【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ?。?4)電機(jī)的體積小、重量輕、便于維護(hù)保養(yǎng)；(5)內(nèi)置式交直軸的磁阻不同，進(jìn)而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子磁路不對(duì)稱(chēng)，弱磁性能也好，但表面式的弱磁性能較差；(6)電機(jī)性能受到氣隙長(zhǎng)度的影響要遠(yuǎn)小于感應(yīng)電機(jī)，因此氣隙要比同功率的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)大的多；(7)具有較寬的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行范圍，可在其25%—120%中有效額定負(fù)載范圍內(nèi)具有高功率因數(shù)和高效率；(8)制造工藝較為復(fù)雜，成本也高。第三章永磁同步電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)異步啟動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)雖然繼承了感應(yīng)電動(dòng)機(jī)直接加壓?jiǎn)?dòng)的優(yōu)點(diǎn)和具有永磁同步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)，但是它在產(chǎn)品種類(lèi)、應(yīng)用場(chǎng)合以及設(shè)計(jì)技術(shù)上的完善度都還存在一些差距。由于異步啟動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)主要用在高效節(jié)能來(lái)代替感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的場(chǎng)合，因此它在設(shè)計(jì)方面也有了一定的要求，即它的設(shè)計(jì)要與產(chǎn)品規(guī)格、實(shí)際使用環(huán)境并且符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，其目標(biāo)是高效率、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行可靠、高功率因數(shù)和起動(dòng)性能好。這就需要運(yùn)用有關(guān)的運(yùn)理論與計(jì)算方法來(lái)設(shè)計(jì)出符合要求的電動(dòng)機(jī)。其中異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)的電磁設(shè)計(jì)的任務(wù)主要包括主要尺寸的確定、定轉(zhuǎn)子沖片及槽形的尺寸和繞組參數(shù)等的參數(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)而滿足生產(chǎn)實(shí)際的需求。由于異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)主要是用于代替感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，而且電機(jī)的內(nèi)部放置了永磁體。所以對(duì)其進(jìn)行電磁設(shè)計(jì)時(shí)，最重要的就是對(duì)電機(jī)主要尺寸的確定，主要尺寸大小的確定直接會(huì)影響到電動(dòng)機(jī)自身的體積、成本、性能和經(jīng)濟(jì)可靠性。對(duì)于沒(méi)有依據(jù)可靠的參數(shù)就需要進(jìn)行設(shè)計(jì)的條件，我們則可以依據(jù)所給定電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速和額定功率的要求來(lái)進(jìn)一步確定電機(jī)的電樞鐵心的直徑和長(zhǎng)度之后，再跟據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定電機(jī)的主要尺寸。由于永磁同步電機(jī)的內(nèi)部要安置永磁體，因此我們要盡可能的去選擇相對(duì)比較小的主要尺寸，也就是說(shuō)要選擇相對(duì)比較大的轉(zhuǎn)子尺寸以便有足夠大的空間來(lái)放置永磁體[3]。電機(jī)體積的計(jì)算公式為：(31)永磁同步電動(dòng)機(jī)的性能受氣隙長(zhǎng)度的影響沒(méi)有的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的那么強(qiáng)烈，所以加大氣隙長(zhǎng)度以便于減少電樞反應(yīng)的影響、減小電機(jī)的振動(dòng)、噪聲和雜散損耗，便于安裝永磁體。