【文章內容簡介】 確定永磁體充磁方向長度的原則是：在永磁材料用量盡可能少的前提下，保證永磁體在電機最大去磁工作狀態(tài)下不會發(fā)生不可逆去磁，保證永磁體在穩(wěn)態(tài)運行下有合理的工作點。此外永磁體充磁方向長度還于直軸電抗有關，但在設計時考慮較少。 額定數(shù)據(jù)及主要尺寸（1）額定功率：（2）相數(shù)：（3）額定線電壓：（4）額定頻率：（5）極對數(shù)：（6）額定效率：（7）額定功率因數(shù)：（8）失步轉矩倍數(shù)：（9）起動轉矩倍數(shù)：（10）起動電流倍數(shù)：（11）繞組形式：雙層、Y聯(lián)接（12）額定相電壓：（13）額定相電流：（14）額定轉速：（15）額定轉矩：（16）轉子磁路結構：串聯(lián)式結構（17）氣隙長度：（18）定子外徑：（19）定子內徑：（20）轉子外徑：（21）轉子內徑：（22）定/轉子鐵心長度：（23）電樞計算長度：式中：。（24）定/轉子槽數(shù)：（25）定子每極每相槽數(shù)：（26）極距：（27）硅鋼片重量：=式中：沖剪余量為等于和中較大值；鐵的密度；鐵心疊壓系數(shù)。 永磁體及定轉子沖片設計（28）永磁材料：永磁體為燒結釹鐵硼永磁。矯頑力為：=0%；預計永磁體的工作溫度（29）計算矯頑力：（30）相對回復磁導率：。（31）磁化方向長度：（32）每極永磁體寬度：（33）永磁體軸向長度：（34）提供每極磁通的截面積：（35）永磁體重量：式中：。（36）定子槽形：如圖32圖 32定子槽型尺寸（37）轉子槽形：如圖33圖 33轉子槽尺寸（38）定子齒距：（39）定子斜槽齒距：（40）定子計算齒寬：（41）定子軛計算高度：（42）定子齒磁路計算：（43）定子軛磁路計算：（44）定子齒體積：（45）定子軛體積：（46）轉子齒距：（47）轉子齒磁路計算長度：（48）轉子軛計算高度：（49）轉子軛磁路計算長度： 繞組計算（50）每槽導體數(shù)：（51）并聯(lián)支路數(shù)：（52）并聯(lián)根數(shù)線徑：（53）每相繞組串聯(lián)匝數(shù)：（54）槽滿率計算：槽面積。槽絕緣面積：槽絕緣厚度：槽有效面積：槽滿率：。（55）節(jié)距：（56）繞組節(jié)距因數(shù)：。（57）繞組分布因數(shù)：（58）斜槽因數(shù)：。（59）繞組因數(shù)：圖34 定子線圈示意圖（60）繞組平均半匝長：定子線圈如圖34所示。，雙層線圈端部斜邊長：式中：為線圈節(jié)距有關的系數(shù)，對單層同心式線圈或單層交叉式線圈，平均值，對其他形式線圈。（61）線圈端部軸向投影長：（62）線圈端部平均長：（63）定子導線重量：式中：。 磁路計算（64）極弧系數(shù)：（65）計算極弧系數(shù)：（66）氣隙磁密波形系數(shù)：（67）氣隙磁通波形系數(shù)：（68）氣隙系數(shù)：式中：（69）永磁體空載工作點假定值：（70）空載漏磁通系數(shù)假定值：（71）空載漏磁通：（72）氣隙磁密：（73）氣隙磁位差：直軸磁路交軸磁路。（74）定子齒磁密：（75）定子齒磁位差：（76）定子軛部磁密：（77）定子軛部磁位差：。（78）轉子齒磁密：（79）轉子齒磁位差：。（80）轉子軛磁密：（81）轉子軛磁位差：（82）每對極總磁位差：計算漏磁系數(shù)時，每極總磁位差：（83）空載漏磁系數(shù)：通過轉子槽的漏磁通通過隔磁磁橋的磁通式中：、分別為隔磁磁橋1和隔磁磁橋2的寬度，=，=。轉子內部漏磁系數(shù)轉子端部漏磁系數(shù)空載漏磁系數(shù)：（84）齒磁路飽和系數(shù)：（85）主磁導：（86）主磁導標幺值：（87）外磁路總磁導標幺值：（88）漏磁導標幺值：（89）永磁體空載工作點：（90）氣隙磁密基波幅值：（91）空載反電動勢： 參數(shù)計算（92）定子直流電阻：式中：銅線電阻率。