高速永磁同步電機的案例
電機設計及電機仿真APP系列之——高速永磁同步電機仿真APP介紹
電機的各種工作狀態和參數變化。用戶可通過調整仿真參數，快速得到電機的響應和性能參數，從而進行針對性的優化和改進。借助仿真APP，可大大減少電機設計迭代次數和成本，提高測試效率和準確性。
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下面給大家介紹一款好用的“高速永磁同步電機仿真APP”。
高速永磁同步電機作為一種先進的電機技術，它具有高轉速、高效率、高功率密度等顯著特點。被廣泛應用于工業、新能源汽車、航空航天、風力發電等領域。隨著技術的不斷進步和市場需求的不斷增加，其性能將不斷優化和提升，為各行各業的發展提供強有力的支持。
本APP可實現高速永磁同步電機仿真計算，得到電機的磁密云圖、磁鏈、反電動勢、電磁轉矩、護套渦流損耗、永磁體渦流損耗、鐵芯損耗等結果。
參數設置
仿真APP計算結果展示（部分）
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展開 超高速永磁同步電機振動噪聲分析
超高速永磁同步電機（PMSM）具有轉速高、徑向力波階數低等特點，但定子易共振引發較大噪聲。以1臺超高速PMSM為例，依據電機實際尺寸，建立了電機電磁場模型和定子結構的3D模態模型。采用有限元法對該電機的徑向電磁力進行仿真，分析了引起電機振動的主要電磁力諧波次數，確認了電機電磁噪聲的主要來源。最后,通過ANSYS聲場的聲壓級云圖研究了超高速PMSM的電磁噪聲特性。
超高速永磁同步電機振動噪聲分析
劉朋鵬, 王建輝, 韋福東
[上海電器科學研究所(集團)有限公司,上海 200063]
0 引 言
采用超高速永磁同步電機（PMSM）驅動的壓縮機具有效率高、體積小、功率密度大等優點，在燃料電池中得到了廣泛的應用。但超高速PMSM轉速高，電機徑向力波階數低，輕量化的結構設計導致定子剛度較差易共振引發較大噪聲，影響壓縮機的使用體驗，因此在超高速PMSM設計時不僅需要考慮電機的電磁性能指標，還需要關注電機的振動噪聲特性[1-3]。
電機的振動噪聲伴隨電磁、結構、力學和聲場等多個領域錯綜復雜的耦合關系，是一個復雜的多物理場問題。為了對電機進行準確的噪聲分析，國內外許多學者已進行了研究[4-5]。
展開 電機設計-電機仿真“新工具”
電機仿真APP可以廣泛應用于電機設計、制造、測試和維護領域，具有強大的計算能力，能夠模擬電機的各種工作狀態和參數變化。用戶可通過調整仿真參數，快速得到電機的響應和性能參數，從而進行針對性的優化和改進。借助仿真APP，可大大減少電機設計迭代次數和成本，提高測試效率和準確性。
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電機設計-電機仿真APP開發及技術服務咨詢
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1、高速永磁同步電機仿真APP
高速永磁同步電機作為一種先進的電機技術，它具有高轉速、高效率、高功率密度等顯著特點。被廣泛應用于工業、新能源汽車、航空航天、風力發電等領域。隨著技術的不斷進步和市場需求的不斷增加，其性能將不斷優化和提升，為各行各業的發展提供強有力的支持。高速永磁同步電機仿真APP可實現高速永磁同步電機仿真計算，得到電機的磁密云圖、磁鏈、反電動勢、電磁轉矩、護套渦流損耗、永磁體渦流損耗、鐵芯損耗等結果。
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2、軸向磁通電機仿真APP
軸向磁通電機是一種具有響應速度快、精確控制、高效能等優點的電動機。它廣泛應用于自動化設備、汽車、電梯、風力發電、機器人、醫療設備、無人機和航空航天器等應用領域。
展開 高速永磁同步電機快速原型開發技術