~[11]。由于永磁同步電動(dòng)機(jī)的氣隙中會(huì)有大量的諧波，而且感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的諧波也多。因此為了避免三次諧波在繞組中產(chǎn)生環(huán)流，電動(dòng)機(jī)的定子三相繞組常采用Y型聯(lián)結(jié)。定子的槽數(shù)則是取決于每極每相槽數(shù)并且定子的槽行和尺寸的選擇直接影響著電機(jī)的漏抗、槽滿率、定子齒部磁密、定子軛部磁密和定子結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度[13]。因此為滿足這些要求，定子槽通常選用半閉口的梨形槽。對(duì)于本文所要設(shè)計(jì)的40KW的永磁同步電機(jī)，所取q的值為4。為了有更好的隔磁效果，在小型內(nèi)置式永磁同步電動(dòng)機(jī)中，槽高度較小、轉(zhuǎn)子的集膚效應(yīng)沒(méi)有感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的明顯而且凸形槽和刀形槽的形狀復(fù)雜，沖模加工難度系數(shù)大，所以常采用梯形槽。轉(zhuǎn)子槽的主要作用是用于啟動(dòng)。在電動(dòng)機(jī)對(duì)牽入轉(zhuǎn)矩的要求不高時(shí)，轉(zhuǎn)子槽可做小一些。為了讓電動(dòng)機(jī)有較好的同步牽入能力，合成的Tn特性曲線也有一定的陡度。所以要盡可能的減小轉(zhuǎn)子電阻并且轉(zhuǎn)子槽不能開(kāi)的過(guò)淺過(guò)窄。在設(shè)計(jì)電機(jī)時(shí)，要在永磁體槽與永磁體之間有一定的間隙。為了減少因電動(dòng)機(jī)的定轉(zhuǎn)子槽配合不當(dāng)而出現(xiàn)附加轉(zhuǎn)矩，進(jìn)而增加電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)和噪聲，使其效率下降。因此，電機(jī)的定轉(zhuǎn)子槽應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)要求[12]：（1） 轉(zhuǎn)子槽數(shù)Q2 要為極數(shù)的整數(shù)倍來(lái)保證轉(zhuǎn)子磁路對(duì)稱(chēng)；（2）為了避免電機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生較強(qiáng)的異步附加轉(zhuǎn)矩，應(yīng)使Q2≤（Q1+p）；（3）為了避免產(chǎn)生同步附加轉(zhuǎn)矩，應(yīng)使Q2≠Q(mào)1 ，Q2≠Q(mào)1177。p ，Q2≠Q(mào)1＋2p；（4）為了避免單向振動(dòng)力，應(yīng)使Q2≠Q(mào)1177。p，Q2≠Q(mào)1177。p177。1。本文設(shè)計(jì)的永磁同步電動(dòng)機(jī)，綜合考慮每極永磁體總寬度和永磁體的磁化方向長(zhǎng)度進(jìn)而選擇采用分散性能較小的矩形永磁體。永磁體的主要尺寸包括永磁體的軸向長(zhǎng)度、每極永磁體總寬度和永磁體的磁化方向長(zhǎng)度。永磁體充磁方向長(zhǎng)度要能夠在盡可能少用永磁材料的前提下，電樞磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生最大去磁時(shí)不會(huì)發(fā)生不可逆去磁。在選擇永磁體充磁方向長(zhǎng)度時(shí)，要保證永磁體在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行下處于最佳工作點(diǎn)，并且有足夠的抗去磁能力[13]。目前，用于永磁同步電機(jī)電磁設(shè)計(jì)的方法主要有等效磁路法和數(shù)值解法，其中數(shù)值解法中用的最多的是有限元分析法。（1）等效磁路法等效磁路法是最初研究電機(jī)性能的重要方法，將永磁同步電機(jī)實(shí)際存在的不均勻分布的磁場(chǎng)轉(zhuǎn)化成等效的各段磁路，并認(rèn)為在各段中磁通沿截面均勻分布，各段中磁場(chǎng)強(qiáng)度保持恒定，將磁場(chǎng)的計(jì)算轉(zhuǎn)化為磁路的計(jì)算，然后用各種系數(shù)來(lái)進(jìn)行校正，使各段磁路的磁位差等于磁場(chǎng)中對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的磁位差[13]。