750W高惯量永磁伺服电机电磁设计

 2023-01-20 09:01

论文总字数:16053字

摘 要

随着我国国民经济的蓬勃发展,永磁伺服电机的市场发展空间也获得了极大提升。特别是改革开放以来,我国电机行业有了长足的进步,伺服系统凭借着自身性能优越、控制性强、驱动完善及保护作用出色更是在控制领域占据一席之地,在未来发展中永磁伺服电机势必会成为一种新的趋势。

本文研究的是额定功率为750W的高惯量永磁伺服电机。首先通过电机的基本原理及结构对电机运行性能进行分析计算,完成电机的基本参数设计;然后通过设计要求分别对电机的转子结构、定子绕组、电磁负荷等进行理论计算,由此设计电机的电磁设计方案;最后通过电磁分析软件Ansoft Maxwell建立高惯量永磁伺服电机的电磁模型,对电磁参数、转矩、损耗、输出功率、效率等进行详细的有限元仿真运算。对仿真数据进行分析,反馈到设计步骤与设计要求中以此优化电机结构及电磁性能,最终得出合理的电机设计方案。

关键字:永磁电机;伺服系统;高惯量;750W;电磁设计

Electromagnetic design of 750W high inertia PMSM

Abstract

With the rapid development of China"s national economy, permanent magnet servo motor has also obtained great market development space. Especially since the reform and opening up, China"s motor industry has made great progress. Servo system, with its superior performance, strong control, perfect drive and excellent protection effect, occupies a place in the field of control, which is also the inevitable trend of permanent magnet servo motor in the future development.

This paper studies the high inertia permanent magnet servo motor with rated power of 750W. Firstly, the basic principle and structure of the motor are used to analyze and calculate the performance of the motor, and the basic parameters of the motor are designed. Then, the rotor structure, stator winding and electromagnetic load of the motor are calculated theoretically according to the design requirements, so as to design the electromagnetic design scheme of the motor. Finally, the electromagnetic model of the high-inertia permanent magnet servo motor is established by the electromagnetic analysis software Ansoft Maxwell, and the electromagnetic parameters, torque, loss, output power and efficiency are simulated by the finite element method in detail. The simulation data is analyzed and fed back to the design steps and requirements to optimize the motor structure and electromagnetic performance, and finally a reasonable motor design scheme is obtained.

Keywords: Permanent magnet motor; Servo system; High moment of inertia; 750w; Electromagnetic design

目录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章绪论 1

1.1选题背景 1

1.2永磁伺服电机发展概述 1

1.3永磁伺服电机的分类及特点 1

1.4本课题主要研究内容 2

第二章 高惯量永磁伺服电机基本理论 3

2.1高惯量永磁伺服电机基本结构 3

2.1.1高惯量永磁伺服电机的总体结构 3

2.1.2高惯量永磁伺服电机的绕组结构 3

2.1.3高惯量永磁伺服电机转子的磁路结构 3

2.2高惯量永磁伺服电机的基本参数与设计 4

2.2.1技术要求及主要尺寸 4

2.2.2永磁体及定转子冲片设计 5

2.2.3定子绕组计算 7

2.2.4磁路计算 7

2.2.5电压系数计算 8

2.3工作特性的计算 8

2.4本章小结 8

第三章 高惯量永磁伺服电机稳态设计与测试 10

3.1高惯量永磁伺服电机本体设计 10

3.2高惯量永磁伺服电机的稳态运行性能 10

3.3高惯量永磁伺服电机转矩、转速曲线测试 12

3.4相量图 12

3.5本章小结 13

第四章 有限元模拟仿真分析 14

4.1 Ansoft Maxwell介绍 14

4.2 RMxprt建模 14

4.2.1定子模型的建立 14

4.2.2转子模型的建立 15

4.2.3矫顽力设定与电机绕组电阻电感计算 16

4.3 模拟仿真分析 17

4.3.1 RMxprt模型仿真运算 17

4.3.2 绘制电机n-T曲线 18

4.4 本章小结 19

第五章结论 20

致谢 21

参考文献 22

第一章绪论

1.1选题背景

随着人类社会的进步与发展,环境保护方面的问题日益突出,对应着人们对能源的需求也日渐增强。“能源”已经成为影响国家经济与发展的重大战略性问题,“高效节能”已经成为一项基本国策。电机,作为人类工业发展重要的环节,不免被委予“节能”重任。所以,提高电动机的工作效率、节约自然资源已经成为各国的共同目标。

近年来,随着工业制造水平的迅速发展,伺服系统控制器的性能在数字控制系统成熟的理论支持及性价比日益提高的电力电子器件潮流下,随之也在不断提高。伺服系统作为制造业中的控制元件,如何提高控制元件中伺服电机的性能已经成为最主要的问题,也是伺服在未来发展最重要的一个环节。

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