林龍鳳
摘要：首先根據傳統方法毆計了一臺永磁同步發電機．然后通過對其等效磁路的分析進行空載氣隙磁密和漏磁系數的解析計算，最后再利用場路耦合時步有限元法刈所設計電機分別進行空載和額定負載時瞬態磁場的分析和空載時氣隙磁密及漏磁系數計算值的驗證。結果表明，所設計電機磁場分布合理，各項指標均達到設計要求，且氣隙磁密及空載漏磁系數的解析值和有限元計算值也吻合得較好，證明了分析和設計的有效性。關鍵詞：永磁同步發電機；氣隙磁密；漏磁系數；場路耦合時步有限元法
0引 言
永磁同步發電機(以下簡稱PMsG)具有性能優越、可靠性高、維護率低等顯著優點，在風力發電等領域應用越來越廣泛[1]，隨著永磁材料和電機設計技術的不斷更新，其沒計和分析一直都是研究熱點。
而場路耦合時步有限元法對電機的有限元方程、外電路方程和機械運動方程同時求解，并且計及時間對磁場的影響，網此充分考慮了渦流、齒槽、電樞反應等因素的影響，其計算結果也最接近實際電機，是目前為止最為理想的電機設計及計算方法[2]。
空載漏磁系數的預估值是電磁設計的重要參數之一，傳統沒計方法中一般根據經驗選擇，具有很大的人為因素和誤差，而利用等效磁路法的求解可得到較為接近的預估值。文獻[3—6]利用等效磁路法分別對四種傳統的轉子結構一表面凸出式、內置徑向式、內置切向式和內置混合式永磁電機進行了空載氣隙磁密的訓‘算和有限元驗證，其計算過程值得借鑒，但文獻[4-6]都沒有考慮端部漏磁和氣隙中的漏磁。
本文首先根據傳統方法進行PMsc的初步設計，然后通過對其等效磁路的分析進行空載氣隙磁密和漏磁系數的解析計算，最后利用場路耦合時步有限元法對所設計電機進行空載和滿載時的瞬態磁場分析以對兩者進行修正并對整個設計進行驗證。
結果表明，氣隙磁璃彳和空載漏磁系數的解析值與有限元計算值吻合得較好，電機各項參數滿足設計指標。
1初步設計所設計
PMsG的剖面及主要參數如圖1和表l所示，其中定子采用斜槽結構，以大大削弱由齒槽效應引起的起動磁阻轉矩；繞組采用單層短距疊繞組以節約端部用銅量，并接成Y型以避免三次及其倍數次的諧波電動勢和由此引起的諧波環流及雜散損耗。轉子采用表面
2參數計算
除了主磁通外，在永磁同步發電機的氣隙中還存在著一些明顯的漏磁。表面式永磁電機中的漏磁除了永磁體自身的漏磁外，氣隙中的漏磁主要還包括相鄰永磁體之間的漏磁和永磁體與轉子鐵心形成的漏磁兩部分。因此可得到空載時表面式永磁電機的等效磁路假定P]MSG的定、轉子鐵心表面光滑，且用卡特系數K。來計算開槽影響，同時忽略定、轉子鐵心的飽和，可得到簡化的磁路模型。
3有限元分析
3.1參數分析
空載漏磁主要分為兩部分，一部分為端部漏磁，另一部分為極間漏磁。端部漏磁雖然受磁極長度和電樞長度的影響，但當電樞鐵心長度在30～80 mm范圍內變化時，端部漏磁系數的變化很小，因此在進行瞬態磁場的有限元分析時，忽略邊緣效應及電機外緣漏磁場，采用二維場進行。利用Anson軟件可得到t=0時刻由永磁體單獨建贏的磁場。
3.2電機性能
基于場路耦合時步有限元法進行瞬態磁場分析后，可得到帶額定電阻性負載時的發電機輸出相電壓發電機三相電壓基本對稱，波形基本為正弦波，幅值約為104 V左右，線電壓為127.4 v，經計算額定電壓和功率均滿足設計指標。
4結語
傳統的電機設計方法中對空載漏磁系數進行預估很大程度上依賴于經驗，本文在設計出一臺永磁同步發電機后，利用等效磁路法對其空載時的氣隙磁密和漏磁系數進行了分析計算，并基于場路耦合時步有限元法對兩者和所設計電機性能進行了驗證。結果表明，利用該方法計算出的氣隙磁密和空載漏磁系數的解析值與有限元計算值吻合得較好，所設計電機滿足性能指標要求，證明了分析方法和所設計電機的有效性。
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