基于VB的永磁同步電機設計及優(yōu)化平臺

禹婷華

摘要：隨著科技的不斷發(fā)展，機械化設備的運用也在不斷改進。對于傳統(tǒng)的永磁同步電機而言，不僅操作復雜，耗時長，而且在精準度也比較差，因此，優(yōu)化永磁同步機是人們一直思考的問題。利用VB進行程序的編寫，實現(xiàn)對永磁同步電機設計的改進，使得永磁同步電機的使用效果增加。

關鍵詞：永磁同步電機；設計及優(yōu)化；分析

1 前言

永磁同步電機的使用，具有節(jié)能減耗的優(yōu)點。現(xiàn)代社會發(fā)展中，不斷地強調節(jié)能減耗，使得永磁同步電機的使用受到了廣泛的歡迎。由于永磁同步電機在使用過程中存在著諸多問題，這些問題不及時的解決，必然會影響使用的效果，因此加強永磁同步電機的優(yōu)化，利用VB變成進行重新的設計，將使用過程中存在的問題都高效的解決。使得永磁同步電機能夠更好的運用在各個領域中。

2 電機設計平臺分析

永磁同步機的主要的特點包括：小體積、低消耗和高效率。如今人們越來越重視能約節(jié)約以及環(huán)境的保護，永磁同步電機的性能也得到了人們的普遍重視，開始廣泛的用在國民生產(chǎn)的諸多領域，所以加強該方面的研究顯得尤為重要。

本次研究主要是將繁瑣的磁路計算公式納入可視化的程序中，實現(xiàn)界面的簡潔，借助有限元軟件來計算和驗證程序中的重要參數(shù)，再通過禁忌算法來設計優(yōu)化電機性能，最終產(chǎn)生一個設計、分析和優(yōu)化為一體的設計軟件平臺。通過構造電機平臺，主要是為了實現(xiàn)以下的幾個目的：首先，能夠直觀的顯示和快速的設計出永磁電機的圖形；其次，充分利用永磁電機的工作特性，計算出電機電磁的參數(shù)；再次，充分的利用有限元的驗證，來計算參數(shù)以及判斷工作特性的合理性程度；最后，借助經(jīng)過改進的禁忌算法對電機的整體性能進行優(yōu)化，確定電機最后的尺寸。

3 對永磁電機尺寸的優(yōu)化設計

研究中主要選擇了磁路法，通過VB將計算和查表的過程簡化了，這樣可以較為直觀的對輸入數(shù)據(jù)做出處理，輸出工作的相關曲線以及結果等都能夠形象的展現(xiàn)出來。輸入信息主要包括了電氣的技術參數(shù)、繞組和磁路的參數(shù)；輸出數(shù)據(jù)則主要是工作特性曲線以及電機的計算參數(shù)。

本次的研究主要是從定子內徑、外徑以及槽底部的半徑等數(shù)據(jù)來計算極弧的系數(shù)，將定子槽面積作為主要的約束條件，采用禁忌的算法，選擇最佳的轉矩角和交軸磁通，可以算出電機在不同狀態(tài)下的優(yōu)化方案。

4 永磁同步電動機的優(yōu)化算法

4.1 建立在優(yōu)化的模糊控制

在對電機進行優(yōu)化設計時，如果單純的采用單一的禁忌算法就很容易導致局部優(yōu)化的情況。在研究中，采用了模糊控制的方式進行改善，走出了局部優(yōu)化的局勢，

典型的常規(guī)模糊控制器的電機結構如下圖所示，這其中ka和kb是比例因子，它不會和電機的具體參數(shù)進行依賴，這就造成了系統(tǒng)有著極強的魯棒性。但是固定形式的模糊控制表示很難實現(xiàn)各種工況需求的，所以模糊控制規(guī)則和參數(shù)是會隨著工作情況的變化而不斷的調整和修改的。研究中主要的評價標準是電機的性能，電機的輸出功率以及效率是主要的變量。

4.2 約束條件的確定

電機優(yōu)化中的約束條件是會受到工藝條件的限制的，比如說如果槽滿率設置的不合適的話就會造成嵌線困難的情況；有電機性能的要求，比方說空載電動勢和氣隙磁密。

4.3 對變量進行優(yōu)化

如果對變量進行改變和優(yōu)化，就會造成電機的各個參數(shù)和性能之間也會出現(xiàn)相應的變化。優(yōu)化變量的增加，系統(tǒng)的自由度以及設計的難度也會相應的有所增加。所以過程中需要對變量的選擇以及數(shù)量的確定進行總體把握，程序中主要選擇了五個優(yōu)化變量，主要是定子鐵芯長，計算極弧系數(shù)，定子內徑和外徑以及定子的槽底部的半徑。

