電動(dòng)車(chē)輛用永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)

1、電動(dòng)車(chē)輛發(fā)展背景汽車(chē)尾氣的排放對(duì)人類(lèi)健康和人們生活構(gòu)成了嚴(yán)重威脅， 再綜合能源問(wèn)題的考 慮，于是，具有零排放污染的電動(dòng)汽車(chē)重新被重視起來(lái)，各國(guó)都制定了相關(guān)的 鼓勵(lì)政策。 典型的例子如美國(guó)， 1993 年 9 月，美國(guó)政府提出了 10 年完成的 “新 一代汽車(chē)合作計(jì)劃 ”（PNGV，） 由政府牽頭，組織幾十個(gè)公司和機(jī)構(gòu)，完成提高 燃料經(jīng)濟(jì)性和開(kāi)發(fā)電動(dòng)汽車(chē)的規(guī)定目標(biāo)。 各大公司在政府的支持下， 也制定了 發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)的長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃 1 ，調(diào)動(dòng)社會(huì)上各種力量參與電動(dòng)汽車(chē)的研制。電 動(dòng)汽車(chē)經(jīng)歷了關(guān)鍵性技術(shù)的突破，樣機(jī)、樣車(chē)的研制，區(qū)域性試用以及小批量 實(shí)際應(yīng)用等探索階段，現(xiàn)在已接近商業(yè)化生產(chǎn)。電動(dòng)汽車(chē)是以

2、電為動(dòng)力的汽車(chē)，電動(dòng)機(jī)是其主要?jiǎng)恿?lái)源。電動(dòng)汽車(chē)分類(lèi) 目前的電動(dòng)汽車(chē)分類(lèi)主要有以下兩種：1） 燃料電池電動(dòng)汽車(chē) 初期的電動(dòng)汽車(chē)因電池組體積大、續(xù)駛里程短、使用不方便、成本高等 缺點(diǎn)， 無(wú)法與技術(shù)已經(jīng)成熟的內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)相比。要想發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)必須在技術(shù)上解決比能量、比功率、壽命、成本以及研發(fā)經(jīng)費(fèi)等各種難題。到了 20 世紀(jì) 90 年代，電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)有了顯著的進(jìn)步。如燃料電池的比功率從 1997 年的 0 16kW/kg ，提高到 2000 年的 047kw/kg ，提高了近 3 倍。燃料電池，尤其 是以氫為原料的質(zhì)子交換膜燃科電池（PEMFC），成了電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的希望2。燃料電池汽車(chē) （Fuel C

3、ellPowered E1ectric Vehicles） 實(shí)際上是一種使燃料中的 化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔軓亩?qū)動(dòng)車(chē)輛的汽車(chē)，排放物只是沒(méi)有污染并可再利用的 水。燃料電池的發(fā)展還有些關(guān)鍵性技術(shù)難題， 如催化劑、 質(zhì)子交換膜、 極板等， 這些問(wèn)題都在研究攻關(guān)階段，但不管如何，“氫能 ”必將引起汽車(chē)工業(yè)的革命。1996 年，北京舉辦的國(guó)際電動(dòng)汽車(chē)及代用燃料汽車(chē)展覽會(huì)上，參展的電動(dòng)汽 車(chē)有福特的 Ranger電動(dòng)輕卡車(chē)，通用的 EV1型車(chē)，豐田的 RAV4L型車(chē)，PSA 集團(tuán)的SAXO型車(chē)，菲亞特的 ZIC等車(chē)型，充分展示了電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展水平。 此外，還有很多混合動(dòng)力汽車(chē)展出。 1999 年，在日本東京國(guó)

4、際車(chē)展上，展出 的燃料電池汽車(chē)有豐田公司功率為 75kW 的燃料電池汽車(chē)； 奔馳公司 A 級(jí)燃料 電池汽車(chē)，車(chē)內(nèi)空間與內(nèi)燃機(jī)車(chē)型相同。功率為 50kW ，最高速度為 150km/h ； 三菱公司功率為 40kW 的燃料電池汽車(chē)；福特、本田等公司也都展示了自己公 司燃料電池汽車(chē)的成果。2000 年 10 月，通用公司在北京展出了號(hào)稱(chēng) “氫動(dòng)一號(hào) ”的燃料電池汽車(chē)，應(yīng)用 液態(tài)氫驅(qū)動(dòng)燃料電池組，總體積與一臺(tái)普通汽油機(jī)相當(dāng)，功率為801 20kW ，整車(chē)質(zhì)量為 1575kg ， 0 1 00km/h 加速時(shí)間僅為 12 秒，這些指標(biāo)與相應(yīng)的汽油 機(jī)汽車(chē)基本相當(dāng)。豐田公司最新一輪燃料電池汽車(chē) FCHV4

5、 ，輸出功率為 90kW ，最高時(shí)速 150km ， 續(xù)駛里程250km?，F(xiàn)在開(kāi)發(fā)出來(lái)的汽車(chē)代用燃料還有壓縮天然氣（CNG）、液化石油氣（LPG）、甲醇和乙醇等等，這些代用燃料汽車(chē)都已投入實(shí)際使用，尤其是壓縮天然氣和液化石油氣汽車(chē)使用得更廣泛一些。另外，還有正在研究階段的太陽(yáng)能汽車(chē)，以及在設(shè)想中的核能汽車(chē)等新能源汽車(chē)。但是從資源的角度和現(xiàn)在發(fā)展?fàn)顩r看，電動(dòng)汽車(chē)是最具生命力的。隨著社會(huì)的發(fā)展，氫燃料電池的 氫的提取、氫的儲(chǔ)存、氫的社會(huì)供應(yīng)等技術(shù)難題會(huì)逐漸解決。各大公司都已建立了電動(dòng)汽車(chē)批量生產(chǎn)的總裝配生產(chǎn)線(xiàn)。據(jù)說(shuō)，戴姆勒一克萊斯勒、通用、福持、豐田、本田的電動(dòng)車(chē)路試工作已結(jié)束，2002年將投入商

6、業(yè)化生產(chǎn)。估計(jì)到2010年，世界燃料電池汽車(chē)的年產(chǎn)量可達(dá)100萬(wàn)輛，占世界汽車(chē)總產(chǎn)量的1 %左右。士罔于H2氣壓調(diào)節(jié)閥值熾料電池車(chē)圖1-1氫燃料電池車(chē)基本工作原理2）混合動(dòng)力汽車(chē)混合動(dòng)力汽車(chē)也稱(chēng)為復(fù)合動(dòng)力汽車(chē)（Hybrid Vehicle）?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)是兼顧降低燃油消耗和減少排放污染兩種意義而研制的，也就是說(shuō)，是向零排放過(guò)渡的一種形式。一般這種車(chē)的動(dòng)力是由一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)和一臺(tái)電動(dòng)機(jī)兩套系統(tǒng)組成 的，任何一個(gè)系統(tǒng)都可以單獨(dú)使用，也可以邊走邊充電。正常行駛時(shí)用電動(dòng)機(jī) 驅(qū)動(dòng)，當(dāng)需要充電或車(chē)輛需要瞬間大功率時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)即投入運(yùn)轉(zhuǎn)。也就是說(shuō)， 可將發(fā)動(dòng)機(jī)限定在高效率及排放清潔的范圍內(nèi)運(yùn)行。由于混合動(dòng)力汽車(chē)是

7、介于內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)之間的一種形式，成本比電動(dòng)汽車(chē)要低得多（見(jiàn)表3），雖然比發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)還是高，但技術(shù)上比電動(dòng)汽車(chē)要容易實(shí)現(xiàn)得多。由于各國(guó)、 各地區(qū)的排放法規(guī)日益嚴(yán)格，目前已有很多國(guó)家實(shí)際使用了混合動(dòng)力汽車(chē)，各大汽車(chē)公司都生產(chǎn)和銷(xiāo)售這種車(chē)型?；旌蟿?dòng)力轎車(chē)中發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)的聯(lián)接基本上有兩種形式一一并聯(lián)和混聯(lián)（串聯(lián)與并聯(lián)混合）。在并聯(lián)形式中，電動(dòng)機(jī)與蓄電池都控制在最小范圍內(nèi)，有利 于控制成本和質(zhì)量；而混聯(lián)的形式。比較接近電動(dòng)車(chē)，所以燃油經(jīng)濟(jì)性較好。日產(chǎn)公司的Dino混合動(dòng)力車(chē)裝備4缸發(fā)動(dòng)機(jī)，無(wú)級(jí)變速電動(dòng)機(jī)和理離子蓄電池，采用并聯(lián)方式聯(lián)接。三菱公司的SUW Advenee混合動(dòng)力車(chē)裝備77kW直噴