10秒的加速時間進入弱磁升速的現象
在額定轉速（20000rpm）下突加額定負載
（來源：商飛信息科技（上海）有限公司，版權歸原作者）
【討論】永磁同步電機相對于永磁直流電機好在哪，為什么現在的電動汽車都采用同步電機？
永磁同步電機是定子勵磁，不需要碳刷。而且控制自由度更高，同時控制相位和電壓，啟動性能很好。反過來傳統直流永磁電機是轉子勵磁，需要碳刷給轉子供電。而且控制只能控制電壓，適應性差。
關于永磁同步電機的10個知識 附永磁同步電機三個關聯參數轉矩系數Kt、反電勢系數Ke、磁鏈Phi之間
采用永磁同步電機因其自身結構緊湊，功能齊全，集曳引電機、曳引輪、電磁制動器、光電編碼器于一身，易于安裝，便于使用，使得其在行業內近十年來大展身手、普遍開來。特別是在無機房電梯的開發應用中，將永磁同步曳引電機安裝在電梯的井道里，既節約了機房的建造成本，又美化了建筑物外觀。當電梯負載變化時，永磁同步電機通過調節夾角來適應，其響應速度很快。
為了使電梯有良好的起、制動舒適性和平層準確度，在系統中加入了準確的轉子位置裝置和電壓電流檢測裝置，隨時確定電機磁場的大小、方向。位置檢測裝置采用轉子位置傳感器（光電編碼器或旋轉變壓器等）。轎廂負載檢測裝置可采用位置型、壓力型等多種形式，對電梯負載進行預先測量并計算，給出恰當方向和大小的力矩，可輸出開關量、模擬量（電壓）和頻率量（高頻抗干擾性強，能遠距離傳送）等。
永磁同步電機，準確的講，應該叫異步起動同步運轉的永磁電機。這種電機，使用中可以同尺寸代替原來的Y,Y2,Y3等電機。減少了更換過程的麻煩。與普通電機相比，永磁電機有其自己的特點：
1、轉速恒定，為同步轉速。轉速較普通電機稍高，比如普通電機4極轉速為1400n/min多轉，永磁同步電機轉速就是1500n/min，丟轉少。
2、功率因數高。永磁電機在正常運轉時，轉子轉速和定子磁場轉速一致，轉子磁極采用永磁磁鋼，沒有電流，定子上感應電流減小，因此功率因數高。可以通過合理的設計，可使其工作在滯后功率因數、單位功率因數和超前功率因數。一般滯后功率因數都可以達到和超過0.95，大量使用永磁電機，可以省去無功功率補償器等設備。
3、效率高，特別是運行效率高。永磁電機正常運轉時，由于轉子磁極采用永磁體--釹鐵硼磁鋼，靠永磁體的磁場就可以保證電機的正常運轉，因此轉子也就沒有繞組損耗。轉子鐵耗也沒有，因此效率較普通電機高的多。
展開 交流異步電機與永磁同步電機有何區別？
電機特性
從電機的特性來說，配備交流異步電機的電動汽車更傾向于性能策略，充分利用這種電機在高轉速下的性能輸出和效率優勢，其特性是：當汽車處于高速行駛時，其能夠保持高速運轉和高效的電能使用效率，在為汽車保持最大動力輸出的同時，減少能耗。配備永磁同步電機的車型更傾向于能耗策略，充分利用這種電機在低速階段的性能輸出和高效運轉，適用于中小型車。其特點是體積小、重量輕，可以大大增加電動汽車的續航里程。并且其調速性能特別好，在面對反復啟停、加減速時，仍能夠保持較高效率。
適用車型
動力電池能夠直接輸出的是高電壓的直流電，如果要使用異步電機還需要使用大功率的逆變器，把直流轉換成交流，這個過程也會產生一些能量損耗。而永磁同步電機可以直接用直流電驅動，所以永磁同步電機多用于經濟型車，異步電機多用于高性能車型。
綜述
當汽車處于高速行駛時，異步感應電機能夠保持高速運轉和高效的電能使用效率。而在面對反復啟停、加減速時，調速性能好的永磁同步電機仍能夠保持較高效率。而關于電機的選擇，取決于主機廠最終的車型的定位以及能耗的策略。
展開 為啥比亞迪用永磁同步電機，特斯拉和寶馬卻喜歡交流異步電機？
前面說了電刷會磨損甚至起火花，所以現在大多數汽車用的都是無刷電機，我們本次討論的永磁同步電機和交流異步電機都是無刷電機，下面終于進入正題，給大家講講這兩者的區別：
同步和異步指的是什么？
指的是轉子轉速和定子產生的磁場的速度是否一樣。要完全理解這個問題，我們需要理解這兩種電機的原理。
