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异步起动永磁同步电动机是一种转子上放置鼠笼绕组、在工频下可以自行起动的永磁同步电动机,又称为直接起动永磁同步电动机(Line-Start Permanent Magnet Synchronous Motors,LS-PMSM)。经过近20年的发展,尤其是因为高性能永磁材料钕铁硼的发展和应用,LS-PMSM既具有永磁同步电动机效率高、功率密度大、成本低、节能效果好等优点,又具备异步电动机起动方便、起动转矩倍数高和过载能力强的优点,在某些特殊用途场合,如节能潜力大和对起动转矩倍数、过载能力有很高要求的场合,有替代鼠笼转子异步电动机的趋势。因此,LS-PMSM的设计也备受关注。本文重点研究LS-PMSM的设计特点,开发LS-PMSM CAD系统及LS-PMSM样机。
本论文通过对电机计算机辅助设计(Computer Aided Design,CAD)的理论与方法进行研究,提出了面向用户的电机CAD概念,实现了完整的CAD系统。论文介绍了研究LS-PMSM的目的和意义以及国内外的发展现状,阐述了电机CAD技术的特点及其研究内容。在深入研究LS-PMSM的结构特点及其基本理论的基础上,提出了适合计算机计算的LS-PMSM的设计方法,完成了LS-PMSM传统设计方法的CAD系统。系统采用Borland公司推出的一种面向对象的编程语言C++ Builder6.0开发完成,基于工程数据库管理,采用模块化结构设计。该CAD系统集电机电磁设计、电机设计方案与电机特性曲线输出为一体,界面友好,操作方便,能有效地辅助电机设计人员进行LS-PMSM的电磁设计。
本文还对LS-PMSM CAD系统的软件规划和软件实现做了详细的介绍。文章最后阐述了LS-PMSM的设计特点,对设计过程中的二个关键技术做了深入研究,即磁路计算(采用电磁场数值计算工具-Ansoft软件,对LS-PMSM内部电磁场进行分析计算,来确定磁路法中不易准确计算的二个参数αi、σ0,提高磁路计算结果的准确性)与从电机设计方面防止磁钢失磁技术;详细介绍了电机的电磁设计过程,并开发设计了二款LS-PMSM。将电机主要性能指标(I1、η、cosφ、Tst、Tpo、Ist)的设计值和样机试验值进行了对比分析,良好的设计结果验证了CAD软件的准确性。实践表明,本文开发的CAD系统适合于生产厂家对该系列LS-PMSM进行电磁设计,具有一定的实用价值。