8、汽油機(jī)，與12kW電動(dòng)機(jī)組合一起，并配以鋰離子蓄電池。圖1-2混合動(dòng)力汽車(chē)工作原理圖1. 3常見(jiàn)電機(jī)簡(jiǎn)介通常電動(dòng)機(jī)的作功部分作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這種電動(dòng)機(jī)稱(chēng)為旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)；也有作直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的，稱(chēng)為直線(xiàn)電動(dòng)機(jī) 3。電動(dòng)機(jī)能提供的功率范圍很大，從毫瓦級(jí)到萬(wàn) 千瓦級(jí)。電動(dòng)機(jī)的使用和控制非常方便，具有自起動(dòng)、加速、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、掣 住等能力，能滿(mǎn)足各種運(yùn)行要求；電動(dòng)機(jī)的工作效率較高，又沒(méi)有煙塵、氣味,不污染環(huán)境，噪聲也較小。由于它的一系列優(yōu)點(diǎn)，所以在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn) 輸、國(guó)防、商業(yè)及家用電器、醫(yī)療電器設(shè)備等各方面廣泛應(yīng)用。址胡機(jī)業(yè)池銅|屮U：.：:交謊 發(fā)屯機(jī)圖1-3感應(yīng)電動(dòng)機(jī)磁感線(xiàn)分布示意圖圖1-4感應(yīng)電動(dòng)機(jī)繞

9、組模型各種電動(dòng)機(jī)中應(yīng)用最廣的是交流異步電動(dòng)機(jī)（又稱(chēng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)）。它使用方便、運(yùn)行可靠、價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)牢固，但功率因數(shù)較低，調(diào)速也較困難。大容量低 轉(zhuǎn)速的動(dòng)力機(jī)常用同步電動(dòng)機(jī)（見(jiàn)同步電機(jī)）。同步電動(dòng)機(jī)不但功率因數(shù)高， 而且其轉(zhuǎn)速與負(fù)載大小無(wú)關(guān)，只決定于電網(wǎng)頻率。工作較穩(wěn)定。在要求寬范圍 調(diào)速的場(chǎng)合多用直流電動(dòng)機(jī)4。但它有換向器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，維護(hù)困難，不適于惡劣環(huán)境。20世紀(jì)70年代以后，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速技術(shù)漸趨成熟，設(shè)備價(jià)格日益降低，已開(kāi)始得到應(yīng)用。電動(dòng)機(jī)在規(guī)定工作制式（連續(xù)式、短時(shí)運(yùn)行制、斷續(xù)周期運(yùn)行制）下所能承擔(dān)而不至引起電機(jī)過(guò)熱的最大輸出機(jī)械功率稱(chēng)為它的額定

10、功率，使用時(shí)需注意銘牌上的規(guī)定。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)需注意使其負(fù)載的特性與電機(jī)的特性相匹配，避免出現(xiàn)飛車(chē)或停轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法很多，能適應(yīng)不同生產(chǎn)機(jī)械速度變化的要求。一般電動(dòng) 機(jī)調(diào)速時(shí)其輸出功率會(huì)隨轉(zhuǎn)速而變化。從能量消耗的角度看，調(diào)速大致可分兩種：保持輸入功率不變。通過(guò)改變調(diào)速裝置的能量消耗，調(diào)節(jié)輸出功率以調(diào) 節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速?？刂齐妱?dòng)機(jī)輸入功率以調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。電位髯圖1-5電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制原理框圖圖1-5燃料電池工作原理示意圖電動(dòng)車(chē)不在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃燒汽油。它使用存儲(chǔ)在電池中的電來(lái)發(fā)動(dòng)。在驅(qū)動(dòng)汽車(chē)時(shí)有時(shí)使用12或24塊電池，有時(shí)則需要更多。 正如遠(yuǎn)距離控制的模擬電動(dòng)汽 車(chē)一樣，電動(dòng)車(chē)配有用來(lái)旋轉(zhuǎn)車(chē)輪的

11、電發(fā)動(dòng)機(jī)以及使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的電池。電動(dòng)汽車(chē)主電動(dòng)機(jī)的特征是：機(jī)殼由機(jī)座內(nèi)襯和機(jī)座外套組成，新型體積小、重量輕，對(duì)電機(jī)的冷卻及時(shí)可靠。電動(dòng)汽車(chē)主電動(dòng)機(jī)，包括端蓋、定子鐵心、轉(zhuǎn)子、定子繞組，其特征在 于：機(jī)殼由機(jī)座內(nèi)襯和機(jī)座外套組成，機(jī)座內(nèi)襯的內(nèi)側(cè)固定定子鐵心。鐵心的 冷卻方式采用水冷或者風(fēng)冷，本設(shè)計(jì)采用風(fēng)冷方式，由固定在轉(zhuǎn)子軸上的風(fēng)扇實(shí)現(xiàn)，所實(shí)現(xiàn)的冷卻較為可靠。第2章永磁同步電動(dòng)機(jī)概述永磁同步電機(jī)的運(yùn)行原理與電勵(lì)磁同步電機(jī)相同，但它以永磁體提供的磁通替代后者的勵(lì)磁繞組勵(lì)磁，使電機(jī)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，降低了加工和裝配費(fèi)用，且無(wú) 需勵(lì)磁電流，省去了勵(lì)磁損耗，提高了電動(dòng)機(jī)的效率和功率密度。因而它是近 年來(lái)研究

12、比較多并在各個(gè)領(lǐng)域中得到原來(lái)越廣泛應(yīng)用的一種電機(jī)。21 永磁同步電機(jī)分類(lèi) 永磁同步電機(jī)分類(lèi)方法主要有： 按工作主磁場(chǎng)方向分為：徑向磁場(chǎng)式、軸向磁場(chǎng)式； 按電樞繞組位置可分為：內(nèi)轉(zhuǎn)子式（常規(guī)式）、外轉(zhuǎn)子式； 按轉(zhuǎn)子上有無(wú)啟動(dòng)繞組可分為： 無(wú)起動(dòng)繞組電動(dòng)機(jī) （用于變頻器供電場(chǎng)合， 利用頻率的逐步升高啟動(dòng)， 并隨頻率的改變而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，常稱(chēng)為調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)）、有起動(dòng)繞組電動(dòng)機(jī)（既可用于調(diào)速運(yùn)行 又可在某一頻率和電壓下利用起動(dòng)繞組所產(chǎn)生的異步轉(zhuǎn)矩起動(dòng)，常稱(chēng)為異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)）； 按供電電流可分為：矩形波永磁同步電動(dòng)機(jī)、正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)永磁同步電動(dòng)機(jī)）。本課題所涉及電動(dòng)機(jī)為徑向磁場(chǎng)、內(nèi)

13、轉(zhuǎn)子式的異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)， 采用正弦波供電電流。2 2 永磁同步電動(dòng)機(jī)的總體結(jié)構(gòu) 永磁同步電動(dòng)機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子和端蓋等部件構(gòu)成。定子與普通感應(yīng)電動(dòng) 機(jī)基本相同， 采用疊片結(jié)構(gòu)以減小電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的鐵耗。 轉(zhuǎn)子鐵心可做成實(shí)心 或疊片疊壓而成。 電樞繞組既有采用集中整距繞組的，也有采用分布短距繞組 和非常規(guī)繞組的。一般來(lái)說(shuō)，矩形波永磁同步電動(dòng)機(jī)通常采用整距繞組，正弦 波永磁同步電動(dòng)機(jī)通常采用分布短距繞組。23 永磁同步電動(dòng)機(jī)的工作原理 永磁同步電動(dòng)機(jī)屬于異步啟動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)， 其磁場(chǎng)系統(tǒng)由一個(gè)或多個(gè)永磁 體組成， 通常是在用鑄鋁或銅條焊接而成的籠型轉(zhuǎn)子的內(nèi)部， 按所需的極數(shù)裝 鑲有永磁體的磁極

14、。定子結(jié)構(gòu)與異步電動(dòng)機(jī)類(lèi)似。 當(dāng)定子繞組接通電源后， 電動(dòng)機(jī)以異步電動(dòng)機(jī)原理起動(dòng)動(dòng)轉(zhuǎn)， 加速運(yùn)轉(zhuǎn)至同步轉(zhuǎn)速時(shí)， 由轉(zhuǎn)子永磁磁場(chǎng) 和定子磁場(chǎng)產(chǎn)生的同步電磁轉(zhuǎn)矩 （由轉(zhuǎn)子永磁磁場(chǎng)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與定子磁場(chǎng) 產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩合成）將轉(zhuǎn)子牽入同步，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入同步運(yùn)行。 永磁同步電機(jī)的定子為三相對(duì)稱(chēng)繞組， 與三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)相同。 轉(zhuǎn)子上粘 有釹鐵硼（NdFeB）磁鋼。驅(qū)動(dòng)器為交-直-交電壓型逆變器，通過(guò)正弦波脈 寬調(diào)制（SPWM）輸出頻率、電壓可變的三相正弦波電壓。 三相正弦波電壓在定子三相繞組中產(chǎn)生對(duì)稱(chēng)三相正弦波電流，并在氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的角速度1 2 f/p,其中p為電動(dòng)機(jī)對(duì)數(shù)。這個(gè)旋轉(zhuǎn)

