【文章內(nèi)容簡介】 （ 318） 氣隙合成磁通（ Wb） 4 .4 4 dpEfK NK?? ??? （ 319） 其中 f — 電源頻率（ Hz）； dpK — 繞組因數(shù)； N— 定子繞組每相串聯(lián)匝數(shù)； K? — 氣隙磁場的波形系數(shù)。 由 ?? 不難求出定子齒、軛部磁密 ，進(jìn)而求出電動機(jī)的鐵耗。 3． 3． 3． 3 機(jī)械損耗 永磁體同步電動機(jī)的機(jī)械損耗 fwp 與其它電機(jī)一樣，可根據(jù)實(shí)測值或參考其它電機(jī)機(jī)械損耗的計算方法。 3． 3． 3． 4 雜散損耗 永磁同步電動機(jī)雜散損耗 sp 目前沒有還沒有一個準(zhǔn)確實(shí)用的計算公式，一般取根據(jù)具體情況和經(jīng)驗(yàn)取定。 隨著負(fù)載的增加，電動機(jī)電流隨之增大，雜散損耗近似隨電流的平方關(guān)系增大。當(dāng)定子相電 流為 1I 時電動機(jī)的雜散損耗（ W）可用下式近似計算： 北京理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 2 *31 10s sN NNIp p PI???????? 其中 NI — 電動機(jī)額定相電流（ A）； sNp — 電動機(jī)輸出額定功率時的雜散損耗（ W）。 3． 4 磁路分析與計算 3． 4． 1 磁路計算特點(diǎn) 進(jìn)行永磁同步電動機(jī)磁路計算時，一般采用通常的電機(jī)磁路的磁位差計算方法。永磁同步電動機(jī)的空載氣隙磁密波形如圖 34 所示。 圖 35 永磁同步電動機(jī)空載氣隙磁密波形 1氣隙磁密 2基波 3三次諧波 4五次諧波 圖 34 為永磁同步電動機(jī)實(shí)測氣隙磁密波形（ 不涉及定子槽開口時 ） 。圖中永磁同步電動機(jī)的空載氣隙磁密波形基本上為一平頂波，與感應(yīng)電動機(jī)的氣隙磁密波形相差較大，而與直流電機(jī)的空載氣隙磁密波形相似。磁路計算時，永磁同步電動機(jī)的空載氣隙磁密波形可近似簡化為圖 35 所示的矩形波 [15]。 北京理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 圖 36 永磁同步電動機(jī)空載氣隙磁密近似波形 圖 37 內(nèi)置混合式 轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu) 3． 4． 1． 1 計算極弧系數(shù) 永 磁同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)形式不同，其極弧系數(shù)p?和計算極弧系數(shù)i?的計算公式也不同。對采用圖 36 轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)的永磁同步電動機(jī)，經(jīng)電磁場計算個氣隙磁密波形分析，存在如下關(guān)系： 22122pQpQp??? （ 320） 北京理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 14 61ipp?? ????? ?? （ 321） 式中 2Q — 永磁同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子槽數(shù)； 1? — 電 動機(jī)定子極距（ cm）； ? — 氣隙長度（ cm）。 3． 4． 1． 2 氣隙磁場波形系數(shù) 如圖 35 所示，經(jīng)傅立葉級數(shù)分解后，可得到永磁同步電動機(jī)空載氣隙磁密基波幅值（ T） 1 4 si n 2iBB?????? （ 322） 因此，永磁同步電動機(jī)的空載氣隙磁密波形系數(shù) 1 4 s in2if BK B?? ????? （ 323） 永磁同步電動機(jī)空載時永磁體提供的氣隙磁通（ Wb） 400 0 10m r mb B A? ????? （ 324） 式中 mA — 永磁體提供每級磁通的面積（ 2cm ）； 空載時永磁體提供的氣隙基波磁通（ Wb） 41 0 1 12 10efBL? ?? ?? ? ? （ 325） 式中 efL — 電樞計算長度（ cm）。 因此，電機(jī)基波磁通 10? 與氣隙總磁通 0?? 之比，即永磁同步電動機(jī)氣隙磁通的波形系數(shù) 1020 8 s in 2iiK ? ????? ???? （ 326） 由式（ 326）可知， i? 的大小影響氣隙基波磁通與氣隙總磁通的比值，即影響永磁材料的利用率。 北京理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 3． 4． 2 永磁體工作點(diǎn)的計算 3． 4． 2． 