林龙凤
摘要：首先根据传统方法殴计了一台永磁同步发电机．然后通过对其等效磁路的分析进行空载气隙磁密和漏磁系数的解析计算，最后再利用场路耦合时步有限元法刈所设计电机分别进行空载和额定负载时瞬态磁场的分析和空载时气隙磁密及漏磁系数计算值的验证。结果表明，所设计电机磁场分布合理，各项指标均达到设计要求，且气隙磁密及空载漏磁系数的解析值和有限元计算值也吻合得较好，证明了分析和设计的有效性。关键词：永磁同步发电机；气隙磁密；漏磁系数；场路耦合时步有限元法
0引 言
永磁同步发电机(以下简称PMsG)具有性能优越、可靠性高、维护率低等显著优点，在风力发电等领域应用越来越广泛[1]，随着永磁材料和电机设计技术的不断更新，其没计和分析一直都是研究热点。
而场路耦合时步有限元法对电机的有限元方程、外电路方程和机械运动方程同时求解，并且计及时间对磁场的影响，网此充分考虑了涡流、齿槽、电枢反应等因素的影响，其计算结果也最接近实际电机，是目前为止最为理想的电机设计及计算方法[2]。
空载漏磁系数的预估值是电磁设计的重要参数之一，传统没计方法中一般根据经验选择，具有很大的人为因素和误差，而利用等效磁路法的求解可得到较为接近的预估值。文献[3—6]利用等效磁路法分别对四种传统的转子结构一表面凸出式、内置径向式、内置切向式和内置混合式永磁电机进行了空载气隙磁密的训‘算和有限元验证，其计算过程值得借鉴，但文献[4-6]都没有考虑端部漏磁和气隙中的漏磁。
本文首先根据传统方法进行PMsc的初步设计，然后通过对其等效磁路的分析进行空载气隙磁密和漏磁系数的解析计算，最后利用场路耦合时步有限元法对所设计电机进行空载和满载时的瞬态磁场分析以对两者进行修正并对整个设计进行验证。
结果表明，气隙磁璃彳和空载漏磁系数的解析值与有限元计算值吻合得较好，电机各项参数满足设计指标。
1初步设计所设计
PMsG的剖面及主要参数如图1和表l所示，其中定子采用斜槽结构，以大大削弱由齿槽效应引起的起动磁阻转矩；绕组采用单层短距叠绕组以节约端部用铜量，并接成Y型以避免三次及其倍数次的谐波电动势和由此引起的谐波环流及杂散损耗。转子采用表面
2参数计算
除了主磁通外，在永磁同步发电机的气隙中还存在着一些明显的漏磁。表面式永磁电机中的漏磁除了永磁体自身的漏磁外，气隙中的漏磁主要还包括相邻永磁体之间的漏磁和永磁体与转子铁心形成的漏磁两部分。因此可得到空载时表面式永磁电机的等效磁路假定P]MSG的定、转子铁心表面光滑，且用卡特系数K。来计算开槽影响，同时忽略定、转子铁心的饱和，可得到简化的磁路模型。
3有限元分析
3.1参数分析
空载漏磁主要分为两部分，一部分为端部漏磁，另一部分为极间漏磁。端部漏磁虽然受磁极长度和电枢长度的影响，但当电枢铁心长度在30～80 mm范围内变化时，端部漏磁系数的变化很小，因此在进行瞬态磁场的有限元分析时，忽略边缘效应及电机外缘漏磁场，采用二维场进行。利用Anson软件可得到t=0时刻由永磁体单独建赢的磁场。
3.2电机性能
基于场路耦合时步有限元法进行瞬态磁场分析后，可得到带额定电阻性负载时的发电机输出相电压发电机三相电压基本对称，波形基本为正弦波，幅值约为104 V左右，线电压为127.4 v，经计算额定电压和功率均满足设计指标。
4结语
传统的电机设计方法中对空载漏磁系数进行预估很大程度上依赖于经验，本文在设计出一台永磁同步发电机后，利用等效磁路法对其空载时的气隙磁密和漏磁系数进行了分析计算，并基于场路耦合时步有限元法对两者和所设计电机性能进行了验证。结果表明，利用该方法计算出的气隙磁密和空载漏磁系数的解析值与有限元计算值吻合得较好，所设计电机满足性能指标要求，证明了分析方法和所设计电机的有效性。
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