（93）轉子折算電阻：式中：；；轉子導條長度；導條截面積；端環(huán)平均直徑；端環(huán)截面積；導條和端環(huán)電阻。（94）轉子繞組重量：對鑄鋁轉子 （95）漏抗系數(shù)：（96）定子槽比漏磁導：為槽上、下部節(jié)距漏抗系數(shù)。（97）定子槽漏抗：（98）定子諧波漏抗：（99）定子端部漏抗：（100）定子斜槽漏抗：（101）定子漏抗：（102）轉子槽比漏磁導：對于半閉口槽（103）轉子槽漏抗：（104）轉子諧波漏抗：式中：（105）轉子端部漏抗：（106）轉子漏抗：（107）直軸電樞磁動勢折算系數(shù)：（108）直軸電樞反應電抗：式中：。（109）直軸同步電抗：（110）交軸電樞反應電抗：（111）交軸同步電抗： 工作特性計算（112）機械損耗：（113）設功率角： （114）輸入功率：（115）直軸電流：（116）交軸電流：（117）功率因數(shù)：式中：（118）定子電流：（119）定子電阻損耗：（120）負載氣隙磁通：（121）負載氣隙磁密：（122）負載定子齒磁密：（123）負載定子軛磁密： （124）鐵耗：為損耗修正系數(shù)，、2。（125）雜散損耗：可參考實驗值或根據(jù)經(jīng)驗給定，%。（126）總損耗：（127）輸出功率：（128）效率：（129）工作特性：給定一系列遞增的功角，分別求出不同功角時的等性能，見表31表 31 工作特性表θ/176。（130）失步轉矩倍數(shù)：根據(jù)電磁功率的表達式，以功角為自變量，求導得到：令上式為零，求解得到功角的值。由于永磁同步電動機最大功率出現(xiàn)在，因此功率角取第二象限的值，得到，據(jù)此得到電磁功率的最大值；由于電磁功率中還包含鐵耗、機械損耗和雜散損耗；所以輸出功率會略小于電磁功率，因此實際的失步轉矩倍數(shù)會小于該值。（131）永磁體額定負載工作點：（132）電負荷：（133）電流密度：（134）熱負荷：（135）永磁體最大去磁工作點： 起動特性計算（136）起動電流假定：（137）漏抗飽和系數(shù)：（138）齒頂漏磁飽和引起定子齒頂寬度減?。海?39）齒頂漏磁飽和引起轉子齒頂寬度的減?。海?40）起動時定子槽比磁導：（141）起動時定子槽漏抗：（142）起動時定子諧波漏抗：（143）起動時定子斜槽漏抗：（144）起動時定子漏抗：（145）考慮擠流效應的轉子導條相對高度:式中：為轉子導條高度，對鑄鋁轉子，不包括槽口高度；為轉子導條寬與槽寬之比，對鑄鋁轉子取1。（146）導條電阻等效高度：式中：（147）槽漏抗等效高度：（148）起動轉子電阻增大系數(shù)：（149）起動轉子漏抗減小系數(shù)：（150）起動轉子槽下部漏磁導：（151）起動轉子槽比漏磁導：（152）起動時轉子槽漏抗：（153）起動時轉子諧波漏抗：（154）轉子起動漏抗：（155）起動總漏抗：（156）轉子起動電阻：（157）起動時總電阻：（158）起動總電阻：（159）起動電流：應與第138項的假設值足夠接近，否則重復139—161項。（160）起動電流倍數(shù)：（161）異步起動轉矩曲線：式中：（162）永磁體發(fā)電制動轉矩曲線：（163）合成轉矩曲線：特性曲線見表32表 32 合成轉矩與轉差率的關系0（164）起動轉矩倍數(shù)（165）主要性能參數(shù)主要性能參數(shù)如表表 33 主要性能參數(shù)參數(shù)計算結果參數(shù)計算果定子齒磁密/T功率因數(shù)定子軛磁密/T銅耗/W轉子齒磁密/T鐵耗/W轉子軛磁密/T輸出功率/W空載反電動勢/V效率/%永磁體空載工作點失步轉矩倍數(shù)永磁體額定負載工作點起動電流/A永磁體最大去磁工作點起動電流倍數(shù)起動轉矩/Nm起動轉矩倍數(shù) 小結本章主要講解了永磁同步電動機電動機的電磁設計，先說明了永磁同步電動機的本體設計，又以一臺30kW的永磁同步電動機的設計過程為示例，詳細講述了永磁同步電動機的繞組計算，磁路計算，參數(shù)計算，工作特性計算和起動特性計算。