的等效应力在轴向的各个截面上是一致的。
由于旋转时在离心力作用下永磁体和护套产生了应变，其交接面的过盈量和压力皆发生变化，从而使永磁体的内部应力发生变化。与静态相比，永磁体承受的切向压应力减小。
建立转子应力求解程序如下：
/FILNAM,ZZ
/UNITS,SI
/PREP7
ET,1,PLANE42
KEYOPT,1,3,3
R,1,0.125
MP,EX,1,1.5E11
MP,PRXY ,1,0.3
MP,DENS,1,7600
LOCAL,11,1
K, 1,0,0,0 ！选关键点
K, 2, 0.010, 45,0
K, 3, 0.010,-45,0
K, 9, 0.025,-25,0
LARC,2,3,1,0.01
LSTR,2,4 ！直线连接关键点
永磁无刷直流电动机的基本工作原理
永磁无刷直流电动机的基本工作原理 无刷直流电动机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。 1. 电动机的定子绕组多做成三相对称星形接法，同三相异步电动机十分相似。电动机的转子上粘有已充磁的永磁体，为了检测电动机转子的极性，在电动机内装有位置传感器。驱动器由功率电子器件和集成电路等构成，其功能是：接受电动机的启动、停止、制动信号，以控制电动机的启动、停止和制动；接受位置传感器信号和正反转信号，用来控制逆变桥各功率管的通断，产生连续转矩；接受速度指令和速度反馈信号，用来控制和调整转速；提供保护和显示等等。 无刷直流电动机的原理简图如图一所示： 永磁无刷直流电动机的基本工作原理 主电路是一个典型的电压型交-直-交电路，逆变器提供等幅等频5-26KHZ调制波的对称交变矩形波。 永磁体N-S交替交换，使位置传感器产生相位差120°的U、V、W方波，结合正/反转信号产生有效的六状态编码信号：101、100、110、010、011、001，通过逻辑组件处理产生T1-T4导通、T1-T6导通、T3-T6导通、T3-T2导通、T5-T2导通、T5-T4导通，也就是说将直流母线电压依次加在A+B-、A+C-、B+C-、B+A-、C+A-、C+B-上，这样转子每转过一对N-S极，T1-T6功率管即按固定组合成六种状态的依次导通。每种状态下，仅有两相绕组通电，依次改变一种状态，定子绕组产生的磁场轴线在空间转动60°电角度，转子跟随定子磁场转动相当于60°电角度空间位置，转子在新位置上，使位置传感器U、V、W按约定产生一组新编码，新的编码又改变了功率管的导通组合，使定子绕组产生的磁场轴再前进60°电角度，如此循环，无刷直流电动机将产生连续转矩，拖动负载作连续旋转。正因为无刷直流电动机的换向是自身产生的，而不是由逆变器强制换向的，所以也称作自控式同步电动机。 2. 无刷直流电动机的位置传感器编码使通电的两相绕组合成磁场轴线位置超前转子磁场轴线位置，所以不论转子的起始位置处在何处，电动机在启动瞬间就会产生足够大的启动转矩，因此转子上不需另设启动绕组。 由于定子磁场轴线可视作同转子轴线垂直，在铁芯不饱和的情况下，产生的平均电磁转矩与绕组电流成正比，这正是他励直流电动机的电流-转矩特性。 电动机的转矩正比于绕组平均电流： Tm=KtIav （N·m） 电动机两相绕组反电势的差正比于电动机的角速度： ELL=Keω （V） 所以电动机绕组中的平均电流为： Iav=（Vm-ELL）/2Ra （A） 其中，Vm=δ·VDC是加在电动机线间电压平均值，VDC是直流母线电压，δ是调制波的占空比，Ra为每相绕组电阻。由此可以得到直流电动机的电磁转矩： Tm=δ·（VDC·Kt/2Ra）-Kt·（Keω/2Ra） Kt、Ke是电动机的结构常数，ω为电动机的角速度（rad/s），所以，在一定的ω时，改变占空比δ，就可以线性地改变电动机的电磁转矩，得到与他励直流电动机电枢电压控制相同的控制特性和机械特性。
永磁同步电机驱动系统
