【正文】 6 0 6 0 5 021500Nfp n ?? ? ? （ 23）永磁體每極截面積 : 切向結(jié)構(gòu) 22 2 15 3m m mA L b c m? ? ? ?? ? ? （ 24）永磁體每對極磁化方向長度： 2Mp mh h cm?? （ 25）永磁體體積 : 32 2 61 2m m M pV pA h c m? ? ? ?? ? ? ? （ 26）永磁體質(zhì)量：釹鐵硼永磁 cm?? ? 3310 7. 3 10 4. 46 76mmm V Kg??? ? ? ? ? ?? ? ? ? 永磁同步發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)及磁場有限元分析 13 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)尺寸 （ 27） 氣隙長度 : 均勻氣隙 1 5 5 ? ? ? ? ? ? ? ? 1? 空氣隙長度（ cm） ?:無緯玻璃絲帶厚度或非磁性材料套環(huán)厚度， cm （ 28）轉(zhuǎn)子外徑 : 2 cm? （ 29）軸孔直徑： 2 4iD cm? （ 30）轉(zhuǎn)子 鐵心 長度： ? ?2 1 1 7 0 1 7mL L W L c m? ? ? ? ? ? ? （ 31）襯套厚度： 切向套環(huán)結(jié)構(gòu)? ?? ?22 22 4 2 2imhD D bhcm?? ? ? ? ? ??? ? ? ? ??? 其中 ??? （ 32）極距： 2 3 . 1 4 1 1 . 3 92 2 2D cmp? ? ????? ? ? ?? （ 33）極弧系數(shù)： ?? （ 34）極間寬度： ? ?? ?2 11 9 97pb cm? ? ? ?? ? ? ? 定子繞組和定子沖片 尺寸 （ 35）定子外徑： 1 22D cm? （ 36）定子內(nèi)徑： 1 2 12 14. 5 2 5 14. 6iD D c m? ? ? ? ? ? ? （ 37）定子 鐵心 長度： 1 17L cm? （ 38）每極每相槽數(shù)： 3q? （ 39）定子槽數(shù)： 2 2 2 3 36Q mpq? ? ? ? ? ? ? 永磁同步發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)及磁場有限元分析 14 （ 40）繞組節(jié)距： 8y? （ 41）短距 系 數(shù)： 雙 層繞組 8180180 9s in s in 0 . 9 8 4 822 oopK??? ? ? （ 42）分布 系 數(shù)： 18 0 18 0sin sin2 2 3 0. 95 9818 0 18 0sin 3 sin2 2 3dmKq mq?? ? ?? ? ? ? （ 43）斜槽因數(shù)： si n 2 si n22 9ssksK? ?? ? ?? s? 斜槽中心角， 11 . 2 7 3 3 . 1 4 0 . 3 4 93 . 1 4 1 4 . 6 4skts r a d?? ?? ? ? ??? skt 斜槽寬距離， 1 3 .1 4 1 4 .6 1 .2 7 336isk Dt c mQ? ?? ? ? （ 44）繞組系數(shù)： 0 .9 5 9 8 0 .9 9 4 9 0 .9 4 0 4d p d p s kK k k k? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? （ 45）預(yù)估永磁體空載 工作點(diǎn)： 0 ?? （ 46）預(yù)估空載漏磁系數(shù)： ??? （ 47）預(yù)估空載磁通： 4403 15310 10 3 10m r mb B Awb?? ? ??? ????? ? ?? ? ? ? ?? ? ??????? （ 48）預(yù)估空載電動(dòng)勢： 0 101 1 2 3 1 2 5 41 0 0 1 0 0N NUEU? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?V （ 49）繞組每相串聯(lián)匝數(shù)： 003254 4 .4 4 5 0 0 .9 4 0 4 1 2 .8 4 3 1 0 0 .9 6dpENfK K???????? ???? ? ? ? ? 