4.4 終止條件分析

在程序中主要選擇了最大的迭代步數(shù)的基本準則，確定每一次的循環(huán)是否能夠達到迭代步數(shù)，如果到達了迭代步數(shù)，就要及時的推出，進行運算。

5 分析算例程序優(yōu)化的結果

永磁同步電機程序設計優(yōu)化之后，需要對優(yōu)化的結果加強了解。為此，我們對額定功率是18KW，額定電壓是220V的永磁同步電機進行了測試研究，對各項數(shù)據(jù)的檢測結果如下表所示：

從圖中，我們可以看出，優(yōu)化后的電機在功率和使用效率上都有了提升，使得永磁同步電機的使用效率得到了提升。這表明優(yōu)化是有非常好的效果的。

6 分析關鍵參數(shù)校準驗證中ansonft的作用

對于傳統(tǒng)的永磁電機而言，存在著諸多的弊端，需要優(yōu)化設計，實現(xiàn)使用效果的增加。在進行永磁同步電機的優(yōu)化設計中，參數(shù)的準確計算是非常重要的內容，這將直接影響著設計優(yōu)化的結果。

6.1 校驗電樞反應電抗的參數(shù)

在電機設計的優(yōu)化工作中，如何計算電樞反應電抗的參數(shù)存在著非常大的困難，但電樞反應電抗值得存在對于判斷電機的牽入能力具有非常大的影響。加強電樞放映電抗參數(shù)的了解問題急需解決。電樞反應電抗值減少，將會使得電動機的承載能力增加。就目前而言，ansonft在電樞反應電抗值的計算上有著普遍的運用，計算的準確度也非常的高，能夠為設計提供幫助。

6.2 校驗計算極弧系數(shù)的參數(shù)分析

計算極弧系數(shù)的檢驗，是為了校準永磁同步電機的磁極。將氣隙磁分布繪制成圖，從圖中進行分析。我們發(fā)現(xiàn)磁體的磁極不偏心的狀態(tài)下，計算值和實際的數(shù)字非常的符合。這說明優(yōu)化變量的計算中能夠實現(xiàn)精準的計算。

通過對VB永磁同步電動機的設計優(yōu)化，我們可以發(fā)現(xiàn)電動機優(yōu)化設計中存在著諸多的不可控制因素，因此，需要加強這些不可控因素的優(yōu)化，才能夠實現(xiàn)設計的更加優(yōu)質。在設計永磁同步電機的參數(shù)計算時，需要不斷的更改參數(shù)，從而實現(xiàn)設計的最優(yōu)化。從而實現(xiàn)電動機的最優(yōu)化設計，降低能耗的發(fā)生，使得電動機的運用效果得到提升。

6.3 數(shù)學模型的研究

無軸承永磁同步電機氣隙磁場由懸浮力繞組磁場、轉矩繞組磁場和永磁體磁場疊加而成，三者之間存在交叉稱合，現(xiàn)有的數(shù)學模型推導方法主要有磁共能法、麥克斯韋張量法、有限元法等，都是分別單獨建立轉矩繞組與懸浮力繞組數(shù)學模型，無法反映三者之間的動態(tài)非線性顆合的各種暫態(tài)過程，特別是對于無軸承永磁同步電機，不同轉子結構間的懸浮性能相差很大，其磁鏈方程、電壓和電流方程、懸浮力方程和電磁轉矩方程等也存在一定的差異。因此要想獲得高品質的動態(tài)控制性能，必須綜合考慮電機結構、磁飽和、齒槽效應、諧波和轉子偏心等，建立更加準確的數(shù)學模型。

6.4 智能控制算法的研究

目前的無軸承永磁電機控制策略中，電機的轉矩控制與懸浮力控制之間存在非線性、強親合等特性，使兩者之間的控制策略相互制約，導致解稱算法復雜，難以實用化。因此，實現(xiàn)轉矩控制系統(tǒng)和懸浮控制系統(tǒng)之間的相互獨立控制，既使懸浮控制子系統(tǒng)擺脫轉矩繞組磁場定向控制精度及其參數(shù)變化的影響，又可實現(xiàn)轉矩控制不受懸浮控制的影響，提高系統(tǒng)運行的可靠性和穩(wěn)定性。

7 結束語

總而言之，加強永磁同步電機的設計和優(yōu)化平臺的研究，能夠為永磁同步電機使用效果的提供提供保障。利用VB編寫程序是一項非常復雜的工作，需要加強對電機設計平臺的了解，從而實現(xiàn)電機設計的創(chuàng)新。使得傳統(tǒng)的永磁同步電機能夠簡化操作方法，縮短消耗的時間，同時提升精準度，加強永磁同步電機在各個領域中你的廣泛運用。

參考文獻

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