永磁同步电机驱动系统 架线式电机车是煤矿井下和地面原煤运输和辅助运输的重要设备，被煤矿企业广泛应用。由于现有电机车大都采用直流电机驱动，存在维护工作量大、维修费用高、能量损耗大及相关配套人员量大等缺点，致使电机车使用效率低下，使用费用很高。本项目是针对架线式电机车的现状，开发适用以架线式电机车的永磁同步电动机及其控制装置。采用IGBT或IPM实现逆变器主电路，设计优良的IGBT或IPM驱动电路，保证开关器件工作的安全、可靠。选用高性能数字信号处理器为核心，设计专用控制器，实现电机车的传动控制和工艺控制。 本项目研制成功将会给架线式电机车带来全新的变化，大大提高系统的运行效率和控制性能，延长架线式电机车的使用周期，起到节能的效果，也有效减少维修工作量。 1、国内外现状 电机车是煤矿井下和地面广泛应用的运输设备，现在直流电机驱动设备每年使用费用很高。而现有的电机车驱动及其控制技术共有三代五个阶段：第一代技术为串励式直流电动机及其控制：这一代技术又经历了三个阶段，第一个阶段为电阻调速，存在调速性能差（为有极调速）、能耗大、电机易损、机械磨损大，以上问题直接导致维护工作量和维护费用高；第二个阶段为可控硅斩波调速，第三个阶段为IGBT斩波调速，第二和第三阶段相对于第一阶段仅解决了一个无极调速问题，能量损耗相对于第一阶段要小点，但其他问题均没有解决。 第二代技术为三相异步电动机及其控制，主要采用变频技术进行。由于三相异步电动机的效率较低，变频技术在车辆上应用故障高，而且异步电动机起步转矩较低，不符合煤矿电机车运行环境。目前机车应用的异步电动机存在诸多问题，暂不符合大面积推广使用技术条件。 第三代技术为永磁同步电动机及其控制技术，就是现在在做的技术。在同步电动机中用永磁体取代传统的电激磁磁极，简化了结构，消除了转子的滑环、电刷，实现了无刷结构，缩小了转子体积；省去了激磁直流电源，消除了激磁损耗和发热。在交流驱动中，永磁同步电动机具有结构简单、坚固耐用，工作可靠，
大功率高速永磁同步电机的设计与分析
大功率高速永磁同步电机的设计与分析 发表时间：2016-07-19T10:13:33.690Z 来源：《电力设备》2016年第8期作者：陆焕瑞王钢汪佳龙[导读] 从安全性、可靠性、稳定性、准确性等方面入手，通过自主研发，以此来研制出满足用户要求的高性能产品。陆焕瑞王钢汪佳龙(上海海事大学上海 201306) 摘要：针对西气东输过程中的10MW级变频驱动压缩机组(PDS)中，对高速直驱电动机的技术、结构和组成的要求，提出了大功率高速永磁同步电机的研制方案。本文尝试以10MW等级调速范围3120~4800rpm和额定频率160Hz的技术要求，来设计适合西气东输PDS中的大功率高速永磁同步电机。本文主要以Ansoft软件来设计电机，通过选择合适的技术参数来完成相应的设计。 关键词：PDS组，大功率，高速，永磁同步电机，Ansoft，设计与分析1 引言 根据10 MW级变频电驱压缩机组中压大功率变频调速驱动系统(简称PDS)国产化研制及应用的项目背景，提出了10MW级变频电驱系统的技术要求，通过比较分析市场各种变频器的结构特点和国产变频电驱系统技术力量，电机通常为正压通风防爆无刷励磁同步电机，一般有低速(1000~1500 r/min)加齿轮箱和4500~5200 r/min与压缩机高速直联驱动2种方式。由于国内厂家没有成熟的产品和应用业绩，主要由SIEMENS，ABB，TEMEI。由于变频永磁同步电机能够通过降低输入电压频率实现自起动，而内置的永磁体能够提供磁通以及产生相应的同步转矩，这样可以保证电机稳定运行时为同步电机运行状态。同时对于电机来说无需励磁电流，大大减少了定子上电流以及相应的损耗，并且在转子上几乎无电流以及铜耗。因此与传统的感应电机和励磁电机相比，具有效率高、功率因数高的优点。 2 大功率高速永磁同步电机的设计2.1 主要设计特点永磁同步电机的定子一般与相应的异步电机的定子冲片相同，最主要的是对转子的设计。本文设计的大功率高速永磁同步电机的使用场合较为特殊，对于这样的大电机要求运行可靠、大功率、高转速、高效率、防爆要求较高。所以不仅要设计合理的电磁磁路，又要在相应的技术参数基础上(机、电、热、材料、工艺、环境)对电机的性能进行改善。所以在设计过程中要综合以下方面综合考虑：(1)高压变频 高压变频起动永磁同步电机无需起动绕组，这样需要大功率的变频器来与之相匹配，同样还要加强电气强度，提高安全系数。 (2)大容量 电机为4级，定子额定电流约为660A，额定电压约为10kV,额定功率约为10MW，定子绕组采用Y型连接方式，相数为3相，额定频率为160Hz，额定转矩为20 。 (3)高转速 电机额定转速约为4800rpm，功率大、效率高、转速高，调速宽而且能持续运行。结合实际大功率高速永磁电机技术水平，合理选择驱动压缩机方式。 (4)防爆 天然气是极易发生燃烧爆炸的气体，所以对电机要进行防爆措施，选择合适的材料以及防爆等级。 (5)冷却 中小功率电机一般是利用空气进行通风冷却，但随着单机容量的增加，大功率高速电机的散热面积和风路安排受到诸多限制，使通风冷却较为困难。所以，为了保证电机温升不超过允许值需要用不同的冷却方式和通风系统。一般采用水风混合冷却，即内循环冷却采用水冷，外循环冷却采用风冷。 2.2 定转子设计 图1 定转子结构主要计算公式：