永磁同步發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)及磁場有限元分析 15 （ 50）每槽導(dǎo)體數(shù)： 1 1 6 .4 423s aNN pq? ? ???? ?? ? ?? （取 16） （ 51）實(shí)際每相串聯(lián)匝數(shù)： 2 3 1 6 961spqNN a ??? ? ? （ 52）估算繞組線規(guī)：假設(shè) A mm? ?? 21 2 . 0 2 53 . 2 51 3 . 7Ncu IA m maJ ?? ? ?? 采用兩根直徑為 和一根直徑為 三根并繞，絕緣后直徑分別為 。 其次需減少電樞繞組每相串聯(lián)匝數(shù)和增加轉(zhuǎn)子漏磁導(dǎo)以 削弱電樞反應(yīng)對永磁體的去磁作用，因此選用剩磁密度大的永磁材料；并且應(yīng)增大永磁體提供每極磁通的橫截面積，這時(shí)磁通明顯增加，可以有效地減少每相串聯(lián)匝數(shù)。磁場能量密度ω m=BH∕ 2，因此退磁曲線上任一點(diǎn)的磁通密度與磁場強(qiáng)度的乘積可反映磁場能量密度，被稱為磁能積。 2） 短路電流倍數(shù) 永磁同步發(fā)電機(jī)的短路狀態(tài)分為穩(wěn)態(tài)短路和瞬態(tài)（沖擊）短路 兩種 。內(nèi)置式磁極的永磁體置于鐵 心 內(nèi)部，加工和安裝工藝復(fù)雜，漏磁大，但可以放置較多的永磁體來提高氣隙磁密，減小電機(jī)的重量和體積。其典型產(chǎn)品為美國通用電氣公司制造的 150kVA 14 極 12021 r/min~21000r/min和 100kVA6000 r/min 的稀土鈷永磁同步發(fā)電機(jī)。一直到上世紀(jì) 60年代和 80 年代，稀土鈷永磁和釹鐵硼永磁（二者統(tǒng)稱稀土永磁）相繼問世，它們的高剩磁密度、高矯頑力、高磁能積和線性的退磁曲線 等 優(yōu)異性能特別適合制造電機(jī)，從而使永磁電機(jī)的發(fā)展進(jìn)入一個(gè)新的歷史時(shí)期。為了在電機(jī)內(nèi)建立進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換所必需的氣隙磁場，可以有兩種方法 ：一種是在電機(jī)繞組內(nèi)通以電流來產(chǎn)生磁場，例如普通的直流電 機(jī)和同步電機(jī)，這種電勵(lì)磁的電 機(jī)既需要有專門的繞組和相應(yīng)的裝置 ， 又需要不斷供給能量以維持電流流動(dòng)；另一種是由永磁體來產(chǎn)生磁場。由于永磁材料的固有特性，它經(jīng)過預(yù)先磁化（充磁）以后，不再需要外加能量就能在其周圍空間建立磁場，這就是既可簡化結(jié)構(gòu)，又可以節(jié)約能量的永磁電機(jī)。 稀土永磁材料的發(fā)展大致可以分為三個(gè)階段。國內(nèi)研發(fā)的第一臺(tái)稀土永磁電機(jī)即為3KW 20210r/min 的永磁發(fā)電機(jī)。 4） 按永磁體的形狀分類，進(jìn)行永磁體設(shè)計(jì)時(shí)必須保證永磁體在磁路中產(chǎn)生足夠的磁通和磁動(dòng)勢，可分為瓦片形 、 極弧形 、 環(huán)形 、 爪極形 、 星形 、 矩形磁極。瞬態(tài)短路電流通常大于穩(wěn)態(tài)短路電流，但計(jì)算比較復(fù)雜，工程中通常先求出穩(wěn)態(tài)短路電流，然后利用經(jīng) 驗(yàn)修正系數(shù)得出瞬態(tài)短路電流倍數(shù)。 （ 2）回復(fù)線 退磁曲線所表示的磁通密度與磁場強(qiáng)度 間的關(guān)系，只有在磁場強(qiáng)度單方向變化時(shí)才存在。 b） 為了減小定子漏抗 X1，需要選擇寬而淺的定子槽型；減小電樞繞組每相串聯(lián)匝數(shù)，但要注意小的電樞繞組每相串聯(lián)匝數(shù)使短路電流增大；縮短繞組端部長度，適當(dāng)加大氣隙長度，加大長徑比。 總截面積： 22 21 . 3 0 . 92 3 . 2 822S m m??? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? （ 53）實(shí)際電流密度： 21 2 . 0 2 53 . 6 6 6 11 3 . 2 8Nt c uIJ A m ma N A? ? ? ?? （ 54）電負(fù)荷： 112 2 3 9 6 1 2 . 0 2 5 1 5 1 . 0 8 63 . 1 4 1 4 . 