（2）數(shù)值解法—有限元法有限元法具有各個(gè)環(huán)節(jié)統(tǒng)一、通用的優(yōu)點(diǎn)，可以很好的處理非線性問(wèn)題，程序易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，適用于計(jì)算機(jī)的計(jì)算，近年來(lái)在實(shí)踐工程中得到了廣泛的應(yīng)用[1415]。(1).額定功率：(2).相數(shù)： (3).額定線電壓：(4).額定頻率：(5).額定效率： (6).額定功率因數(shù)：(7).額定轉(zhuǎn)速：(8). 失步轉(zhuǎn)矩倍數(shù)：(9).啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)：(10). 啟動(dòng)電流倍數(shù)： (11). 繞組形式：雙層三角形聯(lián)結(jié)(12).極對(duì)數(shù)： (13).額定相電壓：(14).額定相電流：(15).額定轉(zhuǎn)矩：(16).絕緣等級(jí)：B級(jí)(17).鐵心材料：DW31550(18).轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)：徑向式結(jié)構(gòu)(19).氣隙長(zhǎng)度：(20).定子外徑：(21).定子內(nèi)徑：(22).轉(zhuǎn)子外徑：(23).轉(zhuǎn)子內(nèi)徑：(24).定/轉(zhuǎn)子鐵心長(zhǎng)度：(25).電樞計(jì)算長(zhǎng)度：式中，為和中最小者。(26). 定/轉(zhuǎn)子槽數(shù)：(27).定子每極每相槽數(shù)：(28).極距：(29).硅鋼片質(zhì)量：式中，—沖剪余量 ，；為和中最小者；鐵的密度 ，； —鐵心的疊壓系數(shù) 。 (30). 永磁材料：N35H燒結(jié)釹鐵硼永磁(31). 計(jì)算剩磁密度：式中，—時(shí)燒結(jié)釹鐵硼永磁剩磁，；—的可逆溫度系數(shù)，；—的不可逆損失率，；預(yù)計(jì)體工作溫度。(32)．計(jì)算矯頑力：式中，—時(shí)燒結(jié)釹鐵硼永磁剩磁矯頑力。(33). 相對(duì)回復(fù)磁導(dǎo)率：式中， —真空磁導(dǎo)率。(34)．磁化方向長(zhǎng)度：(35). 每極永磁體寬度：(36). 永磁體軸向長(zhǎng)度：(37). 提供每極磁通的截面積：(38). 永磁體的總質(zhì)量：式中， —永磁體的密度。(39). 定子槽形： (40). 轉(zhuǎn)子槽形： ： (41). 定子齒距：(42). 定子鞋斜槽距離：(43). 定子計(jì)算齒寬：式中，.(44). 定子軛計(jì)算高度：(45). 定子齒磁路計(jì)算長(zhǎng)度： (46). 定子軛磁路計(jì)算長(zhǎng)度：(47). 定子齒體積：(48). 定子軛體積： (49). 轉(zhuǎn)子齒距：(50). 轉(zhuǎn)子齒磁路計(jì)算長(zhǎng)度： (51). 轉(zhuǎn)子軛計(jì)算高度：式中，為轉(zhuǎn)子槽的總高度。(52). 轉(zhuǎn)子軛磁路計(jì)算長(zhǎng)度：(53). 每槽導(dǎo)體數(shù)：(54). 并聯(lián)支路數(shù)：(55). 并繞根數(shù)線徑：式中，為并繞根數(shù)；為導(dǎo)線裸線直徑（mm）。(56). 每相繞組串聯(lián)匝數(shù)：(57). 槽滿率計(jì)算：槽面積：式中，—槽楔厚度。槽絕緣面積：式中，—槽絕緣厚度，槽有效面積： 槽滿率: 式中，—導(dǎo)線的雙邊絕緣厚度， (58). 節(jié)距：y=12槽(59).繞組節(jié)距因數(shù)：式中。(60).繞組分布因數(shù)：式中。(61). 斜槽因數(shù)：式中。(62).繞組因數(shù)：(63).線圈平均半匝長(zhǎng)： 式中，—繞組直徑部分伸出長(zhǎng)度，一般取13cm，這里取。(64). 線圈端部軸向投影長(zhǎng)：(65).線圈端部平均長(zhǎng)：(66).定子導(dǎo)線質(zhì)量：(67). 極弧系數(shù)：(68). 計(jì)算極弧系數(shù)：(69).氣隙磁密波形系數(shù)：(70).氣隙系數(shù)：(71).氣隙磁通波形系數(shù)：式中，(72). 空載漏磁系數(shù)假定值：(73).永磁體空載工作點(diǎn)假定值：(74).空載主磁通：(75).氣隙磁密：(76).氣隙磁位差：直軸磁路交軸磁路式中，—永磁體在磁化方向上與永磁體槽間的間隙，以下列式中所用到的有關(guān)場(chǎng)強(qiáng)H的值均為根據(jù)所對(duì)應(yīng)磁密B查硅鋼片磁化曲線所得到(77).定子齒磁密：(78). 定子齒磁位差：(79).定子軛磁密：(80).