15、磁場(chǎng)與已充磁的磁極作用， 帶動(dòng)轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步旋轉(zhuǎn)并使定、 轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)軸線(xiàn) 對(duì)齊。當(dāng)外加負(fù)載轉(zhuǎn)矩以后， 轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)軸線(xiàn)將落后定子磁場(chǎng)軸線(xiàn)一個(gè)B功率角， 負(fù)載愈大，B也愈大，直到一個(gè)極限角度Bm，電動(dòng)機(jī)失步為止。由此可見(jiàn)：同步電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中，要么轉(zhuǎn)速與頻率嚴(yán)格成比例旋轉(zhuǎn)，否則就失步停轉(zhuǎn)。所 以，它的轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步。它的靜態(tài)誤差為零；在負(fù)載擾動(dòng)下，只是功率 角B變化，而不引起轉(zhuǎn)速變化，它的響應(yīng)時(shí)間是實(shí)時(shí)的。這是其它調(diào)速系統(tǒng)做 不到的。但是，因?yàn)樗嬖谑Р絾?wèn)題，所以它不適合用于重載下運(yùn)行。又由于 它只能在頻率漸升情況下才能啟動(dòng)，所以也不適于快速啟動(dòng)。24 永磁同步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)永磁同步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用廣泛

16、，具有以下特點(diǎn)：(1) 更高的綜合節(jié)能效果永磁同步電動(dòng)機(jī)由永磁體激磁， 無(wú)需勵(lì)磁電流， 故可顯著提高功率因數(shù) (可 達(dá) 1 甚至容性)；定子電流小，定子銅耗顯著減??；轉(zhuǎn)子無(wú)銅耗(三相異步電 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組損耗約占總損耗的2030 %)，因而發(fā)熱低，可以取消風(fēng)扇或減小風(fēng)扇， 從而無(wú)風(fēng)摩耗或減少風(fēng)摩耗， 故永磁同步電動(dòng)機(jī)一般比同規(guī)格異步 電動(dòng)機(jī)效率可提高2 8%，并且在很寬的負(fù)載變動(dòng)范圍內(nèi)始終保持高的效率和功率因數(shù)，尤其在輕載運(yùn)行時(shí)節(jié)能效果更顯著。(2) 可滿(mǎn)足某些工業(yè)應(yīng)用需大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)的動(dòng)態(tài)需求常規(guī)異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)和最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)都有限，為達(dá)要求， 需選擇更大容量的異步電動(dòng)機(jī)，

17、而到了正常運(yùn)行狀態(tài)， 異步電動(dòng)機(jī)則又處于輕載運(yùn)行 狀態(tài)， 效率和功率因數(shù)均較低。 例如為油田抽油機(jī)設(shè)計(jì)的具有異步起動(dòng)能力的 永磁同步電動(dòng)機(jī)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)可達(dá)倍以上，效率可達(dá)94%，功率因數(shù)可達(dá)，既滿(mǎn)足了負(fù)載動(dòng)態(tài)時(shí)大轉(zhuǎn)矩的要求，還具有很高的節(jié)能效果6 。(3) 能滿(mǎn)足低速直接驅(qū)動(dòng)的需求為了提高控制精度、減小振動(dòng)噪聲、杜絕油霧帶來(lái)的不安全，也為了大轉(zhuǎn) 矩驅(qū)動(dòng)的需求， 近年來(lái)對(duì)低速電動(dòng)機(jī)的需求也不斷增長(zhǎng)。 如用于電梯拖動(dòng)的永 磁同步曳引機(jī)，轉(zhuǎn)矩提高了十幾倍，取消了龐大的齒輪箱，通過(guò)曳引輪直接拖 動(dòng)轎廂，明顯減小了振動(dòng)和噪聲。又如船用吊艙式電力推進(jìn)器，將低速大轉(zhuǎn)矩 的永磁同步電動(dòng)機(jī)置于船艙外的吊艙，

18、無(wú)需原來(lái)的傳動(dòng)系統(tǒng)， 直接驅(qū)動(dòng)螺旋槳， 實(shí)現(xiàn)船舶的運(yùn)行和控制。 這是船舶驅(qū)動(dòng)技術(shù)的又一發(fā)展， 國(guó)外自上世紀(jì)九十年 代已成功用于豪華郵輪、專(zhuān)用油輪等7 。(4) 能滿(mǎn)足多極高功率因數(shù)的需求 近年來(lái)，永磁同步電動(dòng)機(jī)朝著多極化發(fā)展，多極電機(jī)可顯著減小定、轉(zhuǎn)子鐵心軛部高度，從而減小電機(jī)體積、減少鐵心用量。多極電機(jī)還顯著減小了定 子端部長(zhǎng)度，減小定子銅耗、從而減少發(fā)熱、提高了效率。如某安裝于轎廂和 井壁間隙的永磁同步電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子采用 60 極結(jié)構(gòu)，顯著縮短了定子線(xiàn)圈端部 長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)無(wú)機(jī)房電梯。若仍用異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，隨著極數(shù)增加，其功率因數(shù) 明顯降低，在輕載和空載時(shí)，功率因數(shù)將更低，因此在Y 型系列電機(jī)中

19、， 10極電機(jī)已不多見(jiàn)。而該 60 極永磁同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)高達(dá)，空載、輕載時(shí)甚 至可達(dá) 1，節(jié)能效果明顯。(5) 高功率密度的需求 艦船、車(chē)輛受體積所限，要求電動(dòng)機(jī)要有高功率密度、高轉(zhuǎn)矩密度。永磁同步電動(dòng)機(jī)由于無(wú)需激磁繞組， 空間結(jié)構(gòu)小， 高性能的釹鐵硼永磁材料具有高 剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度和高矯頑力，從而可提供很高的磁負(fù)荷，使電機(jī)尺寸縮小。有 些并聯(lián)供磁的電機(jī)，磁負(fù)荷甚至可高達(dá) 1 特斯拉以上。傳統(tǒng)電機(jī)的齒槽結(jié)構(gòu)， 約束著磁負(fù)荷和電負(fù)荷的關(guān)系， 過(guò)高的磁負(fù)荷將減小放置繞組的空間， 成為實(shí) 現(xiàn)高功率密度的瓶頸。1986 年德國(guó)教授首先提出橫向磁場(chǎng)永磁電機(jī)(Tran sverseFluxPMMachi

20、 ne TFM)的設(shè)想，該設(shè)想一反傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使電機(jī)的 磁負(fù)荷和電負(fù)荷不再相互制約，特別適合高功率密度、大轉(zhuǎn)矩、低速和直接驅(qū) 動(dòng)的場(chǎng)合。 橫向永磁電機(jī)我國(guó)目前還處于實(shí)驗(yàn)研究階段。 英國(guó)研制的用于艦艇 的橫向磁場(chǎng)電機(jī)，功率達(dá)10MW，轉(zhuǎn)速為180r/min。此外橫向磁場(chǎng)電機(jī)在風(fēng)力 發(fā)電和海洋潮汐發(fā)電中也有應(yīng)用。(6) 能夠滿(mǎn)足運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的需求 目前電氣傳動(dòng)技術(shù)已從簡(jiǎn)單的速度控制發(fā)展到運(yùn)動(dòng)軌跡控制。 由于永磁同 步電動(dòng)機(jī)比異步電動(dòng)機(jī)更易于實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)定向矢量變換控制， 因此近年來(lái)永磁同 步伺服電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)成了高精度數(shù)控機(jī)床、 機(jī)器人等高科技設(shè)備的主流。 在某些 場(chǎng)合，甚至實(shí)現(xiàn)了100000 : 1的調(diào)速

21、范圍和小于12%的低速轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。外國(guó)產(chǎn)品幾乎占據(jù)了國(guó)內(nèi)所有市場(chǎng)，功率一般為20W15KW。我國(guó)交流伺服電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)器，尚處在發(fā)展初期。此外機(jī)械加工設(shè)備的更新，需要各種永磁同步電動(dòng)機(jī)。第 3 章 車(chē)用永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程3 1 電機(jī)基本設(shè)計(jì)參數(shù) 本電動(dòng)機(jī)是為滿(mǎn)足一般小型乘用車(chē)的使用而設(shè)計(jì)的，完成一般客運(yùn)的功 率提供功能，其基本設(shè)計(jì)參數(shù)如下：額定功率： PN 45 kW ； ?額定轉(zhuǎn)速額定線(xiàn)電壓： nN 4500r /min ； ?： 380V；額定效率 絕緣等級(jí)：0.85 ； ?： F；15起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù) ： ；定子外徑 定子內(nèi)徑 氣隙長(zhǎng)度 轉(zhuǎn)子內(nèi)徑 鐵心長(zhǎng)度 定轉(zhuǎn)子槽數(shù) 鐵心材料 ? ? ? ?