永磁直流电机设计
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)
270V高压大功率永磁同步电机驱动器设计
270V高压大功率永磁同步电机驱动器设计 摘要：近年来270V高压直流供电体制在各种装备上开始大量应用，本文给出了 一种由TMS320F2812、高精度转子位置速度检测装置及高压MOS管组成的高压 大功率永磁同步电机驱动控制方案，详细描述了系统的硬件组成和软件设计结构。试验结果表明，该系统较好的解决了高压供电带来的干扰问题，具有调速性能良好、效率高、抗干扰能力强等特点，满足型号的使用要求。 关键词：270V高压；永磁同步电机驱动器；抗干扰 0 引言 随着我国对高压直流电源系统的深入研究，新一代装备已开始采用270V高压直流供电系统，这种新型电源体制不但具有传输功率大、传输效率高、供电可靠 性高和电源配电重量轻的特点，而且还将大大减小低压直流供电系统的电器设备 的大电流电弧干扰，提高了武器装备的综合能力[1]。 本文给出了一种由TMS320F2812、高精度转子位置速度检测装置及高压MOS 管组成的大功率PMSM驱动控制方案，详细叙述了系统的硬件组成和软件设计结构。并在此基础上，设计了一套大功率PMSM驱动控制系统，该系统具有调速性 能良好，效率高等特点，满足型号的使用要求。 1 系统总体设计 1.1 永磁同步电机（PMSM）数学模型 永磁同步电机由于具备小体积、高效率及功率密度、调速性能良好等优点得 到了越来越广泛的应用。PMSM的数学模型包括电动机的运动方程，物理方程和 转矩方程，这些方程是永磁同步电机数学模型的基础。控制对象的数学模型能够 准确的反应被控系统的静态和动态特性。为方便分析，先做以下假设[2~4]： 1）磁路不饱和，即电机电感大小不受电流变化影响，不计涡流和磁滞损耗； 2）忽略齿槽、换相过程和电枢反应等的影响； 3）三相绕组完全对称，永久磁钢的磁场沿气隙周围正弦分布； 4）电枢绕组在定子内表面均匀连续分布； 5）驱动开关管和续流二极管为理想元件。 优化设计后的永磁同步电机经过Park变换后，其dq坐标系下的数学模型可 表示为方程式： 式1.1 式1.2 式1.3 式中：、—定子电压dq轴分量；、—定子电流dq轴分量； —定子电阻；—转子极对数； —转子角速度；—定子电感； —电磁转矩；—永磁体产生的磁链，为常数； 从电磁转矩方程可以看出只要能准确地检出转子空间位置（d轴），通过控 制逆变器使三相定子的合成电流在q轴上，那么永磁同步电机的电磁转矩只与定 子电流的幅值成正比，即控制定子电流的幅值，就能很好地控制电磁转矩。 1.2 驱动控制策略 永磁同步电机的控制策略有很多种，如直接转矩控制、转子磁场定向控制等[5~6]，本系统采用转子磁场定向控制，其基本原理是通过坐标变换，在转子磁场 定向的同步坐标系上对电机的磁场电流和转矩电流进行解耦控制，使其具有和传
直流无刷电机与永磁同步电机区别
通常说的交流永磁同步伺服电机具有定子三相分布绕组和永磁转子，在磁路结构和绕组分布上保证感应电动势波形为正弦，外加的定子电压和电流也应为正弦波，一般靠交流变压变频器提供。永磁同步电机控制系统常采用自控式，也需要位置反馈信息，可以采用矢量控制（磁场定向控制）或直接转矩控制的先进控制方式。 两者区别可以认为是方波和正弦波控制导致的设计理念不同。最后明确一个概念，无刷直流电机的所谓“直流变频”实质上是通过逆变器进行的交流变频，从电机理论上讲，无刷直流电机与交流永磁同步伺服电机相似，应该归类为交流永磁同步伺服电机；但习惯上被归类为直流电机，因为从其控制和驱动电源以及控制对象的角度看，称之为“无刷直流电机”也算是合适的。 无刷直流电机通常情况下转子磁极采用瓦型磁钢，经过磁路设计，可以获得梯形波的气隙磁密，定子绕组多采用集中整距绕组，因此感应反电动势也是梯形波的。无刷直流电机的控制需要位置信息反馈，必须有位置传感器或是采用无位置传感器估计技术，构成自控式的调速系统。控制时各相电流也尽量控制成方波， 逆变器输出电压按照有刷直流电机PWM的方法进行控制即可。 本质上，无刷直流电动机也是一种永磁同步电动机，调速实际也属于变压变频调速范畴。