【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 （ 4） 電樞 反應(yīng)磁密波形系數(shù) 在 直軸上施加直軸電樞反應(yīng)基波 磁動(dòng)勢(shì) adF ， 產(chǎn)生的氣隙磁密最大值和磁密基波幅值分別為 adB .和 ad1B ， 直軸電樞反應(yīng)磁密波形系數(shù) dK 定義為 ad1d adBK B? （ 25） 在 較 軸 上施加交軸電樞反應(yīng)基波磁動(dòng)勢(shì) aqF ， 所產(chǎn)生的氣隙磁密基波幅值為 aq1B 。 假設(shè) 交軸 位置 與 直軸位置的磁阻相同， aqF 則 產(chǎn)生一 假象的氣隙磁密 正弦波，其幅值為 aqB ， 交軸電樞 反 應(yīng) 磁密波形系數(shù) qK 為 10 aq1q aqBK B? （ 26） （ 5） 電樞 反應(yīng)系數(shù) 電樞 反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)為 正弦波 ，勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)為方波，兩者的波形不同，求合成磁場(chǎng)時(shí) ， 通常將電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)折算到相應(yīng)的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)。折算 的 原則是：折算后 產(chǎn)生 的基波磁密相同。 直軸 電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì) adF 折算 到勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)時(shí)應(yīng)乘以直軸電樞反應(yīng)系數(shù)adK ， 交軸電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)折算到 勵(lì)磁 磁 動(dòng)勢(shì) 時(shí) 應(yīng)乘以交軸電樞反應(yīng)系數(shù)aqK 。 dadfqaqfKKKKKK?? （ 27） （ 6） 空載 漏磁系數(shù)的計(jì)算 永磁 同步電動(dòng)機(jī)的空載漏磁系數(shù) 0? 為 σ0 δ01? ???? （ 28） 式中 ： δ0? 為 永磁體產(chǎn)生的穿過 空氣 氣隙 進(jìn)入 定子的那部分 磁通 ； σ? 為 由永磁體產(chǎn)生的在轉(zhuǎn)子內(nèi)部閉合的那部分磁通。 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和向量圖 （ 1） 感應(yīng) 電動(dòng)勢(shì) 定子 繞組每相空載感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值為 0 dp 4E fN K?? （ 29） 式中 ：0 δ1 1 ef2 BL????為 永磁體產(chǎn)生每極基波磁通， 1? 為 定子極距。永磁體產(chǎn)生 每極氣隙磁通 δ0 δ i 1 efBL???? ， 兩者之比定義為氣隙磁通波形系數(shù) K? 因此 空載電動(dòng)勢(shì) 0E 又 可以表示為 0 d p δ04 .4 4E fNK K ??? （ 210） 直軸 電樞反應(yīng)磁通 ad? 在 定子每相繞組中感應(yīng)的直軸電樞反應(yīng)電動(dòng)勢(shì) ad dp fN K?? （ 211） adE 與 直軸電樞電抗之間滿足 ad d adjE I X?? （ 212） 交軸 電樞反應(yīng)磁通 aq? 在 定子每相繞組中感應(yīng)的交軸電樞反應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 11 aq dp fN K?? （ 213） aqE 與 交軸電樞反應(yīng)電抗的關(guān)系 aq q aqjE I X?? （ 214） 氣隙 合成磁場(chǎng)在定子 每相 繞組中的 感應(yīng) 電動(dòng)勢(shì) δE 為 dp δ4. 44E fN K? ?? （ 215） 式中 ： δ? 為 永磁體 和 電樞 反應(yīng) 磁動(dòng)勢(shì) 共同 產(chǎn)生 的 每極基波磁通。 圖 22 永磁同步電動(dòng)機(jī) 的 向量圖 （ 2） 永磁同步電動(dòng)機(jī) 的相量圖 在 永磁同步電動(dòng)機(jī) 中 ，定子繞組滿足的電壓 方程為 0 a d a q 1 1 1( j )E E E U I R X? ? ? ? ? （ 216） 故 1 1 1 0 d a d a q1 1 0 d d q q( j ) j j = j jU I R X E I X II R E I X I X? ? ? ? ?? ? ? （ 217） 根據(jù) 式（ 217） 可 畫出永磁同步電動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)下的 向量 圖，如圖 22 所示 。 從 相 量 可以看出 ， 永磁 同 步 電動(dòng)機(jī) 滿足 以下 關(guān)系 dq1 d q q0 1 q d dd1q1a r c t a n ( / )sinc o ssinc o sIIU R I X IU E R I X IIIII????????? ? ??? （ 218） 12 定子 電流的 直軸 和交軸分量分別為 1 q 0d 21 d qd q 0q 21 d qs i n ( c os )s i n ( c os )R U X E UIR X XX U X E UIR X X???????????? （ 219） 交 直軸電抗及電磁轉(zhuǎn)矩 由于 永磁體的存在，永磁同步電動(dòng)機(jī)的直軸磁導(dǎo)較小，交軸磁導(dǎo)較大，分別引進(jìn)了直軸電樞反應(yīng)電抗 adX 和交軸電樞反應(yīng)電抗 aqX 。