【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，定子齒、軛部磁密也隨之變化，從而影響到電動(dòng)機(jī)的鐵耗。工作溫度越高，負(fù)載越大，定子齒、軛部的磁密越小，電動(dòng)機(jī)的鐵耗就越小[14]。永磁同步電動(dòng)機(jī)鐵耗的準(zhǔn)確計(jì)算非常困難。這是因?yàn)橛来磐诫妱?dòng)機(jī)定子齒、軛磁密飽和嚴(yán)重，且磁通諧波含量非常豐富的緣故。工程上常采用與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)鐵耗計(jì)算類似的公式，然后根據(jù)試驗(yàn)值進(jìn)行修正。永磁同步電動(dòng)機(jī)在某負(fù)載下運(yùn)行時(shí)，從相量圖中可求出其氣隙基波合成電動(dòng)勢(shì)（V） （318）氣隙合成磁通（Wb） （319）其中 —電源頻率（Hz）； —繞組因數(shù)； N—定子繞組每相串聯(lián)匝數(shù)；—?dú)庀洞艌?chǎng)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(dòng)機(jī)的鐵耗。3．3．3．3機(jī)械損耗 永磁體同步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械損耗與其它電機(jī)一樣，可根據(jù)實(shí)測(cè)值或參考其它電機(jī)機(jī)械損耗的計(jì)算方法。3．3．3．4雜散損耗 永磁同步電動(dòng)機(jī)雜散損耗目前沒(méi)有還沒(méi)有一個(gè)準(zhǔn)確實(shí)用的計(jì)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(dòng)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)定子相電流為時(shí)電動(dòng)機(jī)的雜散損耗（W）可用下式近似計(jì)算： 其中 —電動(dòng)機(jī)額定相電流（A）； —電動(dòng)機(jī)輸出額定功率時(shí)的雜散損耗（W）。3．4 磁路分析與計(jì)算3．4．1 磁路計(jì)算特點(diǎn)進(jìn)行永磁同步電動(dòng)機(jī)磁路計(jì)算時(shí)，一般采用通常的電機(jī)磁路的磁位差計(jì)算方法。永磁同步電動(dòng)機(jī)的空載氣隙磁密波形如圖34所示。圖35永磁同步電動(dòng)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(dòng)機(jī)實(shí)測(cè)氣隙磁密波形（不涉及定子槽開(kāi)口時(shí)）。圖中永磁同步電動(dòng)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(dòng)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(jì)算時(shí)，永磁同步電動(dòng)機(jī)的空載氣隙磁密波形可近似簡(jiǎn)化為圖35所示的矩形波[15]。圖36永磁同步電動(dòng)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(jì)算極弧系數(shù)永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)形式不同，其極弧系數(shù)和計(jì)算極弧系數(shù)的計(jì)算公式也不同。對(duì)采用圖36轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)的永磁同步電動(dòng)機(jī)，經(jīng)電磁場(chǎng)計(jì)算個(gè)氣隙磁密波形分析，存在如下關(guān)系： （320） （321）式中 —永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子槽數(shù)； —電動(dòng)機(jī)定子極距（cm）； —?dú)庀堕L(zhǎng)度（cm）。3．4．1．2氣隙磁場(chǎng)波形系數(shù)如圖35所示，經(jīng)傅立葉級(jí)數(shù)分解后，可得到永磁同步電動(dòng)機(jī)空載氣隙磁密基波幅值（T） （322）因此，永磁同步電動(dòng)機(jī)的空載氣隙磁密波形系數(shù) （323）永磁同步電動(dòng)機(jī)空載時(shí)永磁體提供的氣隙磁通（Wb） （324）式中 —永磁體提供每級(jí)磁通的面積（）；空載時(shí)永磁體提供的氣隙基波磁通（Wb） （325）式中 —電樞計(jì)算長(zhǎng)度（cm）。因此，電機(jī)基波磁通與氣隙總磁通之比，即永磁同步電動(dòng)機(jī)氣隙磁通的波形系數(shù) （326）由式（326）可知，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。3．4．2 永磁體工作點(diǎn)的計(jì)算3．4．2．1空載和負(fù)載工作點(diǎn)的計(jì)算特點(diǎn) 永磁同步電動(dòng)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(jì)采取徑向式結(jié)構(gòu)。