通常说的永磁同步电动机具有定子三相分布绕组和永磁转子，在磁路结构和绕组分布上保证感应电动势波形为正弦，外加的定子电压和电流也应为正弦波，一般靠交流变压变频器提供。永磁同步电机控制系统常采用自控式，也需要位置反馈信息，可以采用矢量控制（磁场定向控制）或直接转矩控制的先进控制 策略。 两者区别可以认为是方波和正弦波控制导致的设计理念不同。 最后纠正一个概念，“直流变频”实际上是交流变频，只不过控制对象通常称之为“无刷直流电机”。 仅对电机结构而言，二者确实相差不大，个人认为二者的区别主要在于： 1 概念上的区别。无刷直流电机指的是一个系统，准确地说应该叫“无刷直流电机系统”，它强调的是电机和控制器的一体化设计，是一个整体，相互的依存度非常高，电机和控制器不能独立地存在并独立工作，考核的也是他们整体的技术性能。而交流永磁同步电机指的是一台电机，强调的是电机本身就是一台独立的设备，它可以离开控制器或变频器而独立地存在独立地工作。 2 从设计和性能角度上看，“无刷直流电机系统”设计时主要考虑将普通的机械换向变为电子换向后如何还能保持机械换向电机的优点，考核的重点也是系统的直流电机特性，如调速特性等；而交流永磁同步电机设计主要着重电机本身的性能，特别是交流电机的性能，如电压的波形、电机的功率因数、效率功角特性等。 3 从反电势波形看，无刷直流电机多为方波，而交流永磁同步电机反电势波形多为正弦波。 4 从控制角度看无刷直流电机系统基本不用什么算法，只是依据转子位置考虑给那个绕组通电流即可，而交流永磁同步电机如果需要变频调速则需要一定的算法，需要考虑电枢电流的无功和有功等。 5 关于“那么三相无刷直流电机能不能使用三相正弦交流电呢如果可以，霍耳器件是否可以不用了” 从原理上讲，三相无刷直流电机使用三相正弦交流电是可以运行的，只不过是运行性能可能很差，如果三相无刷直流电机的反电势波形为方波，则使用三相正弦交流电时会产生很大的谐波损耗，温升很高。是否需要霍耳器件与使用什么电源（三相正弦交流电或方波脉冲电源）无关，而与电机的控制算法、控制策略及控制方式等因素有关，如果是用无位置传感
无刷直流永磁电动机设计流程和实例
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
直流无刷电机与永磁同步电机区别
无刷直流电机通常情况下转子磁极采用瓦型磁钢，经过磁路设计，可以获得梯形波的气隙磁密，定子绕组多采用集中整距绕组，因此感应反电动势也是梯形波的。无刷直流电机的控制需要位置信息反馈，必须有位置传感器或是采用无位置传感器估计技术，构成自控式的调速系统。控制时各相电流也尽量控制成方波，逆变器输出电压按照有刷直流电机PWM的方法进行控制即可。本质上，无刷直流电机也是一种永磁同步电动机，调速实际也属于变压变频调速范畴。 通常说的交流永磁同步伺服电机具有定子三相分布绕组和永磁转子，在磁路结构和绕组分布上保证感应电动势波形为正弦，外加的定子电压和电流也应为正弦波，一般靠交流变压变频器提供。永磁同步电机控制系统常采用自控式，也需要位置反馈信息，可以采用矢量控制（磁场定向控制）或直接转矩控制的先进控制方式。 两者区别可以认为是方波和正弦波控制导致的设计理念不同。最后明确一个概念，无刷直流电机的所谓“直流变频”实质上是通过逆变器进行的交流变频，从电机理论上讲，无刷直流电机与交流永磁同步伺服电机相似，应该归类为交流永磁同步伺服电机；但习惯上被归类为直流电机，因为从其控制和驱动电源以及控制对象的角度看，称之为“无刷直流电机”也算是合适的。 无刷直流电机通常情况下转子磁极采用瓦型磁钢，经过磁路设计，可以获得梯形波的气隙磁密，定子绕组多采用集中整距绕组，因此感应反电动势也是梯形波的。无刷直流电机的控制需要位置信息反馈，必须有位置传感器或是采用无位置传感器估计技术，构成自控式的调速系统。控制时各相电流也尽量控制成方波， 逆变器输出电压按照有刷直流电机PWM的方法进行控制即可。 本质上，无刷直流电动机也是一种永磁同步电动机，调速实际也属于变压变频调速范畴。通常说的永磁同步电动机具有定子三相分布绕组和永磁转子，在磁路结构和绕组分布上保证感应电动势波形为正弦，外加的定子电压和电流也应为正弦波，一般靠交流变压变频器提供。永磁同步电机控制系统常采用自控式，也需要位置反馈信息，可以采用矢量控制（磁场定向控制）或直接转矩控制的先进控制 策略。 两者区别可以认为是方波和正弦波控制导致的设计理念不同。 