22、 ?： 36/32 ；：DW315-50；轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)型式內(nèi)置徑向W型。32 電機(jī)結(jié)構(gòu)本電機(jī)適用于噸以下車(chē)輛，采用徑向磁場(chǎng)、繞組內(nèi)置、W 型轉(zhuǎn)子導(dǎo)條結(jié)構(gòu)，其大致尺寸如下圖：A3333圖3-1本電機(jī)設(shè)計(jì)尺寸3. 3永磁同步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)性能分析3. 3. 1穩(wěn)態(tài)運(yùn)行和相量圖正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)永磁同步電動(dòng)機(jī)）與電勵(lì)磁凸極同步電動(dòng)機(jī)有著相似的內(nèi)部電磁關(guān)系，故可采用雙反應(yīng)理論來(lái)研究。需要指出的是，由于 永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子直軸磁路中永磁體的磁導(dǎo)率很小，使得電動(dòng)機(jī)直軸電樞反應(yīng)電感一般小于交軸電樞反應(yīng)電感，這一點(diǎn)異于電勵(lì)磁凸極同步電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行于同步轉(zhuǎn)速時(shí)，根據(jù)雙反應(yīng)理論可寫(xiě)出永磁同步電動(dòng)機(jī)的

23、電壓方程8:ggggggUEoI1R1jllXij Id Xadj IqXaqggggEohRjldXdjlqXq(3-1 )式中g(shù)Eo永磁氣隙基波磁場(chǎng)所產(chǎn)生的每相空載反電動(dòng)勢(shì)有效值（V)；gU外施相電壓有效值（V）；g1l定子相電流有效值（A）;Ri定子繞組相電阻（）；Xad、Xaq 直、交軸電樞反應(yīng)電抗（）；XqXaq Xi(3-3)gIq 直、交軸電樞電流(A)idIqI1 si nI1 cosggIl與E0的夾角ggIi超前Eo時(shí)為正。Xd 直軸同步電抗,Xd Xad Xi(3-2)Xq 交軸同步電抗,(3-4)0)，稱(chēng)為內(nèi)功率因數(shù)角，由電壓方程可以畫(huà)出永磁同步電動(dòng)機(jī)不同情況下穩(wěn)定運(yùn)行

24、時(shí)的典型相量 圖，如下圖所示。其中E為氣隙和成基波磁場(chǎng)所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)；Ed為氣隙和成基波磁場(chǎng)直軸分gg量所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，稱(chēng)為直軸內(nèi)電動(dòng)勢(shì)；為U超前Eo的角度，即功率角，也g成為轉(zhuǎn)矩角，這一角度與輸入功率、輸出功率密切相關(guān)；為電壓U超前定子g相電流11的角度，即功率因數(shù)角9。圖3-2永磁電機(jī)的幾種典型向量圖gg圖d中所示是直軸增，去磁臨界狀態(tài)（即 11與E。相同）下的相量圖，由此可 列出如下電壓方程：gU cosE0 hRU sinI1Xq（3-5）從而可以求得直軸增、去磁臨界狀態(tài)時(shí)的空載反電動(dòng)勢(shì)Eo.U2IiXq 2I1R1（3-6）上式通常用來(lái)判斷所設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)是運(yùn)行于增磁狀態(tài)還是運(yùn)行于去磁

25、狀態(tài)。實(shí)際E。值由永磁體所產(chǎn)生的空載氣隙磁通算出比較E。與E。，若前者大于后者，則電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于去磁工作狀態(tài)，反之將運(yùn)行于增磁工作狀態(tài)。且由上圖 可知，要使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于單位功率因數(shù)（圖3-2b）或容性功率因數(shù)狀態(tài) （圖3-2a），只有設(shè)計(jì)在去磁狀態(tài)時(shí)才能達(dá)到10。3. 3. 2穩(wěn)態(tài)運(yùn)行性能分析計(jì)算永磁同步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行性能包括：效率、功率因數(shù)、輸入功率、電樞電流與輸出功率之間的關(guān)系以及失步轉(zhuǎn)矩倍數(shù)等。3. 3. 2. 1電磁轉(zhuǎn)矩和矩角特性從圖3-2中可得到以下關(guān)系：arcta n Iq（3-7）(3-8)U sin IqXq Id R(3-9)U cosE0 IdXd IqR(3-10)從式(

26、3-9)( 3-10 )中整理得定子電流的直、交軸分量:I RUNSinXq E0 U N cosI d2XdXq R2m2XdXq R1忽略定子電阻,EUN XqSinR cos2 2RU N 0.5UN XdXq sin 2(3-14)PemRmsinXd由式（mU223-14）可得電動(dòng)機(jī)的電磁功率（W)1 丄 sin 2 XqXd(3-15)除以電動(dòng)機(jī)的機(jī)械角速度即可得電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩（TemRemsinXdmpU 22丄丄sin 2Xd Xq3-16）式中一電動(dòng)機(jī)的電角速度;p電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)。(3-11 )IXdUzSin R E。UNCOSqXdXqR2（3-12）定子相電流I1（3

27、-13）而電動(dòng)機(jī)的輸入功率（W ）可表示為P mU11 cosmU11 cosU I d sinI q cosTN圖3-3 （a）為計(jì)算所得的“（電磁轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩）一轉(zhuǎn)矩角”曲線(xiàn)，圖中曲線(xiàn)1為式（16）第一項(xiàng)，即永磁氣隙磁場(chǎng)與定子電樞反應(yīng)磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生的 基本電磁轉(zhuǎn)矩，又稱(chēng)永磁轉(zhuǎn)矩；曲線(xiàn) 2為式（16）中第二項(xiàng)，既由于電動(dòng)機(jī) d、 q軸磁路不對(duì)稱(chēng)而產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩；曲線(xiàn) 3為曲線(xiàn)1與曲線(xiàn)2的合成。由于永 磁同步電動(dòng)機(jī)直軸同步電抗Xd 般小于交軸同步電抗Xq，磁阻轉(zhuǎn)矩為一負(fù)正弦函數(shù)，因而矩角特性曲線(xiàn)上最大之所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩角大于900，這是永磁同步電動(dòng)機(jī)一個(gè)值得注意的特點(diǎn)。圖（b）為本同步電動(dòng)機(jī)的

28、“（輸出轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩）-轉(zhuǎn)矩角曲線(xiàn)” 11。矩角特性上的轉(zhuǎn)矩最大值Tmax被稱(chēng)為永磁同步電動(dòng)機(jī)的失步轉(zhuǎn)矩，如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩超過(guò)此值則電動(dòng)機(jī)將不再能保持同步轉(zhuǎn)速。最大轉(zhuǎn)矩與電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的比值Tp0 Tmax/TN稱(chēng)為永磁同步電動(dòng)機(jī)的失步轉(zhuǎn)矩倍數(shù)12。3. 3. 2 . 2工作特性曲線(xiàn)計(jì)算出電動(dòng)機(jī)的 E0、Xd、Xq和R1等參數(shù)后，給定一系列不同的轉(zhuǎn)矩角 便可求出相應(yīng)的輸入功率、定子相電流和功率因數(shù)等，然后求出電動(dòng)機(jī)此時(shí)的損耗，便可得到電動(dòng)機(jī)的輸出功率巳和效率 ，從而得到電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行性能 與輸出功率卩2之間的關(guān)系曲線(xiàn)（a）（ b）圖3-3是永磁同步電動(dòng)機(jī)的矩角特性曲線(xiàn)。（每槽導(dǎo)體數(shù)Ns=5 ）(

29、3-17)輸入功率瀚定功 率定子相電疲/額定 相電流功率因數(shù)效率由圖3-4可見(jiàn)，輸出功率的不斷增大，要求有更大的輸入功率，即要求有 更高的定子相電流提供更強(qiáng)的磁場(chǎng)。同時(shí)也可看到， 在低功率運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)的效率和功率因數(shù)是很低的。電動(dòng)機(jī)的工作曲線(xiàn)圖是電動(dòng)機(jī)的工作性能重要體 現(xiàn)。3. 3. 3損耗分析計(jì)算永磁同步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的損耗包括下列四項(xiàng)3. 3. 3. 1定子繞組電阻損耗常規(guī)計(jì)算公式：2Pcumli Ri3. 3. 3. 2鐵心損耗永磁同步電動(dòng)機(jī)的鐵耗pFe不僅與電動(dòng)機(jī)所米用的硅鋼片材料有關(guān)，而且隨電動(dòng)機(jī)的工作溫度、負(fù)載大小的改變而變化。這是因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)溫度和負(fù)載的變化導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)中永磁體體工