我們先看永磁同步電機：
需要注意的是，永磁同步電機和我們上面舉例用的課本上的電機不一樣，它的線圈是作為定子，永磁體是充當轉子的，跟課本上的正好相反。
先說這個永磁體，現在多數是用釹鐵硼材料制作，這種材料被稱為“永磁王”，是目前磁性最高的永磁材料。而獲得這種材料需要一種稀有物品——稀土。
展開 永磁同步電機基本原理
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【討論】電動汽車為什么有的使用交流感應電機而不是永磁同步電機？
特斯拉、蔚來都采用了感應電機而不是同步電機，除此之外有哪些采用永磁同步電機的？同步電機相對感應電機應該功率密度更大、效率更高，應該是有優勢的。采用感應電機是因為擔心永磁體磁場強度容易衰退？高溫、震動會導致退磁？
三相永磁同步電機故障診斷與分析
永磁同步電機作為一種高性能的交流電機，因其具有體積小，可靠性高，功率因數和功率密度高高，效率高等優點。永磁同步電機的運行范圍很寬，可以在其額定功率數值25%-120%的范圍內保持很高的運行效率，完全能夠適應負載變化比較大的場合。因此，永磁同步電機的發展和推廣使用，將能夠極大滿足當今社會工業對高效電機的需求。但與此同時，電機作為一個能夠實現機電能量之間轉換的系統，它的結構是由定子，轉子，和軸承等電氣系統和機械系統組成，其總體結構較為簡單。但電機工作時，具有復雜的機電能量轉換過程，在長期運行中，受供電情況、負載工況和運行環境的影響，某些部件會逐漸失效，損壞。電機的工作原理都是基于電磁理論，主要由電路（繞組）和磁路（鐵芯）兩大部分組成，其主要故障類型有繞組斷線、繞組過熱、匝間短路、絕緣老化、鐵芯變形及電機轉子偏心等，永磁同步電機因其轉子上還裝設有永磁體，還可能發生永磁體的不可逆退磁故障，總體來說，電機故障種類繁多，原因復雜。電機集電氣與機械部件于一體，加之處于高速運轉狀態中，故障征兆呈多樣性，既有電氣故障特性，又有機械故障特性；既有電氣量（電壓、頻率、電流、功率等），也有非電氣量（熱、聲、光、氣、輻射、振動等)。
本文主要對一臺功率為llkW面貼式三相永磁同步電機進行分析，分別仿真分析其發生定子繞組斷線故障、定子繞組匝間短路故障、電機轉子靜偏心與動偏心，以及永磁體的不可逆退磁故障。通過對故障工況有限元分析結果的后處理，總結出了故障特征信息和相關的故障程度評價指標，為提出如何實現永磁同步電機的可靠運行、建立電機的實時故障診斷系統等方面的內容提供了一定的依據。
2 電機的有限元分析模型
將RMxprt模塊中建立的電機模型導入Maxwell 2D中進行有限元仿真計算。
展開 
永磁同步電機控制系統仿真 附電力電子、電機控制系統的建模和仿真下載
之前的幾篇已經討論了永磁同步電機、逆變器、旋轉變壓器和許多與實時仿真相關的話題；至此，所有關于永磁同步電機控制系統中的被控對象模型就都已經討論完畢了。下面就開始討論控制器模型。
關于整個系統文章的內容請參考第一篇文章：
永磁同步電機控制系統仿真系列文章——永磁同步電機模型（1）
這一篇主要討論多速率仿真、同步和異步、永磁同步電機控制器模型概述。
多速率仿真
通常情況下，在Simulink環境下搭建的電力電子控制系統的仿真模型，都是多速率的仿真模型。
為啥比亞迪用永磁同步電機，特斯拉和寶馬卻喜歡交流異步電機？
具體可以看下面的圖：
同步/異步電機的優缺點？
還是先聊同步電機，它的優點很明顯，在同樣的重量和體積下，永磁同步電機能輸出更高的功率和扭矩。同理，在相同的功率和扭矩情況下，它的重量和體積小，為另一個極為重要的部件動力電池留出足夠的空間和質量。此外，永磁同步電機還擁有噪音較小的特點。
至于缺點，前面我說過，永磁體依賴稀土，如果想要大的功率，就要大塊的永磁體，造價高；而且雖然叫“永磁”，但它在高溫之類的惡劣環境下容易退磁。
至于異步電機，成本十分低廉，工藝簡單、運行可靠、維修方便等特點，能夠在復雜的工作環境中工作，也對周圍工作溫度的大幅度變化有比較強的適應能力。