1 空載和負(fù)載工作點(diǎn)的計算特點(diǎn) 永磁同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)包括：徑向式、切向式和混合式。本設(shè)計采取徑向式結(jié)構(gòu)。 永磁體磁動勢源的計算磁動勢 22 10c c MF H h ??? （ 327） 永磁體虛擬內(nèi)稟磁通 410r r mBA ?? ? ? （ 328） 式中 rB ， cH — 在工作溫度下永磁材料的計算剩磁密度和計算矯頑力。 F? 為經(jīng)磁路計算所得的電動機(jī)每對極主磁路的總磁位差（ A），其值為 1 1 2 2t j t jF F F F F F?? ? ? ? ? ? （ 329） 式中 F? 、 1tF 、 1jF 、 2tF 、 2jF — 分別為電動機(jī)每對極的氣隙、定子齒 、定子軛、轉(zhuǎn)子齒、轉(zhuǎn)子軛等部位的磁位差（ A）。 永磁同步電動機(jī)直軸電樞磁動勢 adF （ A/極） 1 .3 5 dp adad dK NKFIp? （ 330） 則其作用于永磁體的去磁磁動勢 標(biāo)么值 39。002 .72 d p a d dadaccK N K IFf F p F???? （ 331） 式中 adK — 電機(jī)直 軸電樞磁動勢折算系數(shù)。 將 上述式（ 327）至式（ 331）進(jìn)行迭代計算（在迭代計算中具體論述）即得到永磁體工作點(diǎn)。 3． 5 永磁同步電動機(jī)參數(shù)計算和分析 3． 5． 1 空載反電動勢 北京理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 空載反電動勢 0E 時永磁同步電動機(jī)一個非常重要的參數(shù)。 0E （ V）由電動機(jī)中永磁體產(chǎn)生的空載氣隙基波磁通在電樞繞組中感應(yīng)產(chǎn)生，其值為 00400 4 10dpm r mdpE fK N Kb B AfK K????????? （ 332） 0E 的大小不僅決定了電動機(jī)是運(yùn)行于去磁狀態(tài)還是增磁狀態(tài)，而且對電動機(jī)的動、穩(wěn)態(tài)性能有很大的影響。 合理設(shè)計 0E 可降低定子電流，提高電動機(jī)效率，降低電動機(jī)的溫升。 3． 5． 2 交、直軸電樞反應(yīng)電抗 對于一臺內(nèi)置 式永磁同步電動機(jī)的電磁場進(jìn)行數(shù)值計算不難發(fā)現(xiàn)：當(dāng)電動機(jī)直軸電流 dI 從 NI 增大到 NI 時，其直軸電樞反應(yīng)電抗 adX 從 ? 增至 ? ；而交軸電流從 NI 增大到 NI 時，交軸電樞反應(yīng)電抗 aqX 從? 降至 ? 。可見，在計算永磁同步電動機(jī)的交、直軸電抗時，可不考慮 adX 的非線性，但必須考慮交軸磁路的飽和對 aqX 的影響。 考慮交軸磁路飽和時 aqX 需迭代求解，其步驟在迭代計算部分中具體闡述。 3． 5． 3 交、直軸電樞 磁動勢折算系數(shù) 交、直軸電樞磁動勢折算系數(shù) aqK 和 adK 反映了電動機(jī)磁路結(jié)構(gòu)對電動機(jī)電樞反應(yīng)電抗 aqX 和 adX 的影響。轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)不同，電動機(jī)的交、直軸電樞磁動勢折算系數(shù)也各有差別。由定義有： ad d fK K K? ， aq q fK K K? 。 fK 可由 式（ 323）得到， dK 、 qK 為電動機(jī)交、直軸電樞反應(yīng)磁密的波形系數(shù)。 對本設(shè)計，可取 dK = qK =1，因而其直、交軸電樞磁動勢折算系數(shù)為 14 s i n 2aq ad ifKK K???? ? ? （ 333） 或者由經(jīng)驗(yàn)給出。本設(shè)計中取 dK =1， qK =。 北京理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 異步起動永磁同步電動機(jī)的設(shè)計特點(diǎn) 異步起動永磁同步電動機(jī)一般應(yīng)用于要求高效的場合，因而對電動機(jī)的要求主要是效率高、功率因數(shù)高、起動品質(zhì)因數(shù)（ st stTI）高和單位功率的永磁體用量省等。 3． 6． 1 主要尺寸和氣隙長度的選擇 異步起動永磁 同步電動機(jī)的主要尺寸與普通電動機(jī)的主要尺寸一樣，包括定子沖片內(nèi)徑 1iD 和電樞計算長度 efL 。一般來說，異步起動永磁同步電動機(jī)的設(shè)計可能有以下三種情況： 1） 替代原來的感應(yīng)電動機(jī)或原有性能較差的永磁同步電動機(jī)。