【文章內(nèi)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(jī)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(yùn)行下有合理的工作點(diǎn)。此外永磁體充磁方向長度還于直軸電抗有關(guān)，但在設(shè)計(jì)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(zhuǎn)矩倍數(shù)：（9）起動轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速：（15）額定轉(zhuǎn)矩：（16）轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)：串聯(lián)式結(jié)構(gòu)（17）氣隙長度：（18）定子外徑：（19）定子內(nèi)徑：（20）轉(zhuǎn)子外徑：（21）轉(zhuǎn)子內(nèi)徑：（22）定/轉(zhuǎn)子鐵心長度：（23）電樞計(jì)算長度：式中：。（24）定/轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子沖片設(shè)計(jì)（28）永磁材料：永磁體為燒結(jié)釹鐵硼永磁。矯頑力為：=0%；預(yù)計(jì)永磁體的工作溫度（29）計(jì)算矯頑力：（30）相對回復(fù)磁導(dǎo)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(zhuǎn)子槽形：如圖33圖 33轉(zhuǎn)子槽尺寸（38）定子齒距：（39）定子斜槽齒距：（40）定子計(jì)算齒寬：（41）定子軛計(jì)算高度：（42）定子齒磁路計(jì)算：（43）定子軛磁路計(jì)算：（44）定子齒體積：（45）定子軛體積：（46）轉(zhuǎn)子齒距：（47）轉(zhuǎn)子齒磁路計(jì)算長度：（48）轉(zhuǎn)子軛計(jì)算高度：（49）轉(zhuǎn)子軛磁路計(jì)算長度： 繞組計(jì)算（50）每槽導(dǎo)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(jì)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(guān)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(dǎo)線重量：式中：。 磁路計(jì)算（64）極弧系數(shù)：（65）計(jì)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(diǎn)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(zhuǎn)子齒磁密：（79）轉(zhuǎn)子齒磁位差：。（80）轉(zhuǎn)子軛磁密：（81）轉(zhuǎn)子軛磁位差：（82）每對極總磁位差：計(jì)算漏磁系數(shù)時，每極總磁位差：（83）空載漏磁系數(shù)：通過轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子內(nèi)部漏磁系數(shù)轉(zhuǎn)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(dǎo)：（86）主磁導(dǎo)標(biāo)幺值：（87）外磁路總磁導(dǎo)標(biāo)幺值：（88）漏磁導(dǎo)標(biāo)幺值：（89）永磁體空載工作點(diǎn)：（90）氣隙磁密基波幅值：（91）空載反電動勢： 參數(shù)計(jì)算（92）定子直流電阻：式中：銅線電阻率。（93）轉(zhuǎn)子折算電阻：式中：；；轉(zhuǎn)子導(dǎo)條長度；導(dǎo)條截面積；端環(huán)平均直徑；端環(huán)截面積；導(dǎo)條和端環(huán)電阻。（94）轉(zhuǎn)子繞組重量：對鑄鋁轉(zhuǎn)子 （95）漏抗系數(shù)：（96）定子槽比漏磁導(dǎo)：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(zhuǎn)子槽比漏磁導(dǎo)：對于半閉口槽（103）轉(zhuǎn)子槽漏抗：（104）轉(zhuǎn)子諧波漏抗：式中：（105）轉(zhuǎn)子端部漏抗：（106）轉(zhuǎn)子漏抗：（107）直軸電樞磁動勢折算系數(shù)：（108）直軸電樞反應(yīng)電抗：式中：。（109）直軸同步電抗：（110）交軸電樞反應(yīng)電抗：（111）交軸同步電抗： 工作特性計(jì)算（112）機(jī)械損耗：（113）設(shè)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(fù)載氣隙磁通：（121）負(fù)載氣隙磁密：（122）負(fù)載定子齒磁密：（123）負(fù)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(shí)驗(yàn)值或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)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(zhuǎn)矩倍數(shù)：根據(jù)電磁功率的表達(dá)式，以功角為自變量，求導(dǎo)得到：令上式為零，求解得到功角的值。由于永磁同步電動機(jī)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(jī)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(shí)際的失步轉(zhuǎn)矩倍數(shù)會小于該值。（131）永磁體額定負(fù)載工作點(diǎn)：（132）電負(fù)荷：（133）電流密度：（134）熱負(fù)荷：（135）永磁體最大去磁工作點(diǎn)： 起動特性計(jì)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(zhuǎn)子齒頂寬度的減?。海?40）起動時定子槽比磁導(dǎo)：（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(yīng)的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條相對高度:式中：為轉(zhuǎn)子導(dǎo)條高度，對鑄鋁轉(zhuǎn)子，不包括槽口高度；為轉(zhuǎn)子導(dǎo)條寬與槽寬之比，對鑄鋁轉(zhuǎn)子取1。