30、作點(diǎn)改變，定子齒、軛部磁密也隨之變化，從而 影響到電動(dòng)機(jī)的鐵耗。工作溫度越高，負(fù)載越大，定子齒、軛部的磁密越小,電動(dòng)機(jī)的鐵耗就越小 14。永磁同步電動(dòng)機(jī)鐵耗的準(zhǔn)確計(jì)算非常困難。這是因?yàn)橛来磐诫妱?dòng)機(jī)定子齒、軛磁密飽和嚴(yán)重， 且磁通諧波含量非常豐富的緣故。工程上常采用與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)鐵耗計(jì)算類(lèi)似的公式，然后根據(jù)試驗(yàn)值進(jìn)行修正。永磁同步電動(dòng)機(jī)在某負(fù)載下運(yùn)行時(shí)，從相量圖中可求出其氣隙基波合成電動(dòng)勢(shì)工作特性曲線(xiàn)圖（醃同圖3-4本設(shè)計(jì)中平底槽電機(jī)的工作特性曲線(xiàn)(V)I I V Vq aq（3-18）氣隙合成磁通（Wb）E4.44 fKdpNK（3-19）其中f 電源頻率（Hz）;P 繞組因數(shù)；N定子繞組每相

31、串聯(lián)匝數(shù)；K 氣隙磁場(chǎng)的波形系數(shù)。由 不難求出定子齒、軛部磁密，進(jìn)而求出電動(dòng)機(jī)的鐵耗。3. 3. 3. 3機(jī)械損耗永磁體同步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械損耗卩“與其它電機(jī)一樣，可根據(jù)實(shí)測(cè)值或參考其它電機(jī)機(jī)械損耗的計(jì)算方法。3. 3. 3. 4雜散損耗永磁同步電動(dòng)機(jī)雜散損耗Ps目前沒(méi)有還沒(méi)有一個(gè)準(zhǔn)確實(shí)用的計(jì)算公式，一般取根據(jù)具體情況和經(jīng)驗(yàn)取定。隨著負(fù)載的增加，電動(dòng)機(jī)電流隨之增大，雜散損耗近似隨電流的平方關(guān) 系增大。當(dāng)定子相電流為 ，1時(shí)電動(dòng)機(jī)的雜散損耗（ W）可用下式近似計(jì)算：211*3PspsN PN 10I N其中 IN 電動(dòng)機(jī)額定相電流（ A）;PsN 電動(dòng)機(jī)輸出額定功率時(shí)的雜散損耗（W ）3. 4磁路分

32、析與計(jì)算3. 4. 1磁路計(jì)算特點(diǎn)進(jìn)行永磁同步電動(dòng)機(jī)磁路計(jì)算時(shí)，一般采用通常的電機(jī)磁路的磁位差計(jì)算方 法。永磁同步電動(dòng)機(jī)的空載氣隙磁密波形如圖3-4所示。E1 d X ad圖3-5永磁同步電動(dòng)機(jī)空載氣隙磁密波形1-氣隙磁密 2-基波3-三次諧波4-五次諧波圖3-4為永磁同步電動(dòng)機(jī)實(shí)測(cè)氣隙磁密波形（不涉及定子槽開(kāi)口時(shí)）。圖中永 磁同步電動(dòng)機(jī)的空載氣隙磁密波形基本上為一平頂波，與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的氣隙磁密波形相差較大，而與直流電機(jī)的空載氣隙磁密波形相似。磁路計(jì)算時(shí)，永磁 同步電動(dòng)機(jī)的空載氣隙磁密波形可近似簡(jiǎn)化為圖3-5所示的矩形波15。圖3-6永磁同步電動(dòng)機(jī)空載氣隙磁密近似波形(3-20)式中Q2 永磁

33、同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子槽數(shù);3. 4. 1. 1計(jì)算極弧系數(shù)永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)形式不同，其極弧系數(shù)p和計(jì)算極弧系數(shù)i的計(jì)算公式也不同。對(duì)米用圖3-6轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)的永磁同步電動(dòng)機(jī)，經(jīng)電磁場(chǎng)計(jì)算個(gè)氣隙磁密波形分析，存在如下關(guān)系：Q2 12pQ22p1 電動(dòng)機(jī)定子極距(cm)；氣隙長(zhǎng)度(cm)。3. 4. 1. 2氣隙磁場(chǎng)波形系數(shù) 如圖3-5所示，經(jīng)傅立葉級(jí)數(shù)分解后，可得到永磁同步電動(dòng)機(jī)空載氣隙磁密基波幅值(T)4 B 1 B sin 1(3-22)2因此，永磁同步電動(dòng)機(jī)的空載氣隙磁密波形系數(shù)Kf(3-21)圖3-7內(nèi)置混合式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)(3-24)（3-23）永磁同步電動(dòng)機(jī)空載時(shí)永磁體提供的氣隙

34、磁通（Wb）bmoBA00式中Am 永磁體提供每級(jí)磁通的面積（cm2）; 空載時(shí)永磁體提供的氣隙基波磁通（Wb）210B i iLef 10 4（ 3-25）式中Lef 電樞計(jì)算長(zhǎng)度（cm）因此，電機(jī)基波磁通10與氣隙總磁通0之比，即永磁同步電動(dòng)機(jī)氣隙磁通的波形系數(shù)K 亠 孚 s in 1（ 3-26）0i2由式（3-26）可知，i的大小影響氣隙基波磁通與氣隙總磁通的比值，即影響 永磁材料的利用率。3. 4. 2永磁體工作點(diǎn)的計(jì)算3. 4. 2 . 1空載和負(fù)載工作點(diǎn)的計(jì)算特點(diǎn)永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)包括：徑向式、切向式和混合式。本設(shè) 計(jì)米取徑向式結(jié)構(gòu)。永磁體磁動(dòng)勢(shì)源的計(jì)算磁動(dòng)勢(shì)2Fc 2

35、HchM 10（3-27）永磁體虛擬內(nèi)稟磁通4r BrAm 10（ 3-28 ）式中Br , Hc 在工作溫度下永磁材料的計(jì)算剩磁密度和計(jì)算矯頑力。F為經(jīng)磁路計(jì)算所得的電動(dòng)機(jī)每對(duì)極主磁路的總磁位差（A）,其值為F F Ft1 Fj1 Ft2 Fj2（ 3-29） 式中F、Ft1、Fj1、Ft2、Fj2 分別為電動(dòng)機(jī)每對(duì)極的氣隙、定子齒、定子軛、轉(zhuǎn)子齒、轉(zhuǎn)子軛等部位的磁位差（A）。永磁同步電動(dòng)機(jī)直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)Fad （ A/極）匚1.35KdpNKad ,Fad1 dp3-30）則其作用于永磁體的去磁磁動(dòng)勢(shì)標(biāo)么值2Fad2.7KdpNKadIdoPFc（3-31）式中Kad 電機(jī)直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)折

36、算系數(shù)。將上述式（3-27）至式（3-31 ）進(jìn)行迭代計(jì)算（在迭代計(jì)算中具體論述）即得 到永磁體工作點(diǎn)。3. 5永磁同步電動(dòng)機(jī)參數(shù)計(jì)算和分析3. 5. 1空載反電動(dòng)勢(shì)空載反電動(dòng)勢(shì) Eo時(shí)永磁同步電動(dòng)機(jī)一個(gè)非常重要的參數(shù)。Eo （V）由電動(dòng)機(jī)中永磁體產(chǎn)生的空載氣隙基波磁通在電樞繞組中感應(yīng)產(chǎn)生，其值為Eo 4.44fKdpNoK4.44fKdpK bm0BrAm 1040(3-32)Eo的大小不僅決定了電動(dòng)機(jī)是運(yùn)行于去磁狀態(tài)還是增磁狀態(tài)，而且對(duì)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)、穩(wěn)態(tài)性能有很大的影響。合理設(shè)計(jì)Eo可降低定子電流，提高電動(dòng)機(jī)效率，降低電動(dòng)機(jī)的溫升。3. 5. 2交、直軸電樞反應(yīng)電抗對(duì)于一臺(tái)內(nèi)置式永磁同步電動(dòng)

37、機(jī)的電磁場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算不難發(fā)現(xiàn):當(dāng)電動(dòng)機(jī)直軸電流Id從IN增大到IN時(shí)，其直軸電樞反應(yīng)電抗Xad從 增至 ；而交軸電流從I N增大到I N時(shí)，交軸電樞反應(yīng)電抗電動(dòng)機(jī)的交、直軸電抗時(shí)，可不考慮Xaq從降至?？梢?jiàn)，在計(jì)算永磁同步Xad的非線(xiàn)性，但必須考慮交軸磁路的飽和對(duì)Xaq的影響。考慮交軸磁路飽和時(shí) 分中具體闡述。Xaq需迭代求解，其步驟在迭代計(jì)算部3. 5. 3交、直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)折算系數(shù)交、直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)折算系數(shù)Kaq和Kad反映了電動(dòng)機(jī)磁路結(jié)構(gòu)對(duì)電動(dòng)機(jī)電樞反應(yīng)電抗 Xaq和Xad的影響。轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)不同，電動(dòng)機(jī)的交、直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)折算系數(shù)也各有差別。由定義有：Kad KdjKf，Kaq Kq

