地铁用变频调速永磁同步电机不同磁极结构的性能分析

晏才松，张奕黄，曹君慈

（1．北京交通大学 电气工程学院，北京 100044；2．南车株洲电机有限公司，湖南 株洲 412001）

自主开发高速动车组是中国铁路事业的创举，对缓解我国交通运输压力、提高交通运输效率具有巨大的促进作用。世界各国在开发轨道交通的过程中重点开发研制了永磁同步电机，永磁同步电机及与之相关的牵引控制系统将是未来高速电动车组技术攻关的主要方向［1－7］。本文根据永磁牵引同步电机设计技术要求和设计原则，确定了电机基本性能参数和主要结构参数，利用有限元软件计算了转子“V”型磁极结构电机的空载和负载工况，分析了电机的空载和负载特性，并与给定值进行对比。考虑到永磁电机转子磁路结构的特点，还分析了其他几种常见的转子磁极结构，对不同磁极结构时电机的基本参数和性能进行了对比，为电机的优化设计提供参考。

1 电机内电磁场时步有限元分析方法

在电机电磁场求解过程中，为了简化分析，做出如下假设［8］：

1）电机气隙相对于磁极极距的尺度较小，且是均匀的，其磁感应强度或磁场强度一般认为沿电机的轴向是不变的，为建模和计算方便，电机铁心轴向有效长度内的电磁场按二维场来处理，铁心外缘的散磁忽略不计；

2）定子载流导体和铁心中的集肤效应忽略不计；

3）场域内各处的场量均随时间正弦变化 （包括磁场强度、磁感应强度、向量磁位、电流密度等）。

在考虑磁饱和、忽略高次谐波、引入有效磁阻率的情况下，正弦电磁场可采用复数计算，复数方程为：