但在同樣的功率和扭矩下，異步電機所需要的體積和重量要遠大于永磁同步電機。
特斯拉為啥喜歡用異步電機？
其實不光是特斯拉，很多歐洲品牌的電動車都喜歡用異步電機，比如寶馬i3，但中國和日本品牌卻不是這樣，對于永磁同步電機還是愛的深沉的。
至于特斯拉等國外品牌放棄優勢明顯的同步電機的原因，目前有幾種推論，一是異步電機更能適應惡劣的環境，而特斯拉這種定位較高的車型可能會比家用車更多的經歷激烈駕駛等狀況，那么異步電機不易退磁的特性就非常它們契合了。
第二個是永磁同步電機的核心材料稀土的問題，對于我國和日本而言，我國擁有不錯的稀土資源，，日本則是稀土產業的大國，世界銷量前三的釹鐵硼公司：住友特殊金屬公司、新越化學實業公司和TDK集團都是日本公司，實力可見一斑。歐美國家可能就無法隨心所欲的使用稀土材料了。
展開 今晚 | ANSYS官方永磁同步電機電機的降階模型抽取和矢量控制電路仿真直播
本期研討會：《永磁同步電機電機的降階模型抽取和矢量控制電路仿真》將于11月28日 20:00-21:00舉辦。
直播主題
永磁同步電機電機的降階模型抽取和矢量控制電路仿真
日期/時間
2019年11月28日（今晚）
20:00 – 21:00
課程受眾
永磁同步電機設計單位
電機控制器設計單位
新能源汽車研發部門
變頻器研發部門等行業人士
講師簡介
楊俐輝
ANSYS機電系統仿真軟件專家，對電機本體及其控制系統、開關電源、機電系統的電磁兼容有豐富的實際項目實施和仿真經驗。現任ANSYS中國機電產品線資深工程師，負責機電產品線的方案推廣和項目咨詢工作，對ANSYS機電產品及平臺方案等有全面的了解和經驗。
課程簡介
隨著新能源汽車行業、高性能工業伺服系統的發展，電機本體設計和其控制系統的關系日趨緊密。性能優異的電機是電機及其控制系統的基礎，比如：
采用新型原材料和先進的磁路設計方法設計出高功率密度的電機，電機占用的幾何空間就越小，電機的有效材料的利用率就越高；
電機的效率越高，則可減小電機本體的發熱，提高電機的壽命，提高整個電機機電系統的效率；
齒槽轉矩越小的電機，將減少電機控制算法設計的難度，同時減小最終整個機電系統的NVH。
展開 ANSYS永磁同步電機電機的降階模型抽取和矢量控制電路仿真丨附招聘
本期研討會：《永磁同步電機電機的降階模型抽取和矢量控制電路仿真》將于11月28日 20:00-21:00舉辦。
直播主題
永磁同步電機電機的降階模型抽取和矢量控制電路仿真
日期/時間
2019年11月28日（周四）
20:00 – 21:00
課程受眾
永磁同步電機設計單位
電機控制器設計單位
新能源汽車研發部門
變頻器研發部門等行業人士
講師簡介
楊俐輝
ANSYS機電系統仿真軟件專家，對電機本體及其控制系統、開關電源、機電系統的電磁兼容有豐富的實際項目實施和仿真經驗。現任ANSYS中國機電產品線資深工程師，負責機電產品線的方案推廣和項目咨詢工作，對ANSYS機電產品及平臺方案等有全面的了解和經驗。
課程簡介
隨著新能源汽車行業、高性能工業伺服系統的發展，電機本體設計和其控制系統的關系日趨緊密。性能優異的電機是電機及其控制系統的基礎，比如：
采用新型原材料和先進的磁路設計方法設計出高功率密度的電機，電機占用的幾何空間就越小，電機的有效材料的利用率就越高；
電機的效率越高，則可減小電機本體的發熱，提高電機的壽命，提高整個電機機電系統的效率；
齒槽轉矩越小的電機，將減少電機控制算法設計的難度，同時減小最終整個機電系統的NVH。
在電機型號確定后，性能優異的電機控制器將最大限度地發揮電機的效能。比如：
相對SPWM，采用SVPWM調制方法可以減小逆變器的開關損耗、提高母線電壓利用率；
采用單位電流最大轉矩控制方法（MTPA）,將在不增加逆變器容量的情況下，使電機輸出最大的轉矩。
ANSYS提供使用方便、高精度的電機本體及其控制系統開發仿真平臺。
展開 