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三相永磁同步电动机的设计
摘要
随着社会主义现代化步伐的不断迈进，我国在机械制造业有了突飞猛进的飞速发展， 再加上计算机和软件技术的加入，更使机械制造业锦上添花，取得了众多令人欣喜的成果。 本文在 ANSYS 软件基础上，实现对三相永磁同步电动机设计中相关核心分析工作，并得 到更加精确的结果；使用 ANSYS 进行电动机设计可以缩减电动机的设计周期，降低产品研 发经费。本文运用 ANSYS 软件建立三相永磁同步电动机的模型，将软件中的 RMxprt 电机 模块直接导入到 Maxwell 2D 模块中，进而构建一个完整的仿真系统。对有限元进行计算 仿真，可以得到瞬态电磁场有限元分析结果。再通过对仿真结果分析，可以进一步的优化 电动机设计，为深入研究提供重要理论依据，为工业化的进步作出贡献。 关键词：三相永磁同步电动机 ANSYS 软件 电磁场 有限元分析法
近些年来，我国在三相永磁同步电动机项目中逐渐克服诸多技术难点，快速发展。如 今更是在石油化工、煤炭钢铁、电力电工、建筑建材、生物医学、机械器械等各种行业广 泛应用。三相永磁同步电动机有着起动性能优良、机械特性硬、功率因数高、节能性强、 同步性卓越、运行稳定可靠、维护方便、安装简单、寿命长以及转速严格与电网频率成比 例等诸多优点。使其能够在当今强调节约材料、节省能量、绿色环保的社会上得到蓬勃稳 健的发展。
中国电机的能效水平普遍在标准水平，平均效率约不高。因此我国有必要开发和推广 高效，超节能的电机。电机节能主要有两种方式：一种是合理地优化电机的运行方式，提 高电机负载性能，能够随时应对不同情况的负载；另一种方式是，将电机本体结构进行优 化升级，或是全新从无到有的过程设计新型电机结构来对系统的效率进行提高。虽然运行 控制策略可以提高系统效率，但是会导致能耗损失大。所以在电机本体结构的优化设计才 是提升电机系统水平的关键。永磁电动机因为节能效果明显而受到国内外研究人员的广泛 关注。
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论文题目：三相永磁同步电动机的设计
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2.1 三相永磁同步电动机的结构...........................................................................................3 2.2 三相永磁同步电动机的工作原理...................................................................................4 三、三相永磁同步电动机的电磁设计 ......................................................................................... 4 3.1ANSYS 软件介绍以及电动机设计基本流程..................................................................4 3.2 电机模型的建立 .............................................................................................................. 6 四、仿真结果分析 ......................................................................................................................... 9 五、总结 ....................................................................................................................................... 12 参考文献 ....................................................................................................................................... 13
目录
一、引言 ......................................................................................................................................... 1 二、 三相永磁同步电动机的结构及其工作原理 ....................................................................... 2
ANSYS 软件为当前主流的通用分析工具，其属于有限元分析类软件。是目前解决结 构、流体、热、电力、磁场、碰撞以及声学等诸多问题的行之有效的软件之一。在航空航 天、桥梁建筑、汽车工业、生物医学、电子微机、机械器械等领域有着广泛应用。该软件 中进行业务处理主要是基于前处理，分析计算与后处理这几个功能模块共同完成。在电机 设计中，ANSYS 软件中领先的基于物理原型的解决方案能够快速精确地仿真和验证各种 电机方案。而且是全集成化的设计环境，能在电路、电磁场等电机相关设计中发挥出超强 的应用能力。进行电机设计需要对电磁场效应中涉及的细节多加关注，以保证通过该软件 设计的电机在性能方面更加稳定。使得运用快捷方便的 ANSYS 软件能够让设计者降低设 计风险、增加竞争优势、缩短研发周期和降低研发费用。设计者可以直接采用软件中提供 的 RMxprt 电机模块，并建立相应的电动机分析模型，进行求解，通过后处理可以直观地 看出三相永磁同步电动机原理、磁密和内部磁力线分布以及电动机相关参数特性曲线图， 提供的计算方法也能够更快速准确的计算其径向力、转矩、电压、电流、磁密等相关参数。 因此，通过 ANSYS 对电机进行设计时能够实现对不同结构与形式的永磁电机设计，主要 依靠其优秀的灵敏度分析与优化分析能力，设计时先在软件中建立模型然后可进行求解， 根据模型结果能够计算出相关分布数据主要包括有磁密、磁场、磁场强度、转矩以及电磁 力等数据结果，并得到最终的彩色云图与单元列表。
一、引言
随着世界经济的飞速发展，对能源的需求也大大的增加。能源问题已成为影响各国经 济发展速度的战略问题。 中国在世界被称为电机制造基地，现有各类电动机系统总装机 容量近 10 亿千瓦，但是目前电机平均效率比发达国家低，运行效率与国外先进水平也有 不小差距，因此，电动机既是耗电大户，也是最具有节能潜力的领域。