6S N NiiQ N I m N IA A c ma D D?? ? ? ?? ? ? ? ?? （ 55）定子沖片槽型設(shè)計(jì) ： 圖 41 定子槽型 永磁同步發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)及磁場有限元分析 16 ? ? ? ?1 2 0 1 211 2121111 , , , , ()3222 ( ) 332 362 2 636s s s s si sj s siistsb c m b c m b c m h c m h c mDD bh h hcmDt c mQDhb b c mQ??? ? ? ? ??? ? ? ??? ? ? ? ??? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? （ 56）槽滿率： 槽面積 22 1 2222280 .8 6 0 .7 2 3 .1 4 0 .6 80 .8 0 .8 1 328s s sssb b bAhcm??????? ? ? ? 槽絕緣占面積： 22 2 122efsf22 3 2 6 22 3 c m= 13 36 77516= 100 %si i s s sjsicuefbA C h b bcmCA A c mNSA????? ? ? ????????? ? ? ? ???????? ? ? ?? ??? ???? ? ? ??? ? ? ??? ???槽 絕 緣 厚 度 ， 取槽 有 效 面 積 ：A槽 滿 率 ：S 磁路計(jì)算 （ 57）計(jì)算空載磁通： 300 254 1 3 . 2 1 04 . 4 4 4 . 4 4 5 0 9 6 0 . 9 4 0 4 0 . 9 6dpEfN K K???? ?? ? ? ? ?? ? ? ?Wb （ 58）計(jì)算極弧系數(shù)（均勻氣隙）： 661 1 ipp? ? ? ? ? ? ?? ???????? ? ? ??? ? （ 59） 鐵心 有效長度（定，轉(zhuǎn)子軸向長度相等）： 永磁同步發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)及磁場有限元分析 17 1 2 17 2 17 .4efl L c m? ? ? ? ? ? ? （ 60）氣隙磁密： 340 1 3 . 2 1 01 0 0 . 7 70 . 8 6 4 3 1 1 . 3 9 1 7 . 4i e fB l???? ??? ? ? ?? ? ? ?T （ 61）氣隙系數(shù)： 02200( 4 . 4 0 . 7 5 ) 1 . 2 7 3 ( 4 . 4 0 . 2 0 . 7 5 0 . 3 5 ) 1 . 0 9 2( 4 . 4 0 . 7 5 ) 1 . 2 7 3 ( 4 . 4 0 . 2 0 . 7 5 0 . 3 5 ) 0 . 3 5ssstbK t b b? ? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? （ 62）氣隙磁位差： 22702 2 0 . 7 7 0 . 2 1 . 0 9 21 0 1 0 2 6 7 7 . 8 310BF ?????? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ?A （ 63）定子齒磁密： 11 . 2 7 3 1 7 . 40 . 7 7 1 . 7 1 40 . 6 1 6 0 . 9 5 1 7eftt F etlBB b K L? ?? ? ? ???T （ 64）定子齒磁位差： 2 2 1 1 5 .2 1 .0 7 3 2 4 7 .2 2t t tF H h? ? ? ? ?A tH 取 ? th 取 （ 65）定子軛磁密： 34011 3 . 2 1 0 1 0 1 . 6 4 62 2 1 7 0 . 9 5jF e jB L K h???? ? ?? ? ?? ? ? ? ?? ? ?T （ 66）定子軛磁位差： 2 2 0 .3 2 4 2 .1 7 .6 6 2 0 6 .3 9j j j jF C H l? ? ? ? ? ?A jH 定子軛磁場強(qiáng)度取 cmA? jC 考慮軛部磁通密度不均勻而引入的軛部磁路長度校正系數(shù)，取 jl 定子軛磁路計(jì)算長度： ? ? ? ?1 2 2 2 . 4 8 3 7 . 6 64 4 2jj Dhl p? ?? ??? ? ??cm （ 67）極靴平均磁密： ? ? ? ? 300 441 1 1 3 . 2 1 01 0 1 0 0 . 9 42 2 0 . 7 7 1 1 . 3 9 1 7p ppB L?? ??? 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