（146）導(dǎo)條電阻等效高度：式中：（147）槽漏抗等效高度：（148）起動轉(zhuǎn)子電阻增大系數(shù)：（149）起動轉(zhuǎn)子漏抗減小系數(shù)：（150）起動轉(zhuǎn)子槽下部漏磁導(dǎo)：（151）起動轉(zhuǎn)子槽比漏磁導(dǎo)：（152）起動時轉(zhuǎn)子槽漏抗：（153）起動時轉(zhuǎn)子諧波漏抗：（154）轉(zhuǎn)子起動漏抗：（155）起動總漏抗：（156）轉(zhuǎn)子起動電阻：（157）起動時總電阻：（158）起動總電阻：（159）起動電流：應(yīng)與第138項(xiàng)的假設(shè)值足夠接近，否則重復(fù)139—161項(xiàng)。（160）起動電流倍數(shù)：（161）異步起動轉(zhuǎn)矩曲線：式中：（162）永磁體發(fā)電制動轉(zhuǎn)矩曲線：（163）合成轉(zhuǎn)矩曲線：特性曲線見表32表 32 合成轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系0（164）起動轉(zhuǎn)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(jì)算結(jié)果參數(shù)計(jì)算果定子齒磁密/T功率因數(shù)定子軛磁密/T銅耗/W轉(zhuǎn)子齒磁密/T鐵耗/W轉(zhuǎn)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(diǎn)失步轉(zhuǎn)矩倍數(shù)永磁體額定負(fù)載工作點(diǎn)起動電流/A永磁體最大去磁工作點(diǎn)起動電流倍數(shù)起動轉(zhuǎn)矩/Nm起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù) 小結(jié)本章主要講解了永磁同步電動機(jī)電動機(jī)的電磁設(shè)計(jì)，先說明了永磁同步電動機(jī)的本體設(shè)計(jì)，又以一臺30kW的永磁同步電動機(jī)的設(shè)計(jì)過程為示例，詳細(xì)講述了永磁同步電動機(jī)的繞組計(jì)算，磁路計(jì)算，參數(shù)計(jì)算，工作特性計(jì)算和起動特性計(jì)算。在工作特性計(jì)算中，通過改變功角得到工作特性表，在起動性能計(jì)算中，通過改變轉(zhuǎn)差率得到了不同轉(zhuǎn)差率對應(yīng)合成轉(zhuǎn)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(jī)的性能。第4章 永磁同步電動機(jī)的性能分析及磁場分析 永磁同步電動機(jī)的性能分析 永磁同步電動機(jī)性能曲線利用Ansoft軟件中的Rmxprt模塊，將永磁同步電動機(jī)的具體數(shù)據(jù)輸入，例如定子沖片，轉(zhuǎn)子沖片，定轉(zhuǎn)子鐵心長，永磁體數(shù)據(jù)等等，檢查無誤后，運(yùn)行可以得到永磁同步電動機(jī)的性能數(shù)據(jù)，例如功率因數(shù)，效率，起動電流，最大轉(zhuǎn)矩，定子齒、軛的磁密，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jī)的各種性能。圖 41 永磁同步電動機(jī)的功率因數(shù)由圖41可以看出，當(dāng)永磁同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩角從0176。到8176。時，功率因數(shù)迅速增加到最大值，到達(dá)1，轉(zhuǎn)矩角從8176。到32176。時，功率因數(shù)緩慢下降，但轉(zhuǎn)矩角從32176。到80176。時，功率因數(shù)又增加到最大值，可以看出當(dāng)轉(zhuǎn)矩角在8176。和80176。附近時，永磁同步電動機(jī)的功率因數(shù)很大，非常理想，適合永磁同步電動機(jī)工作，當(dāng)轉(zhuǎn)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(jī)的電流隨轉(zhuǎn)矩角呈上升趨勢，當(dāng)轉(zhuǎn)矩角為180176。時永磁同步電動機(jī)的電流達(dá)到最大值。 圖 43 效率曲線 由圖43可以看出，永磁同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩角為4176。時，永磁同步電動機(jī)的效率才從0開始上升，當(dāng)轉(zhuǎn)矩角為40176。時，功率為95%，轉(zhuǎn)矩角在40176。到100176。之間時，永磁同步電動機(jī)的效率均保持在95%之上，適合永磁同步電動機(jī)工作，當(dāng)轉(zhuǎn)矩角大于100176。時，永磁同步電動機(jī)的效率逐漸下降至0。圖 44 轉(zhuǎn)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(jī)的定子鐵心長和每槽導(dǎo)體數(shù)，得到多方案，比較可得到最優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過對比可以看出定子鐵心長和每槽導(dǎo)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(jī)的重要參數(shù)改變?nèi)绫?1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(zhuǎn)子齒磁密/T轉(zhuǎn)子軛磁密/T氣隙磁密/T起動轉(zhuǎn)矩/Nm鐵耗/W銅耗/W效率/%由表41可以看出，當(dāng)定子鐵心長度分別取190mm、200mm、210mm、220mm和230mm時，永磁同步電動機(jī)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(zhuǎn)子齒磁密上升，轉(zhuǎn)子軛磁密上升，當(dāng)定子鐵心長度為210mm時，永磁同步電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩最大，可見當(dāng)定子鐵心長度為210mm時，永磁同步電動機(jī)的性能較好。改變每槽導(dǎo)體數(shù)得到的主要數(shù)據(jù)列表如表42所示，當(dāng)每槽導(dǎo)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(dǎo)致線徑變大，下線困難，所以當(dāng)每槽導(dǎo)體數(shù)為32時，電機(jī)性能較好。表 42 改變每槽導(dǎo)體數(shù)引起的重要參數(shù)變化每槽導(dǎo)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(zhuǎn)子齒磁密/T轉(zhuǎn)子軛磁密/T氣隙磁密/T