38、jKf。 Kf可由式（3-23）得到，Kd、Kq為電動(dòng)機(jī)交、直軸電樞反應(yīng)磁密的波形系數(shù)。對(duì)本設(shè)計(jì)，可取 Kd = Kq=1，因而其直、交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)折算系數(shù)為1Kaq Kad -（ 3-33）Kf 4si n 丄2或者由經(jīng)驗(yàn)給出。本設(shè)計(jì)中取Kd =1， Kq=。異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)一般應(yīng)用于要求高效的場(chǎng)合，因而對(duì)電動(dòng)機(jī)的要求主要是效率高、功率因數(shù)高、起動(dòng)品質(zhì)因數(shù)（Tlst ）高和單位功率的永磁體用量省等。3. 6. 1主要尺寸和氣隙長(zhǎng)度的選擇異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)的主要尺寸與普通電動(dòng)機(jī)的主要尺寸一樣，包括定子沖片內(nèi)徑Di1和電樞計(jì)算長(zhǎng)度 Lef。一般來(lái)說(shuō)，異步

39、起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì) 可能有以下三種情況：1） 替代原來(lái)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)或原有性能較差的永磁同步電動(dòng)機(jī)。在這種情況下，待設(shè)計(jì)的永磁同步電動(dòng)機(jī)一般要求與原來(lái)電動(dòng)機(jī)同中心高，顧客在原來(lái)電動(dòng)機(jī)主要尺寸的基礎(chǔ)上進(jìn)行初步的估算，然后再調(diào)整設(shè)計(jì)，直至電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)成功。2）要求待設(shè)計(jì)的永磁同步電動(dòng)機(jī)直接利用某特定的定子沖片，以提高電動(dòng)機(jī)定子沖片的通用性和縮短電動(dòng)機(jī)的研制周期。在這種情況下，由給定的定子沖片既可知道定子沖片內(nèi)徑，再由電動(dòng)機(jī)的功率和電機(jī)常數(shù)選擇電樞計(jì)算長(zhǎng)度Lef。3）僅給定電動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)，而無(wú)其它限制。此時(shí)選擇電動(dòng)機(jī)主要尺寸的自由度要比前兩種情況大得多。根據(jù)預(yù)估的電磁負(fù)荷，由電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速可

40、選定電動(dòng)機(jī)的 Di2Lef，然后憑經(jīng)驗(yàn)選取一定的主要尺寸比Lef/ 1，得出電動(dòng)機(jī)的主要尺寸。一般來(lái)說(shuō)，如無(wú)其它限制，電動(dòng)機(jī)的主要尺寸比應(yīng)選小一點(diǎn)，以便 于在轉(zhuǎn)子內(nèi)部放置更多的永磁材料。永磁同步電動(dòng)機(jī)為減小過(guò)大的雜散損耗，降低電動(dòng)機(jī)的震動(dòng)與噪聲和便于電動(dòng)4）為調(diào)整電動(dòng)機(jī)的性能，常常要調(diào)整bM，因?yàn)閎M直接決定了永磁體能夠提供磁通的面積。當(dāng)要求電動(dòng)機(jī)磁負(fù)荷較高時(shí), 能安裝bi更大的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)。應(yīng)選擇能安裝更多永磁體，也就是永磁體尺寸除影響電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能外, 系數(shù)還影響著電動(dòng)機(jī)中永磁體的空載漏磁0，從而也決定了永磁體的利用率。計(jì)算結(jié)果表明，永磁體尺寸越大,越小。為經(jīng)過(guò)一些列推導(dǎo)， 可得內(nèi)置徑向

41、式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)永磁體尺寸的預(yù)估公式biKsK bmo1So o2oB 1 丄ef(3-34)式中bmO Br K LMKs 電動(dòng)機(jī)的飽和系數(shù)，其值可取;機(jī)的裝配，其氣隙長(zhǎng)度一般要比同規(guī)格感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的氣隙大。且電動(dòng)機(jī)中心高度越大，永磁同步電動(dòng)機(jī)的氣隙長(zhǎng)度比感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的氣隙大得也越多。3. 6. 2永磁體設(shè)計(jì)永磁體的尺寸主要包括永磁體的軸向長(zhǎng)度LM、磁化方向長(zhǎng)度hM和寬度bM。永磁體的軸向長(zhǎng)度一般取得與電動(dòng)機(jī)鐵心軸向長(zhǎng)度相等或稍小于鐵心軸向長(zhǎng)度，因此實(shí)際上只有兩個(gè)永磁體尺寸（即hM和bM ）需設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮下列因素：1） hM的確定應(yīng)是電動(dòng)機(jī)的直軸電抗Xad。因?yàn)閔M是決定Xad的一個(gè)重要因

42、素，而Xad又影響電動(dòng)機(jī)的許多性能。2） hM不能過(guò)薄。這主要是從兩方面考慮：一是hM將導(dǎo)致永磁體生產(chǎn)的廢品率 上升，永磁體成本提高，且使用磁體不易運(yùn)輸和裝配；二是永磁體太薄將使其易于退磁。3）設(shè)計(jì)hM應(yīng)使永磁體工作與最佳工作點(diǎn)。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)中永磁體的工作點(diǎn)更大程度上取決于永磁體的磁化方向長(zhǎng)度K 與轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)，其取值范圍為。3電樞繞組設(shè)計(jì)異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)的繞組可采用與普通交流電動(dòng)機(jī)一樣的三相繞 組。由于永磁同步電動(dòng)機(jī)由永磁體勵(lì)磁，氣隙磁場(chǎng)諧波較多，使電動(dòng)式中的諧 波也較多。 因此，為設(shè)計(jì)高性能的電動(dòng)機(jī)， 必須在繞組設(shè)計(jì)上采取一定的措施 異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)通常采用 Y 接的雙層短

43、距繞組以避免電動(dòng)機(jī)繞組中 產(chǎn)生環(huán)流， 并削弱電動(dòng)式諧波。 永磁同步電動(dòng)機(jī)的繞組匝數(shù)和線(xiàn)規(guī)可根據(jù)電動(dòng) 機(jī)的電磁負(fù)荷、定子槽形尺寸和槽滿(mǎn)率的限制來(lái)確定。3 7 異步啟動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中的迭代計(jì)算3 7 1 迭代計(jì)算一般方法 迭代法也稱(chēng)輾轉(zhuǎn)法，是一種不斷用變量的舊值遞推新值的過(guò)程 , 跟迭代法相對(duì) 應(yīng)的是直接法（或者稱(chēng)為一次解法），即一次性解決問(wèn)題。迭代法又分為精確 迭代和近似迭代。 “二分法 ”和 “牛頓迭代法 ”屬于近似迭代法。 迭代算法是用計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的一種基本方法。 它利用計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度快、 適 合做重復(fù)性操作的特點(diǎn)，讓計(jì)算機(jī)對(duì)一組指令（或一定步驟）進(jìn)行重復(fù)執(zhí)行， 在每次執(zhí)行這組指令（或這

44、些步驟）時(shí)，都從變量的原值推出它的一個(gè)新值。 利用迭代算法解決問(wèn)題，需要做好以下三個(gè)方面的工作：1）確定迭代變量。在可以用迭代算法解決的問(wèn)題中，至少存在一個(gè)直接或間 接地不斷由舊值遞推出新值的變量，這個(gè)變量就是迭代變量。2）建立迭代關(guān)系式。所謂迭代關(guān)系式，指如何從變量的前一個(gè)值推出其下一 個(gè)值的公式（或關(guān)系）。迭代關(guān)系式的建立是解決迭代問(wèn)題的關(guān)鍵，通常可以 使用遞推或倒推的方法來(lái)完成。3）對(duì)迭代過(guò)程進(jìn)行控制。在什么時(shí)候結(jié)束迭代過(guò)程這是編寫(xiě)迭代程序必須考 慮的問(wèn)題。 不能讓迭代過(guò)程無(wú)休止地重復(fù)執(zhí)行下去。 迭代過(guò)程的控制通?？煞?為兩種情況：一種是所需的迭代次數(shù)是個(gè)確定的值，可以計(jì)算出來(lái)；另一種是