在這種情況下，待設(shè)計的永磁同步電動機(jī)一般要求與原來電動機(jī)同中心高，顧客在原來電動機(jī)主要尺寸的基礎(chǔ)上進(jìn)行初步的估算，然后再調(diào)整設(shè)計，直至電動機(jī)設(shè)計成功。 2）要求待設(shè)計的永磁同步電動機(jī)直接利用某特定的定子沖片， 以提 高電動機(jī)定子沖片的通用性和縮短電動機(jī)的研制周期。在這種情況下，由給定的定子沖片既可知道定子沖片內(nèi)徑，再由電動機(jī)的功率和電機(jī)常數(shù)選擇電樞計算長度 efL 。 3）僅給定電動機(jī)的性能指標(biāo)，而無其它限制。此時選擇電動機(jī)主要尺寸的自由度要比前兩種情況大得多。根據(jù)預(yù)估的電磁負(fù)荷，由電動機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速可選定電動機(jī)的 21i efDL ，然后憑經(jīng)驗(yàn)選取一定的主要尺寸比 1efL ? ，得出電動機(jī)的主要尺寸。一般來 說，如無其它限制，電動機(jī)的主要尺寸比應(yīng)選小一點(diǎn)，以便于在轉(zhuǎn)子內(nèi)部放置更多的永磁材料。 永磁同步電動機(jī)為減小過大的雜散損耗，降低電動機(jī)的震動與噪聲和便于電動機(jī)的裝配，其氣隙長度 ? 一般要比同規(guī)格感應(yīng)電動機(jī)的氣隙大。且電動機(jī)中心高度越大，永磁同步電動機(jī)的氣隙長度比感應(yīng)電動機(jī)的氣隙大得也越多。 北京理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 3． 6． 2 永磁體設(shè)計 永磁體的尺寸主要包括永磁體的軸向長度 ML 、磁化方向長度 Mh 和寬度Mb 。永磁體的 軸向長度一般取得與電動機(jī)鐵心軸向長度相等或稍小于鐵心軸向長度，因此實(shí)際上只有兩個永磁體尺寸（即 Mh 和 Mb ）需設(shè)計。設(shè)計時，應(yīng)考慮下列因素： 1） Mh 的確定應(yīng)是電動機(jī)的直軸電抗 adX 。因?yàn)?Mh 是決定 adX 的一個重要因素，而 adX 又影響電動機(jī)的許多性能。 2） Mh 不能過薄。這主要是從兩方面考慮：一是 Mh 將導(dǎo)致永磁體生產(chǎn)的廢品率上升，永磁體成本提高，且使用磁體不易運(yùn)輸和裝配；二是永磁體太薄將使其易于退磁。 3）設(shè)計 Mh 應(yīng)使永磁體工作與最佳工作點(diǎn)。因?yàn)殡妱訖C(jī)中永磁體的工作點(diǎn)更大程度上 取決于永磁體的磁化方向長度 Mh 。 4）為調(diào)整電動機(jī)的性能，常常要調(diào)整 Mb ，因?yàn)?Mb 直接決定了永磁體能夠提供磁通的面積。當(dāng)要求電動機(jī)磁負(fù)荷較高時，應(yīng)選擇能安裝更多永磁體，也就是能安裝 Mb 更大的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)。 永磁體尺寸除影響電動機(jī)的運(yùn)行性能外，還影響著電動機(jī)中永磁體的空載漏磁系數(shù) 0? ，從而也決定了永磁體的利用率。計算結(jié)果表明，永磁體尺寸越大， 0? 越小。經(jīng)過一些列推 導(dǎo) ，可得內(nèi)置徑向式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)永磁體尺寸的預(yù)估公式為 ? ?0000 1 1012smMmefMm r MK K bhbBLbb B K L??????? ?? ?? ???? ??? （ 334） 式中 sK— 電動機(jī)的飽和系數(shù)，其值可取 ； 北京理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 K?— 與轉(zhuǎn)子 結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)，其取值范圍為 。 3． 6． 3 電樞繞組設(shè)計 異步起動永磁同步電動機(jī)的繞組可采用與普通交流電動機(jī)一樣的三相繞組。 由于永磁同步電動機(jī)由永磁體勵磁，氣隙磁場諧波較多，使電動式中的諧波也較多。因此，為設(shè)計高性能的電動機(jī)，必須在繞組設(shè)計上采取一定的措施。異步起動永磁同步電動機(jī)通常采用 Y 接的雙層短距繞組以避免電動機(jī)繞組中產(chǎn)生環(huán)流，并削弱電動式諧波。永磁同步電動機(jī)的繞組匝數(shù)和線規(guī)可根據(jù)電動機(jī)的電磁負(fù)荷、定子槽形尺寸和槽滿率的限制來確定。 3． 7 異步啟動同步電動機(jī)設(shè)計中的迭代計算 3． 7． 1 迭代計算一般方法 迭代法也稱輾轉(zhuǎn)法，是一種不斷用變量的舊值遞