私信“干货”二字，即可领取18G伺服与机器人专属资料！【摘要】以风机（水泵）用高压异步起动三相永磁同步电动机TYCX400-4为研究对象，建立了基于Ansoft Maxwell 2D的有限元仿真模型。
仿真分析了该电机的磁场分布、空载反电势、起动电流和额定负载下的起动时间等。
并将仿真结果和试验结果进行对比，为此类电机的电磁设计提供参考。
异步起动三相永磁同步电动机与传统的三相异步电动机相比，既具备在工频交流电压下的自起动能力，又具有在宽负载范围内效率高、功率因数高的优点，符合国家“节能环保”的指导方向，有着广泛的应用前景。
但由于转子结构相对复杂，电动机的设计方法尚不完善，因而一直以来并未得到大范围推广和应用。
本文以风机（水泵）用高压异步起动三相永磁同步电动机TYCX400-4为例，对异步起动三相永磁同步电动机的电磁设计方法进行了深入研究。
该型电机额定功率315kW、额定电压6kV，设计并试制两台4极的样机，对其进行了相应的性能测试，试验结果与仿真结果基本吻合，与同规格的感应电动机相比样机功率因数和效率得到显著提高。
目前样机已稳定运行半年，节能效果明显。
1 电磁设计本次设计是风机（水泵）类负载用高压异步起动三相永磁同步电动机，此类负载对电机起动转矩要求不高，电机只需克服自身发电制动转矩和磁阻负序分量转矩即可。
1.1 性能参数电机主要性能参数见表1。
表1 电机主要性能参数1.2 转子磁路结构永磁同步电动机的转子磁路结构一般可分为三种：表面式、内置式和爪极式。
此次设计的异步起动三相永磁同步电动机选用永磁体内置式结构，永磁体外表面与定子铁心内圈之间有铁磁物质制成的极靴，极靴中可以放置铸铝笼或铜条笼，起阻尼或(和)起动作用，因而动稳态性能俱佳，可用作为要求有异步起动能力或动态性能高的永磁同步电动机。
内置式转子内的永磁体受到极靴的保护，而转子磁路结构的不对称性所产生的磁阻转矩也有助于提高电动机的过载能力和功率密度，而且有利于“弱磁扩速”运行。
根据永磁体磁化方向与转子旋转方向的相互关系，内置式转子磁路结构又可分为径向式、切向式和混合式三种[1]。
由于此次设计的电机极对数较少，因而采用切向式结构。
切向式结构漏磁系数较小，可以节省永磁体材料，从而降低成本。
1.3 结构数据TYCX400-4型样机三圆为Φ670mm/Φ435mm/Φ180mm，槽配合为60/52[2]，气隙为2.5。
冲片采用50W350牌号的0.5mm硅钢板。
定子、转子铁心的叠压系数为0.97，永磁体牌号为N38SH，定、转子铁心无径向通风道。
1.4 电磁参数TYCX400-4样机部分电磁物理参数选取见表2。
表2 样机部分电磁物理参数2 有限元分析为了进一步确定电磁方案的合理性，利用Ansoft有限元法建立电机模型对电机部分参数进行仿真分析。
电机磁力线走向和磁密分布是否合理是电机设计最基本要求，仿真后磁力线及磁密分布分别如图1和图2所示，可以看出此电机的磁密分布无过饱和点，磁力线走向也比较合理。
空载反电势是永磁电机同步电机一个非常重要的参数，它的大小不仅决定电动机是运行于增磁状态还是去磁状态，而且对电动机的动稳态性能均有很大影响[4]。
电机的空载反电势如图３所示。
利用Ansoft建立有限元模型进行起动分析，起动时间如图４、起动电流如图５、起动转矩如图６。
3 试验结果和设计结果试验结果和设计结果进行对比分析，如表３所示。
表3 试验结果和设汁结果对比４ 结语此次设计的三相永磁同步电动机样机完全满足设计要求，但还有一些不足之处，有待以后设计中改进。
空载反电势试验值3310V比设计值大144V。
温升比设计值低13K，此次设计的热负荷取值比较低，温升为52K，是造成空载反电势试验值稍大的一个原因。
由于此次设计电机永磁体最高工作温度为120℃，温升太高会导致永磁体不可退磁。
根据此次试验结果，以后再设计此类电机时热负荷可取得相对大一些，电机温升控制拟在65K左右，既能保证电机具有良好的性能又有很高的经济性。
电机样机的成功制造为以后类似电机电磁设计提供了一定的技术数据，具有一定的参考价值。
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