最后纠正一个概念，“直流变频”实际上是交流变频，只不过控制对象通常称之为“无刷直流电机”。 仅对电机结构而言，二者确实相差不大，个人认为二者的区别主要在于： 1 概念上的区别。无刷直流电机指的是一个系统，准确地说应该叫“无刷直流电机系统”，它强调的是电机和控制器的一体化设计，是一个整体，相互的依存度非常高，电机和控制器不能独立地存在并独立工作，考核的也是他们整体的技术性能。而交流永磁同步电机指的是一台电机，强调的是电机本身就是一台独立的设备，它可以离开控制器或变频器而独立地存在独立地工作。 2 从设计和性能角度上看，“无刷直流电机系统”设计时主要考虑将普通的机械换向变为电子换向后如何还能保持机械换向电机的优点，考核的重点也是系统的直流电机特性，如调速特性等；而交流永磁同步电机设计主要着重电机本身的性能，特别是交流电机的性能，如电压的波形、电机的功率因数、效率功角特性等。 3 从反电势波形看，无刷直流电机多为方波，而交流永磁同步电机反电势波形多为正弦波。 4 从控制角度看无刷直流电机系统基本不用什么算法，只是依据转子位置考虑给那个绕组通电流即可，而交流永磁同步电机如果需要变频调速则需要一定的算法，需要考虑电枢电流的无功和有功等。
永磁电机磁路结构和设计计算
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
高速永磁电机
摘要 高速电机现正成为电机领域的研究热点之一。其主要特点有两个：一是转子的高速旋转；二是定子绕组电流和铁心中磁通的高频率。由此决定了不同于普通电机的高速电机特有的关键技术。本文针对一台已经研制出的100KW高速永磁电机的机械特性进行了分析研究。主要包括以下内容： 首先，对高速永磁电机的定子、转子结构，工作原理和ANSYS软件进行了简单的介绍。定子主要由机座、主磁极、换向极和电刷装置组成，作用是产生磁场。转子由电枢铁心和电枢绕组，换向器，轴及风扇等组成，作用是产生电磁转矩和感应电动势。电机中的电磁能与机械能的转换是在磁场中完成的，本设计中采用永磁体建立磁场，完成能量的转换。 其次，对高速永磁电机的转子强度进行了分析。基于弹性力学理论和有限元接触理论建立了高速永磁转子应力计算模型，确定了护套和永磁体之间的过盈量，分析了永磁体和护套的强度。永磁体与护套之间采用过盈配合，用护套对永磁体施加静态预压力抵消高速旋转产生的拉应力，使永磁体高速旋转时仍能承受一定的压应力，从而保证永磁转子的安全运行。 关键词：高速永磁电机，转子强度，ANSYS软件
Abstract The high-speed electrical motors are now becoming one of the hot areas of research. There are two main features: First, the rotor high-speed rotation and the other is the stator windings current and iron hearts of the high-frequency magnetic flux. This decision is different from the ordinary high-speed electrical motor unique key technologies. This paper has developed a 100 KW of high-speed permanent magnet motor of the mechanical properties of the analysis. Mainly include the following: First, It is the simple introduction to the high-speed permanent magnet motor stator and rotor structure, working principle and ANSYS software. Stator mainly consists of the main magnetic pole, and brush, acting as generating the magnetic field. Rotor consists of the armature core and armature