在工作特性計算中，通過改變功角得到工作特性表，在起動性能計算中，通過改變轉差率得到了不同轉差率對應合成轉矩的表格，通過這些表格可以更清晰的了解永磁同步電動機的性能。第4章 永磁同步電動機的性能分析及磁場分析 永磁同步電動機的性能分析 永磁同步電動機性能曲線利用Ansoft軟件中的Rmxprt模塊，將永磁同步電動機的具體數(shù)據(jù)輸入，例如定子沖片，轉子沖片，定轉子鐵心長，永磁體數(shù)據(jù)等等，檢查無誤后，運行可以得到永磁同步電動機的性能數(shù)據(jù)，例如功率因數(shù)，效率，起動電流，最大轉矩，定子齒、軛的磁密，轉子齒、軛的磁密，槽滿率等重要參數(shù)，還可以得到一些重要曲線，功率因數(shù)曲線，電流曲線，效率曲線，轉矩曲線，氣隙磁密曲線，依次如圖41至圖44所示，通過這些曲線，我們能更直觀的觀察到永磁同步電動機的各種性能。圖 41 永磁同步電動機的功率因數(shù)由圖41可以看出，當永磁同步電動機的轉矩角從0176。到8176。時，功率因數(shù)迅速增加到最大值，到達1，轉矩角從8176。到32176。時，功率因數(shù)緩慢下降，但轉矩角從32176。到80176。時，功率因數(shù)又增加到最大值，可以看出當轉矩角在8176。和80176。附近時，永磁同步電動機的功率因數(shù)很大，非常理想，適合永磁同步電動機工作，當轉矩角從80176。到180176。時，功率因數(shù)逐漸下降到0。圖 42電流曲線 由圖42可以看出永磁同步電動機的電流隨轉矩角呈上升趨勢，當轉矩角為180176。時永磁同步電動機的電流達到最大值。 圖 43 效率曲線 由圖43可以看出，永磁同步電動機的轉矩角為4176。時，永磁同步電動機的效率才從0開始上升，當轉矩角為40176。時，功率為95%，轉矩角在40176。到100176。之間時，永磁同步電動機的效率均保持在95%之上，適合永磁同步電動機工作，當轉矩角大于100176。時，永磁同步電動機的效率逐漸下降至0。圖 44 轉矩曲線 重要參數(shù)的變化對性能的影響分別改變永磁同步電動機的定子鐵心長和每槽導體數(shù)，得到多方案，比較可得到最優(yōu)化設計，通過對比可以看出定子鐵心長和每槽導體數(shù)對重要參數(shù)的影響，改變定子鐵心長永磁同步電動機的重要參數(shù)改變如表41所示。表 41 改變定子鐵心長引起的重要參數(shù)變化定子鐵心長度/mm190200210220230功率因數(shù)槽滿率/%定子齒磁密/T定子軛磁密/T轉子齒磁密/T轉子軛磁密/T氣隙磁密/T起動轉矩/Nm鐵耗/W銅耗/W效率/%由表41可以看出，當定子鐵心長度分別取190mm、200mm、210mm、220mm和230mm時，永磁同步電動機的功率因數(shù)逐漸下降，效率逐漸下降，定子齒磁密逐漸下降，定子軛磁密下降，轉子齒磁密上升，轉子軛磁密上升，當定子鐵心長度為210mm時，永磁同步電動機的起動轉矩最大，可見當定子鐵心長度為210mm時，永磁同步電動機的性能較好。改變每槽導體數(shù)得到的主要數(shù)據(jù)列表如表42所示，當每槽導體分別為3234時，、槽滿率最好在75～80最好，槽滿率越高散熱越好，但是槽滿率太大會導致線徑變大，下線困難，所以當每槽導體數(shù)為32時，電機性能較好。表 42 改變每槽導體數(shù)引起的重要參數(shù)變化每槽導體數(shù)2628303234功率因數(shù)槽滿率/%定子齒磁密/T定子軛磁密/T轉子齒磁密/T轉子軛磁密/T氣隙磁密/T