永磁體磁動(dòng)勢(shì)源的計(jì)算磁動(dòng)勢(shì) （327）永磁體虛擬內(nèi)稟磁通 （328） 式中 ，—在工作溫度下永磁材料的計(jì)算剩磁密度和計(jì)算矯頑力。 為經(jīng)磁路計(jì)算所得的電動(dòng)機(jī)每對(duì)極主磁路的總磁位差（A），其值為 （329）式中 、—分別為電動(dòng)機(jī)每對(duì)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(dòng)機(jī)直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)（A/極） （330）則其作用于永磁體的去磁磁動(dòng)勢(shì)標(biāo)么值 （331）式中 —電機(jī)直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)折算系數(shù)。將上述式（327）至式（331）進(jìn)行迭代計(jì)算（在迭代計(jì)算中具體論述）即得到永磁體工作點(diǎn)。3．5永磁同步電動(dòng)機(jī)參數(shù)計(jì)算和分析3．5．1空載反電動(dòng)勢(shì)空載反電動(dòng)勢(shì)時(shí)永磁同步電動(dòng)機(jī)一個(gè)非常重要的參數(shù)。（V）由電動(dòng)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 （332）的大小不僅決定了電動(dòng)機(jī)是運(yùn)行于去磁狀態(tài)還是增磁狀態(tài)，而且對(duì)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)、穩(wěn)態(tài)性能有很大的影響。合理設(shè)計(jì)可降低定子電流，提高電動(dòng)機(jī)效率，降低電動(dòng)機(jī)的溫升。3．5．2交、直軸電樞反應(yīng)電抗對(duì)于一臺(tái)內(nèi)置式永磁同步電動(dòng)機(jī)的電磁場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算不難發(fā)現(xiàn)：，；?？梢?jiàn)，在計(jì)算永磁同步電動(dòng)機(jī)的交、直軸電抗時(shí)，可不考慮的非線性，但必須考慮交軸磁路的飽和對(duì)的影響?？紤]交軸磁路飽和時(shí)需迭代求解，其步驟在迭代計(jì)算部分中具體闡述。3．5．3交、直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)折算系數(shù) 交、直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)折算系數(shù)和反映了電動(dòng)機(jī)磁路結(jié)構(gòu)對(duì)電動(dòng)機(jī)電樞反應(yīng)電抗和的影響。轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)不同，電動(dòng)機(jī)的交、直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)折算系數(shù)也各有差別。由定義有：?？捎墒剑?23）得到，、為電動(dòng)機(jī)交、直軸電樞反應(yīng)磁密的波形系數(shù)。 對(duì)本設(shè)計(jì)，可取==1，因而其直、交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)折算系數(shù)為 （333）或者由經(jīng)驗(yàn)給出。本設(shè)計(jì)中取=1，=。異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)一般應(yīng)用于要求高效的場(chǎng)合，因而對(duì)電動(dòng)機(jī)的要求主要是效率高、功率因數(shù)高、起動(dòng)品質(zhì)因數(shù)（）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(zhǎng)度的選擇異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)的主要尺寸與普通電動(dòng)機(jī)的主要尺寸一樣，包括定子沖片內(nèi)徑和電樞計(jì)算長(zhǎng)度。一般來(lái)說(shuō)，異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)可能有以下三種情況：1）替代原來(lái)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)或原有性能較差的永磁同步電動(dòng)機(jī)。在這種情況下，待設(shè)計(jì)的永磁同步電動(dòng)機(jī)一般要求與原來(lái)電動(dòng)機(jī)同中心高，顧客在原來(lái)電動(dòng)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(jì)，直至電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)成功。2）要求待設(shè)計(jì)的永磁同步電動(dòng)機(jī)直接利用某特定的定子沖片，以提高電動(dòng)機(jī)定子沖片的通用性和縮短電動(dòng)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(dòng)機(jī)的功率和電機(jī)常數(shù)選擇電樞計(jì)算長(zhǎng)度。