winding, commentator, shaft and fan, and other components, acting a role in the electromagnetic torque sensors and EMF. The conversion between the electromagnetic energy and mechanical energy is completed in the magnetic field, and permanent magnet was applied in this designing to establish magnetic field to complete the conversion of energy. Secondly, the analysis of the rotor strength of the high-speed permanent magnet motor. On the basis the elasticity theory and finite element contact theory established a high-speed permanent magnet rotor stress model to determine the sheath between the permanent magnet and a win amount of sheathing and the permanent magnet strength. Permanent magnet and used between the jacket fit, with the permanent magnet sheath static pre-imposed pressure to offset high-speed rotation of the stress so that the permanent magnet can bear a certain stress at high-speed rotation, thus ensuring permanent magnet rotor the safe operation. Key words:high-speed permanent magnet motor, the rotor strength, ANSYS software
Ansoft永磁同步电机 设计 报告
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。
高速永磁电动机设计的关键问题
中图分类号!!"#(*!!!!!!文献标识码!)!!!!!!文章编号!*++*,-.$."’++-#+.,+++-,+$ 高速永磁电动机设计的关键问题 黄允凯!余!莉!胡虔生 !东南大学电气工程系"南京!’*++‘- #摘!要!高速电机具有功率密度大!尺寸小!响应快!可直接与高速机械设备连接等优点"永磁电机因其高效率!高功率因数等特点成为高速电机研究的热点"该文详细讨论了高速永磁电机设计应考虑的关键问题#包括材料选取!铁耗计算方法!转子结构和轴承选取等"关键词!高速$永磁电机$材料$铁耗$轴承$设计 9%0A B C4#C 0A D %*)(A #C 0E #*F A B G H ’I %%DJ %*K )C %C (L )B C %(L #(#*00?)8A f :4,X J <"f ?=<"0?g
直流无刷电机与永磁同步电机的比较
直流无刷电机BLDCM与永磁同步电机PMSM的比较 直流无刷电机BLDCM Brushless Direct Current Motor 永磁同步电机(交流无刷电机) PMSM(BLACM) Permanent Magnet Synchronous Motor (Brushless Alternating Current Motor) 1 PMSM和BLDCM相同点和不同点 1.1 PMSM和BLDCM的相似之处 两者其实都是交流电机，起源不同但从结构上看，两者非常相似。 PMSM起源于饶线式同步电机，它用永磁体代替了绕线式同步电机的激磁绕组，它的一个显著特点是反电势波形是正弦波，与感应电机非常相似。在转子上有永磁体，定子上有三相绕组。BLDCM起源于永磁直流电机，它将永磁直流电机结构进行“里外翻”，取消了换相器和电刷，依靠电子换相电路进行换相。