近日我发现一个有趣的情况:很多设计人员会使用软件计算结果,但是结果出来之后不知道该怎么分析,怎么优化。在此,有必要普及一下电机电磁场设计的基本流程,供大家参考。
1. 磁路设计流程
A. 根据已有类似产品尺寸、性能、及设计目标,初步确定定子内径、外径,极数、铁芯长度;
B. 预估定子齿宽,根据已有产品初步设定定子槽口宽度、槽肩高度等槽型尺寸;
C. 根据已有类似产品初选线径、每相串联匝数;
D. 根据现有工艺水平及目标电机效率水平,确定槽满率,初选定子槽底圆直径,确定槽面积;
E. 根据类似产品初定转子磁钢极弧系数,磁钢厚度;
F. Rmxprt计算,输出电机电阻、电感模型,供Maxwell使用。
2. 静磁场设计
A. 通过静磁场计算,计算各部分磁路磁感应强度B,确保B在合理范围,避免磁感太高导致局部饱和,铁损增高;
B. 根据计算所得B值,调整齿宽、槽肩高度、厄部宽度等尺寸,避免平均磁密过高;
C. 计算气隙磁密Bg,提取气隙磁密波形,确保Bg在合理水平;
D. 计算空载漏磁系数,确保漏磁系数在合理水平;
E. 根据气隙磁密、磁密波形、漏磁系数,调整优化磁钢极弧系数,磁化方向长度;
F. 输出高质量剖分网格,供瞬态场计算使用;
G. 计算交直轴电感Ld、Lq,供控制使用。
3. 瞬态场计算
3.1 空载瞬态场
A. 通过瞬态场空载计算,得出电机空载反电动势幅值,波形,齿槽转矩波形,反电势系数Ke;
B. 根据计算所得反电势波形、齿槽转矩波形,通过调整优化转子磁钢极弧系数,定子槽口区域形状优化,磁钢内外弧偏心处理等措施,尽量抑制齿槽转矩幅值,优化反电势波形;
C. 通过空载瞬态场计算,铁芯损耗Pfe,并根据计算结果调整齿部、厄部磁路尺寸,优化铁损。
3.2 负载瞬态场
A. 通过负载瞬态场计算,得出不同负载、不同转速下负载相电流,负载转矩、转速,负载铁损,负载铜损等参数,从而计算出各负载点及转速点电机效率,并评估设计目标是否完成;
B. 负载气隙磁密计算,确定负载磁钢工作点,及磁钢材料利用率;
C. 根据计算所得相电流、额定转矩,计算负载转矩系数Kt,供控制使用;
D. 必要时根据负载相电流计算值,代入静磁场重复计算Ld、Lq电感,供控制使用;
E. 进行最大负载最高转速计算,评估最高标称转速最大帯载能力;
F. 进行极限负载最高转速计算,计算极限负载下磁钢工作点,进行退磁评估。
4. 参数化设计
A. 每相串联匝数决定反电势系数Ke、转矩系数Kt值,最终决定一定电压下电机能够运行的最高转速及最大负载,即电机的帯载能力;
B. 通常设计电机在额定电压,额定转矩下最高运行转速不弱磁下可以达到标称运行转速,此时Ke约为0.65;
C. 当定子槽面积较大,槽满率较低时,适当增加每相串联匝数,加大线径,提高Ke,可以适当提高电机效率,但电机运行转速范围缩小,恒转矩运行范围缩小,高速时需弱磁调速;
D. 冲片相同时、槽满率相近、铁芯厚度相同时,绕组参数调整对同样负载点电机效率影响较小。