3）僅給定電動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)，而無(wú)其它限制。此時(shí)選擇電動(dòng)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(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速可選定電動(dòng)機(jī)的，然后憑經(jīng)驗(yàn)選取一定的主要尺寸比，得出電動(dòng)機(jī)的主要尺寸。一般來(lái)說(shuō)，如無(wú)其它限制，電動(dòng)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(dòng)機(jī)為減小過(guò)大的雜散損耗，降低電動(dòng)機(jī)的震動(dòng)與噪聲和便于電動(dòng)機(jī)的裝配，其氣隙長(zhǎng)度一般要比同規(guī)格感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的氣隙大。且電動(dòng)機(jī)中心高度越大，永磁同步電動(dòng)機(jī)的氣隙長(zhǎng)度比感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的氣隙大得也越多。3．6．2永磁體設(shè)計(jì)永磁體的尺寸主要包括永磁體的軸向長(zhǎng)度、磁化方向長(zhǎng)度和寬度。永磁體的軸向長(zhǎng)度一般取得與電動(dòng)機(jī)鐵心軸向長(zhǎng)度相等或稍小于鐵心軸向長(zhǎng)度，因此實(shí)際上只有兩個(gè)永磁體尺寸（即和）需設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮下列因素：1）的確定應(yīng)是電動(dòng)機(jī)的直軸電抗。因?yàn)槭菦Q定的一個(gè)重要因素，而又影響電動(dòng)機(jī)的許多性能。2）不能過(guò)薄。這主要是從兩方面考慮：一是將導(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(jì)應(yīng)使永磁體工作與最佳工作點(diǎn)。因?yàn)殡妱?dòng)機(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(zhǎng)度。4）為調(diào)整電動(dòng)機(jī)的性能，常常要調(diào)整，因?yàn)橹苯記Q定了永磁體能夠提供磁通的面積。當(dāng)要求電動(dòng)機(jī)磁負(fù)荷較高時(shí)，應(yīng)選擇能安裝更多永磁體，也就是能安裝更大的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)。永磁體尺寸除影響電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能外，還影響著電動(dòng)機(jī)中永磁體的空載漏磁系數(shù)，從而也決定了永磁體的利用率。計(jì)算結(jié)果表明，永磁體尺寸越大，越小。經(jīng)過(guò)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 （334）式中 —電動(dòng)機(jī)的飽和系數(shù)，； —與轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)。3．6．3電樞繞組設(shè)計(jì) 異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)的繞組可采用與普通交流電動(dòng)機(jī)一樣的三相繞組。由于永磁同步電動(dòng)機(jī)由永磁體勵(lì)磁，氣隙磁場(chǎng)諧波較多，使電動(dòng)式中的諧波也較多。因此，為設(shè)計(jì)高性能的電動(dòng)機(jī)，必須在繞組設(shè)計(jì)上采取一定的措施。異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)通常采用Y接的雙層短距繞組以避免電動(dòng)機(jī)繞組中產(chǎn)生環(huán)流，并削弱電動(dòng)式諧波。永磁同步電動(dòng)機(jī)的繞組匝數(shù)和線規(guī)可根據(jù)電動(dòng)機(jī)的電磁負(fù)荷、定子槽形尺寸和槽滿率的限制來(lái)確定。3．7異步啟動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中的迭代計(jì)算3．7．1迭代計(jì)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推新值的過(guò)程,跟迭代法相對(duì)應(yīng)的是直接法（或者稱為一次解法），即一次性解決問(wèn)題。迭代法又分為精確迭代和近似迭代?！岸址ā焙汀芭ｎD迭代法”屬于近似迭代法。迭代算法是用計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的一種基本方法。它利用計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度快、適合做重復(fù)性操作的