45、 所需的迭代次數(shù)無(wú)法確定。 對(duì)于前一種情況， 可以構(gòu)建一個(gè)固定次數(shù)的循環(huán)來(lái) 實(shí)現(xiàn)對(duì)迭代過(guò)程的控制； 對(duì)于后一種情況， 需要進(jìn)一步分析出用來(lái)結(jié)束迭代過(guò) 程的條件。下面我們使用上述方法對(duì)有關(guān)電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的三個(gè)重要問(wèn)題進(jìn)行迭代計(jì)算。3 7 2 異步起動(dòng)永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)中的涉及的三個(gè)迭代過(guò)程3721 空載永磁體工作點(diǎn)的確定永磁體空載工作點(diǎn)的標(biāo)么值為bm0 ，在設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)過(guò)程中占有重要地位，影響著電機(jī)的多種性能。在標(biāo)么值表示情況下，退磁曲線(xiàn)可用解析式表達(dá)。Bx圖3-8退磁曲線(xiàn)及永磁體工作點(diǎn)示意圖電機(jī)空載時(shí)，電樞磁動(dòng)勢(shì)的標(biāo)么值fa=0,有m0m0式中m0 空載時(shí)用瓷體向外磁路提供的總磁通m的標(biāo)么值;fm0

46、空載時(shí)永磁體向外磁路提供的磁動(dòng)勢(shì)Fm的標(biāo)么值。外磁路的有關(guān)各參數(shù)可表示為(3-35)m0m0（3-36）式中一主磁導(dǎo)標(biāo)么值;漏磁導(dǎo)標(biāo)么值;合成磁導(dǎo)標(biāo)么值;0 空載漏磁系數(shù)。解得ft 血口4匸作m01hm0n(3-37)從而得出空載永磁體工作點(diǎn)(bm0 , hm0 )。以上是線(xiàn)性等效磁路下的工作點(diǎn)計(jì)算，但通常情況下永磁電機(jī)的磁路是飽和的，n不是常數(shù)。尤其是磁路飽和程度比較高時(shí)，空載、額定工況和最大去磁時(shí)的n隨飽和程度不同而變化較大，而且m0與n相互制約，此時(shí)就需要運(yùn)用迭代方法求解。圖3-9計(jì)算bm0框圖圖3-8以框圖的形式給出了bmo的迭代計(jì)算過(guò)程，具體的計(jì)算過(guò)程如下:1) 假設(shè)bmo2) 計(jì)算

47、此時(shí)空載主磁通bmoBA 10（3-38）3）氣隙磁密0 104i 1 l-ef（3-39）4）氣隙磁位差 直軸磁路22 K 10 2（3-40）交軸磁路Fq2BK 10 20（3-41）式中2永磁體延磁化方向與永磁體槽間的間隙。5）每對(duì)極總磁位差F t1Fj1Ft2Fj2（3-42）其中各項(xiàng)計(jì)算見(jiàn)計(jì)算書(shū)。6）主磁導(dǎo)0F（3-43）7）主磁導(dǎo)標(biāo)么值2 hM 102r 0Am（3-44）8）外磁路總磁導(dǎo)標(biāo)么值（3-45）式中0 空載漏磁系數(shù)。9）漏磁導(dǎo)標(biāo)么值(0 1)本設(shè)計(jì)中的計(jì)算由計(jì)算機(jī)程序完成,其中運(yùn)用的C語(yǔ)言語(yǔ)句如下:printf(請(qǐng)輸入 bm0 的估計(jì)值(10); /*輸入工作點(diǎn)估計(jì)值

48、bmo */sea nf(%f,&b_m0); while(true)/*賦值給變量 b m0 */* 計(jì)算 bmo */if(bm0=b_m0)Mi_b_m=bm0-b_m0;else Mi_b_m=b_m0-bm0;b_m0_=b_m0/100;if(Mi_b_mb_m0_)b_m0=bm0;con ti nue;elseprintf(經(jīng)迭代,bm0=%fn,bm0);fprintf(fp,經(jīng)迭代,bm0=%fn,bm0);goto c;其中“ ”部分表示上述步驟2)到步驟/*比較二者誤差*/*當(dāng)誤差大于1%時(shí)*/*將求得bm0回代到計(jì)算過(guò)程*/10）的計(jì)算過(guò)程。（3-46）10）永磁體工

49、作點(diǎn)bm0(3-47)11 ）比較并確定誤差，當(dāng)計(jì)算值bmo與假設(shè)值bmo之間誤差超過(guò)1%,則應(yīng)回到步驟1）重新設(shè)定bm0，重復(fù)上述計(jì)算步驟。3. 7 2 2交軸電樞反應(yīng)電抗 Xaq的計(jì)算對(duì)Xaq的計(jì)算，同bm0的計(jì)算相似，由于在交軸磁路飽和時(shí)的而由式（3-12）Xaq是非線(xiàn)性的,XQUN sin R E UN cosXdXq R1（3-48）aq - Faq曲線(xiàn)查取及式Xq Xaq X“可知Iq與Xaq使相互制約的，從而得到如下迭代計(jì)算方法：1 ）給定某一轉(zhuǎn)矩角；2） 假設(shè)交軸電流分量I q，則交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)廠(chǎng)1.35KdpNKaq |Faq1 qp（3-49）式中Kaq 交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)折算

50、系數(shù)。3） 由Faq求交軸氣隙基波磁通aq根據(jù)Faq由預(yù)先算得的交軸相應(yīng)的 aq ；4） 由aq求出交軸電樞反應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Eaq4.44 fKdpN aq（3-50）5） 計(jì)算XqXq Xaq Xi（3-51）式中X1 定子漏抗。6）代入（3-12）|XdUzSin R E。UNCOSqXdXq R2 求出交軸電流分量I q ；7）比較Iq和Iq，重復(fù)進(jìn)行步驟2）到步驟6） 本設(shè)計(jì)中所得 aq - Faq曲線(xiàn)如圖圖3-10 aq-Faq曲線(xiàn)圖在程序中所用到的語(yǔ)句如下：printf(請(qǐng)輸入交軸電流預(yù)估值l_q:(如);seanf(%f,&l_q);/* 輸入 I q 的預(yù)估值 lq */for(i=

51、0;iIqi)if(I_qIqi+1)Xaq_=Xaqi+(Xaqi+1-Xaqi)*(l_q-Iqi)/(Iqi+1-Iqi);break;else con ti nu e;else con ti nu e;/*根據(jù)輸入的I q在aq-Faq曲線(xiàn)中查找Xaq*/for(i=0;iI_q=Iq；continue;/*比較二者，如果誤差超過(guò) 1%,將計(jì)算值回代重新計(jì)算*/else break;/*如果誤差在允許范圍內(nèi)，停止迭代*/3. 7. 2 . 3起動(dòng)電流1st的求解起動(dòng)電流的求解與很多因素相制約，其中比較重要的是啟動(dòng)總阻抗。由于其過(guò)程比較復(fù)雜且與前述兩個(gè)迭代過(guò)程在原理上比較相似，在論文正文

52、中不再贅述，具體計(jì)算和迭代過(guò)程可見(jiàn)計(jì)算書(shū)。3. 8起動(dòng)電流過(guò)大的原因分析通過(guò)對(duì)起動(dòng)電流的計(jì)算我們發(fā)現(xiàn)，在啟動(dòng)過(guò)程中，最初的電流通常會(huì)超過(guò)額定電流很多，所得起動(dòng)電流倍數(shù)為iSt 0IN圖3-11某電動(dòng)機(jī)相電流隨時(shí)間變化曲線(xiàn)在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的瞬間，轉(zhuǎn)子處于靜止?fàn)顟B(tài)， 與變壓器二次側(cè)短路的情況相似，定子與轉(zhuǎn)子之間無(wú)電的聯(lián)系，只有磁的聯(lián)系。在電動(dòng)機(jī)接通的一瞬間，轉(zhuǎn) 子因慣性還未轉(zhuǎn)起來(lái)， 而旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)則以最大的切割速度切割轉(zhuǎn)子繞組，使轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)出很高的電勢(shì)，因而在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中流過(guò)很大的電流。這一電流產(chǎn)生抵消定子磁場(chǎng)的磁通， 就像變壓器二次磁通要抵消一次磁通的作用一樣。而定子為了維持與當(dāng)時(shí)電源電壓相適應(yīng)的原

53、有磁通，就自動(dòng)增加電流， 因此轉(zhuǎn)子與定子的電流都大大增加， 甚至高達(dá)額定電流的 7倍以上，這就是感應(yīng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng) 電流大的原因。起動(dòng)后，隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增大，定子磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的速度減小，因此轉(zhuǎn) 子導(dǎo)體中的感應(yīng)電熱和電流都減小，同時(shí)定子電流中用來(lái)抵消轉(zhuǎn)子電流所產(chǎn)生的磁通影響的那一部分電流也相應(yīng)減小。所以，隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增大，定子 中的電流就從起動(dòng)電流逐步恢復(fù)到正常負(fù)荷電流。第4章不同設(shè)計(jì)方法的比較梨形槽與平底槽設(shè)計(jì)區(qū)別本設(shè)計(jì)采用了平底槽和梨形槽兩種轉(zhuǎn)子槽形，下面就采用兩種不同方法的設(shè)計(jì)就功率因數(shù)和效率兩個(gè)工作性能參數(shù)進(jìn)行討論。轉(zhuǎn)子槽形選擇異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)可采用與普通感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相似的轉(zhuǎn)子

