Вестник МГТУ, 2025, Т. 28, № 4/1.

Ибатуллин Э. Э. и др. Влияние числа пазов статора на характеристики синхронного двигателя. Выбор числа пазов статора синхронного двигателя с постоянными магнитами оказывает существенное влияние на его электромагнитные характеристики. С увеличением числа пазов при фиксированном внешнем диаметре статора уменьшается ширина зубца и прорези. Это может ограничивать допустимую плотность тока, вызывать насыщение зубцов и снизить технологичность изготовления. Однако увеличение числа пазов, как правило, способствует улучшению формы электродвижущей силы, снижению зубцового момента и пульсаций момента за счет более равномерного распределения магнитного поля. Обмоточное соотношение (1) является ключевым параметром при проектировании обмотки. Целочисленные значения q позволяют реализовать симметричные трехфазные схемы с равномерным распределением токов и минимальными гармоническими искажениями. Дробные значения q могут использоваться в высокоэффективных двигателях, но требуют более сложного расчета схемы обмотки и анализа паразитных эффектов Z q = С1) 2 p х m где Zs - число пазов, p - число полюсов, m - число фаз. Таким образом, выбор числа пазов требует компромисса между улучшением электромагнитных характеристик и соблюдением конструктивных и технологических ограничений. В дальнейшем моделировании были рассмотрены четыре конфигурации: 24, 36, 48 и 60 пазов с соответствующим числом полюсов, обеспечивающим симметрию обмотки. Для проведения численного анализа электромагнитных характеристик синхронных двигателей с постоянными магнитами использовалась программная среда Ansys Motor-CAD, модуль EMag. Геометрия статора и ротора формировалась параметрически, на основе шаблонов Motor-CAD, с указанием следующих исходных данных: внешний диаметр статора - фиксированный; ширина зубца и ширина прорези варьировались автоматически при изменении количества пазов; постоянные магниты задавались в виде вложенных сегментов в роторе, с фиксированным уровнем намагниченности; длина активной части двигателя и число витков в обмотке - одинаковые для всех моделей. Для обеспечения симметрии трехфазной обмотки и минимизации неравномерности токов использовались варианты с целым или дробным обмоточным соотношением. Расчеты проводились для четырех конфигураций: с 24, 36, 48 и 60 пазами. Для каждой из них было выбрано соответствующее число полюсов ротора (4, 6, 8 и 10 соответственно), что обеспечивало симметрию обмотки и корректное распределение фазных токов. Дополнительно в модуле Lab выполнялся расчет ЭДС, среднего электромагнитного момента, зубцового момента, а также оценка формы кривой момента и его пульсаций. Основным варьируемым параметром моделирования является число пазов статора. Для обеспечения корректного формирования симметричной трехфазной обмотки соответствующим образом изменялось число полюсов, сценарии моделирования занесены в табл. 2. Симметрия обмотки обеспечивалась равномерным распределением катушек, а также подбором числа пазов, кратного числу фаз и числу полюсов. Таким образом, обмоточное отношение q принимало целое значение, исключающее паразитные гармоники. Таблица 2. Сценарии моделирования Table 2. Simulation scenarios Число пазов Zs Число полюсов Z 2p х m 24 4 1 36 6 1 48 8 1 60 10 1 Для каждой из конфигураций выполнялись следующие этапы: • построение модели двигателя в Motor-CAD с измененным числом пазов; • адаптация ширины паза и зубца под новую конфигурацию; • автоматический подбор параметров обмотки в рамках заданного класса; • расчет: ЭДС, момент, пульсации момента, КПД, магнитные потери; • визуализация распределения магнитной индукции и анализ формы ЭДС; • сопоставление результатов между конфигурациями. 480