转子上有永磁体，定子上有三相绕组。 1.2 PMSM和BLDCM的不同之处 反电势不同，PMSM具有正弦波反电势，而BLDCM具有梯形波反电势。 定子绕组分布不同，PMSM采用短距分布绕组，有时也采用分数槽或正弦绕组，以进一步减小纹波转矩。而BLDCM采用整距集中绕组。 运行电流不同，为产生恒定电磁转矩，PMSM需要正弦波定子电流；BLDCM需要矩形波电流。PMSM和BLDCM反电势和定子电流波形如图1所示。 永磁体形状不同，PMSM永磁体形状呈抛物线形，在气隙中产生的磁密尽量呈正弦波分布；BLDCM永磁体形状呈瓦片形，在气隙中产生的磁密呈梯形波分布。 运行方式不同，PMSM采用三相同时工作，每相电流相差120°电角度，要求有位置传感器。BLDCM采用绕组两两导通，每相导通120°电角度，每60°电角度换相，只需要换相点位置检测。正是这些不同之处，使得在对PMSM和BLDCM的控制方法、控制策略和控制电路上有很大差别。 2 PMSM和BLDCM特性分析 2.1按照空间应用中最关心的特性：功率密度、转矩惯量比、齿槽转矩和转矩波动、反馈元
永磁同步伺服电机(PMSM)驱动器原理
永磁同步伺服电机（PMSM）驱动器原理 来源：开关柜无线测温 https://www.360docs.net/doc/646256575.html, 摘要：永磁交流伺服系统以其卓越的性能越来越广泛地应用到机器人、数控等领域，本文对其驱动器的功能实现 做了简单的描述，其中包括整流部分的整流过程、逆 变部分的脉宽调制（PWM）技术的实现、控制单元相应 的算法等三个部分。 关键词： DSP 整流逆变 PWM 矢量控制 1 引言 随着现代电机技术、现代电力电子技术、微电子技术、永磁材料技术、交流可调速技术及控制技术等支撑技术的快速发展，使得永磁交流伺服技术有着长足的发展。永磁交流伺服系统的性能日渐提高，价格趋于合理，使得永磁交流伺服系统取代直流伺服系统尤其是在高精度、高性能要求的伺服驱动领域成了现代电伺服驱动系统的一个发展趋势。永磁交流伺服系统具有以下等优点：（1）电动机无电刷和换向器，工作可靠，维护和保养简单；（2）定子绕组散热快；(3)惯量小，易提高系统的快速性；（4）适应于高速大力矩工作状态；（5）相同功率下，体积和重量较小，广泛的应用于机床、机械设备、搬运机构、印刷设备、装配机器人、加工机械、高速卷绕机、纺织机械等场合，满足了传动领域的发展需求。 永磁交流伺服系统的驱动器经历了模拟式、模式混合式的发展后，目前已经进入了全数字的时代。全数字伺服驱动器不仅克服了模拟式伺服的分散性大、零漂、低可靠性等确定，还充分发挥了数字控制在控制精度上的优势和控制方法的灵活，使伺服驱动器不仅结构简单，而且性能更加的可靠。现在，高性能的伺服系统，大多数采用永磁交流伺服系统其中包括永磁
同步交流伺服电动机和全数字交流永磁同步伺服驱动器两部分。伺服驱动器有两部分组成：驱动器硬件和控制算法。控制算法是决定交流伺服系统性能好坏的关键技术之一，是国外交流伺服技术封锁的主要部分，也是在技术垄断的核心。 2 交流永磁伺服系统的基本结构 交流永磁同步伺服驱动器主要有伺服控制单元、功率驱动单元、通讯接口单元、伺服电动机及相应的反馈检测器件组成，其结构组成如图1所示。其中伺服控制单元包括位置控制器、速度控制器、转矩和电流控制器等等。我们的交流永磁同步驱动器其集先进的控制技术和控制策略为一体，使其非常适用于高精度、高性能要求的伺服驱动领域，还体现了强大的智能化、柔性化是传统的驱动系统所不可比拟的。 目前主流的伺服驱动器均采用数字信号处理器（DSP）作为控制核心，其优点是可以实现比较复杂的控制算法，事项数字化、网络化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模块（IPM）为核心设计的驱动电路,IPM内部集成了驱动电路,同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路,在主回路中还加入软启动电路,以减小启动过程对驱动器的冲击。 图1 交流永磁同步伺服驱动器结构 伺服驱动器大体可以划分为功能比较独立的功率板和控制板两个模块。如图2所示功率板（驱动板）是强电部，分其中包括两个单元，一是功率驱动单元IPM用于电机的驱动，二是开关电源单元为整个系统提供数字和模拟电源。 控制板是弱电部分，是电机的控制核心也是伺服驱动器技术核心控制算法的运行载体。控制板通过相应的算法输出PWM信号，