54、槽形，下圖列出了本設(shè)計(jì)中采用的兩種轉(zhuǎn)子槽形：（a）平底槽（b）梨形槽圖4-1兩種轉(zhuǎn)子槽形設(shè)計(jì)理論上異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)可采用任意一種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子槽形，但當(dāng)選用內(nèi)置徑向式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)且轉(zhuǎn)子槽形尺寸較小時(shí)，通常采用平底槽， 以保證合適的隔磁磁橋，以避免過(guò)大的漏磁系數(shù)。但轉(zhuǎn)子槽形尺寸足夠大時(shí)，也可 采用圓底槽。不同轉(zhuǎn)子槽形下工作特性的比較采用不同轉(zhuǎn)子槽形的兩種電機(jī)設(shè)計(jì)，在其他設(shè)計(jì)參數(shù)相同時(shí)，二者的工作特性有很多不同，下圖為兩不同定子槽形下的“功率因數(shù)一輸出功率”比較圖：圖4-2兩種槽形的功率因數(shù)曲線(xiàn)由圖4-2可以看到兩條功率因數(shù)曲線(xiàn)幾乎是重合的。所以我們可以推測(cè)，在本設(shè)計(jì)中，采用的槽形對(duì)相同功

55、率輸出的條件下的功率因數(shù)影響不大。但細(xì)致觀察會(huì)發(fā)現(xiàn)，在額定功率輸出范圍內(nèi)（P2/PN=）采用平底槽電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)更大，而在大功率輸出情況下（P2/PN）采用平底槽的電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)也更高。下圖是兩種槽形電動(dòng)機(jī)的效率對(duì)比，可以看出采用兩種不同槽形對(duì)電動(dòng) 機(jī)工作效率的影響并不大。綜上可以得出：在本設(shè)計(jì)中，采用任意一種轉(zhuǎn)子槽形對(duì)電機(jī)性能影響不大，但 考慮到采用平底槽所得到的性能更好。有關(guān)每槽導(dǎo)體數(shù) N s的比較Ns=4、5、6、7每槽導(dǎo)體數(shù)Ns是電機(jī)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要參數(shù)，它直接與每相繞組串聯(lián)匝數(shù)、槽滿(mǎn)率、電機(jī)工作特性以及起動(dòng)特性相關(guān)。本設(shè)計(jì)中，分別取值加以比較。每槽導(dǎo)體數(shù) N s對(duì)工作特性的影響一方

56、面，討論 Ns與功率因數(shù)cos的關(guān)系從圖中可以看到，較少的每槽導(dǎo)體數(shù)可以使功率因數(shù)在不同工況下更加穩(wěn)定，保證電動(dòng)機(jī)的損耗在整個(gè)輸出功率范圍內(nèi)控制在一個(gè)比較小的范圍內(nèi)，從而提高電動(dòng)機(jī)的性能、延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)的壽命。另一方面，討論不同的 Ns對(duì)效率 的影響，如下圖：0 0 口 切 別 |勿 評(píng)/詁刃西 |帥 w w moomoo圖4-4不同Ns下的“輸岀功率P2-功率因數(shù) COs ”圖扣JI.o i I iioIi.i-J 143 isd 詔 i7i fed htf Lot1st1st(4-1)圖4-5不同每槽導(dǎo)體數(shù)下的電機(jī)工作效率從圖中我們不難看出：隨著Ns的增大，電機(jī)更快地進(jìn)入效率較高的工作狀態(tài)，而

57、且四條曲線(xiàn)的最高效率沒(méi)有本質(zhì)上的差別。但通過(guò)對(duì)圖4-6地觀察,可以看到，Ns越大，電機(jī)的最大輸出功率F2在不斷降低。圖4-6輸岀功率與 Ns的關(guān)系圖我們可以認(rèn)為，隨著每槽導(dǎo)體數(shù)的減少，電機(jī)的性能越來(lái)越好，但需要注意的 是，隨著Ns的減小，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流也在不斷增大，起動(dòng)電流可以用起動(dòng) 電流倍數(shù)：表示。如圖4-7所示:菇矩角日（rad圖 4-7 起動(dòng)電流與 Ns 的關(guān)系圖產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因在于：結(jié)合章節(jié)所述，隨著每槽導(dǎo)體數(shù)減少，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體內(nèi) 產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)急劇增大， 從而產(chǎn)生更大的電流。 這一電流產(chǎn)生抵消定子磁 場(chǎng)的磁通， 定子為了維持與當(dāng)時(shí)電源電壓相適應(yīng)的原有磁通， 就自動(dòng)增加電流 導(dǎo)致起動(dòng)

58、電流過(guò)大。所以，每槽導(dǎo)體數(shù)并非越小越好。綜上，每槽導(dǎo)體數(shù) Ns 制約著電動(dòng)機(jī)特性，對(duì)電動(dòng)機(jī)性能的影響很大。一味的 提高或降低每槽導(dǎo)體數(shù)并不能提高電動(dòng)機(jī)的工作特性， 應(yīng)該綜合考慮。 本設(shè)計(jì) 中選用 N s =5 的設(shè)計(jì)方案。第 5 章 電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)流程的程序化概述現(xiàn)代的通用程序設(shè)計(jì)中， 一方面由于處理器速度和存儲(chǔ)器容量得到極大的提高， 另一方面由于軟件越 來(lái)越復(fù)雜，因此，程序設(shè)計(jì)追求的首要目標(biāo)是清晰度、可讀性和可理解性。C 語(yǔ)言具有簡(jiǎn)潔、緊湊，使用方便、靈活的特點(diǎn)。我的工作主要是根據(jù)電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算流程編譯了操作的電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)程序， 并根 據(jù)輸出的計(jì)算結(jié)果對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。程序設(shè)計(jì)的優(yōu)化對(duì)程序進(jìn)行優(yōu)化，

59、 通常是指優(yōu)化程序代碼或程序執(zhí)行速度。 優(yōu)化代碼和優(yōu)化速度實(shí)際上是一個(gè)矛盾的 統(tǒng)一，一般是優(yōu)化了代碼的大小，就會(huì)帶來(lái)執(zhí)行時(shí)間的增加，如果優(yōu)化了程序的執(zhí)行速度，通常會(huì)帶 來(lái)代碼增加的副作用，很難魚(yú)與熊掌兼得，只能在設(shè)計(jì)時(shí)掌握一個(gè)平衡點(diǎn)。這里主要討論 C程序的優(yōu)化。C程序優(yōu)化的一些要點(diǎn)為： 如果是嵌套循環(huán)，則應(yīng)將最忙的循環(huán)放在最里層； 如果有條件判斷，則盡可能將循環(huán)嵌入條件中，而不是將條件嵌在循環(huán)之中； 把執(zhí)行速度最快，或者邏輯最可能為真的判斷放在最前面執(zhí)行。程序設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)設(shè)計(jì)過(guò)程中的三個(gè)迭代過(guò)程 這部分內(nèi)容在中已有述及， 這里需要說(shuō)明的是， 在進(jìn)入迭代過(guò)程前的各量取值 可能會(huì)使迭代過(guò)程所要實(shí)現(xiàn)

60、的收斂曲線(xiàn)變得不收斂。 其中較典型的例子是， 當(dāng) 每槽導(dǎo)體數(shù)過(guò)多（如 12）或過(guò)少（如 3）時(shí)，對(duì) Iq 的計(jì)算會(huì)變得不收斂，工 作特性的輸出值溢出。編程中的查表問(wèn)題和差值問(wèn)題 本設(shè)計(jì)中的查表問(wèn)題較多， 所謂表格其實(shí)是對(duì)某條曲線(xiàn)的量化表示。 在查表中 的自變量對(duì)應(yīng)曲線(xiàn)上橫軸的某一點(diǎn)。 由于并沒(méi)有給出曲線(xiàn)事實(shí)上的形狀， 所以 需要認(rèn)為曲線(xiàn)上的每一小段都為線(xiàn)性曲線(xiàn)， 并使用差值法找到實(shí)際自變量對(duì)應(yīng) 的因變量值。以查轉(zhuǎn)子鐵心的磁化曲線(xiàn)為例，在編程中的實(shí)現(xiàn)方法如下：func7（float B） 子函數(shù)定義float Ht1150=,100,105, 110,116,122,128,134,141,14