定子軛磁位差：式中，—定子軛部校正系數(shù)，查表得。(81).轉(zhuǎn)子齒磁密：式中，(82).轉(zhuǎn)子齒磁位差：(83).轉(zhuǎn)子軛磁密：(84).轉(zhuǎn)子軛磁位差：式中，—定子軛部校正系數(shù)，查表得。(85).每對(duì)極總磁位差：計(jì)算漏磁系數(shù)時(shí)，每極總磁位差為：(86).空載漏磁系數(shù)計(jì)算：1) 通過(guò)轉(zhuǎn)子槽的漏磁通為2) 通過(guò)隔磁磁橋的磁通為式中，—隔磁磁橋1的寬度，；—隔磁磁橋2的寬度。3) 轉(zhuǎn)子內(nèi)部漏磁系數(shù)4) 轉(zhuǎn)子端部漏磁系數(shù) ,其中，轉(zhuǎn)子單位端部漏磁系數(shù)。5) 空載漏磁系數(shù)與設(shè)定值之間的誤差小于1%，合格。(87).磁路齒飽和系數(shù)：(87).主磁導(dǎo)：(88).主磁導(dǎo)標(biāo)么值：(90).外磁路總磁導(dǎo)標(biāo)么值：(91).漏磁導(dǎo)標(biāo)么值：(92).永磁體空載工作點(diǎn) ：與設(shè)定之間的誤差小于1%，合格。(93).氣隙磁密基波幅值：(94).空載反電動(dòng)勢(shì)：(95). 定子直流電阻：式中，—銅線電阻率，(96).轉(zhuǎn)子折算電阻：導(dǎo)條電阻：端環(huán)電阻：式中， （對(duì)鑄鋁轉(zhuǎn)子）；—轉(zhuǎn)子導(dǎo)條長(zhǎng)度，；—導(dǎo)條截面積，；—端環(huán)平均直徑，—端環(huán)截面積，；—導(dǎo)條電阻率，；—端環(huán)電阻率。(97).轉(zhuǎn)子繞組質(zhì)量： (98).漏抗系數(shù)：(99).定子槽比漏磁導(dǎo)：式中，；；；式中， ；；(100).定子槽漏抗：(101).定子諧波漏抗：(102).定子端部漏抗：(103).定子斜槽漏抗：(104).定子漏抗：(105).轉(zhuǎn)子槽比漏磁導(dǎo)：式中，；；；；。(106).轉(zhuǎn)子槽漏抗：(107).轉(zhuǎn)子諧波漏抗：式中， 。(108). 轉(zhuǎn)子端部漏抗：(109).轉(zhuǎn)子漏抗：(110).直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)折算系數(shù)：(111).直軸電樞反應(yīng)電抗： 式中，； ； 式中，(112).直軸同步電抗：(113).交軸電樞反應(yīng)電抗： (114).交軸同步電抗：(115). 機(jī)械損耗：(116).設(shè)定功角：(117).輸入功率：(118).直軸電流：(119).交軸電流：(120).功率因數(shù)：式中，(121).定子電流： (122).定子電阻損耗：(123).負(fù)載氣隙磁通：式中，(124).負(fù)載氣隙磁密：(125).負(fù)載定子齒磁密：(126).負(fù)載定子軛磁密：(127). 鐵耗：式中，、—定子齒及定子軛單位鐵損耗系數(shù)，可由電機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)確定；、—鐵耗修正系數(shù)，(128).雜散損耗：式中，—雜散損耗系數(shù)，%。(129).總損耗：(130).輸出功率：(131).效率：(132).工作特性：給定了一系列遞增功角，可分別求出在這些不同功角下的電機(jī)、等性能參數(shù)，即為電機(jī)的計(jì)算工作特性。功角(133). 失步轉(zhuǎn)矩倍數(shù)： 由電磁功率表達(dá)式，以功率角為自變量，求導(dǎo)令其為0可得 求其解可得到功率角的值。因?yàn)橛来磐诫姍C(jī)的最大功率出現(xiàn)在時(shí)，因此其結(jié)果可取第二象限的值，得到，進(jìn)而得到的電磁功率的最大值為(134).永磁體額定負(fù)載工作點(diǎn)：(135).電負(fù)荷：(136).電流密度： (137).熱負(fù)荷：(138).永磁體最大去磁工作點(diǎn)： 式中，(139). 起動(dòng)電流假定：(140).漏抗飽和系數(shù)：由查得式中， (141). 齒頂漏磁飽和引起定子齒頂寬度的減?。?142).齒頂漏磁飽和引起轉(zhuǎn)子齒頂寬度的減?。?143).起動(dòng)時(shí)定子槽比磁導(dǎo)：式中，(144).起動(dòng)時(shí)定子槽漏抗：(145).起動(dòng)時(shí)定子諧波漏抗：(146).起動(dòng)時(shí)定子斜槽漏抗：(147).起動(dòng)時(shí)定子漏抗：(148).考慮擠流效應(yīng)的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條相對(duì)高度：式中，—轉(zhuǎn)子導(dǎo)條實(shí)際高度，