在進(jìn)行計(jì)算 時(shí)，可以認(rèn)為 adX 不隨 鐵心飽和程度變化，而 aqX 則 受磁路飽和程度影響較大，應(yīng)考慮飽和影響。 （ 1） 直軸 電樞反應(yīng)電抗 由 永磁同步電動(dòng)機(jī)相 量 圖可知 0 d d adE E I X?? （ 220） 式中 ： 直軸電樞反應(yīng)去磁時(shí)取 “+”號(hào)， 直軸電樞反應(yīng)助磁時(shí)取 “”號(hào)。 d dp fN K K ??? （ 221） 式中 ： 1N? 是 電樞電流為純直流時(shí)的基波氣隙磁通。直軸 電樞 電流 dI 產(chǎn)生的直軸電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)幅值為 d p dad 0 .4 5 K N IFm p? （ 223） 永磁體 產(chǎn)生 的 磁動(dòng)勢(shì)近似為方波，而直軸電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)為正弦波，從產(chǎn)生基波磁動(dòng)勢(shì)的角度出發(fā)，將直軸電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)折算到作用在永磁體上的方波磁動(dòng)勢(shì) ad1F d p da d 1 a d a d a d0 . 4 5 K N IF K F m K p?? （ 224） 據(jù)此進(jìn)行磁路計(jì)算 ，得到永磁體的工作點(diǎn) mNb ， 則 （ 225） 式中 ： 39。namN n(1 )1fb ? ? ?? ?。 對(duì)于串聯(lián)式磁路結(jié)構(gòu)， 39。 ad10 m c 10aFf hH?? ?。 因此 直軸電樞反應(yīng)電抗為 d p 0 1 N0dad dd4 . 4 4 fN KEEX II ? ? ???? （ 226） （ 2） 交軸電樞反應(yīng)電抗 13 δ δa q a d a dm σ m σ11X X X? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? （ 227） （ 3） 永磁同步電動(dòng) 機(jī) 的電磁轉(zhuǎn)矩 永磁 同步電動(dòng)機(jī)的輸入功率為 111dqc os c os( ) ( si n c os )P mU ImUIm UI UI?????????? （ 228） 將 式（ 218） 代入 （ 228） 得 21 1 1 q d q d 0 q= [ ( ) ]P m I R I I X X E I? ? ? （ 229） 將 式（ 229） 扣除 定子損耗 211mIR 就是 包括鐵耗和雜散損耗在內(nèi)的電磁功率，即 2e m 1 1 1q d q d 0 qd 1 0221 d q1 q d q 0 q d20 1 d q = [ ( ) ] = [ si n ( c os ) ]()[ si n ( ) ( c os ) ( )( ) ]P P m I Rm I I X X E ImX U R E UR X XR U X X X E U X XE R X X????????? ? ??? ? ? ? ?? （ 230） 通常 定子 繞組 電阻較小，忽略其影響，則 e m 0 q d 0 ddq20d q dsi n [ ( c os ) ( ) ]11 = si n si n 22mP U E U X X E XXXmUE mUX X X????? ? ? ????????? （ 231） 永磁 同步 電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為 2e m e m 0em d q d11s in s in 2Ω 2P P m p U E m p UT X X X??? ? ???? ? ? ? ????? （ 232） 式中 ： ? 和 ? 分別 為電動(dòng)機(jī)的機(jī)械角速度和電角速度。 小結(jié) 本章對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)的原理進(jìn)行了介紹，介紹了永磁材料和永磁同步電動(dòng)機(jī)最常用的釹鐵硼永磁材料，對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)的基本電磁關(guān)系進(jìn)行了說明， 講解了永磁同步電動(dòng)機(jī)的基本向量圖， 給出了永磁同步電動(dòng)機(jī)的重要關(guān)系式，是了解永磁同步電動(dòng)機(jī)的重要基礎(chǔ)。 14 3 章 永磁同步電動(dòng)機(jī)的電磁設(shè) 計(jì) 永磁同步電機(jī) 本體設(shè)計(jì) 永磁同 步電動(dòng)機(jī)的 額定數(shù)據(jù)和主要性能指標(biāo) 與 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相比永磁同步電動(dòng)機(jī)雖然有諸多性能方面的優(yōu)點(diǎn)，但在產(chǎn)品 種類，使用場(chǎng)合和設(shè)計(jì)技術(shù)的成熟方面都存在一定 差距 。永磁同步電動(dòng)機(jī) 主要 在要求高效節(jié)能的場(chǎng)合替代感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，因此設(shè)計(jì)的目標(biāo)是：高功率因數(shù)、高效率、起動(dòng)性能好、經(jīng)濟(jì)好、工作可靠 。 永磁 同步 電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)就是根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格 、 性能要求和外形尺寸要求等。 在永磁電機(jī)的設(shè)計(jì)中 ,永磁材料的尺寸確定是非常重要的。永磁體的設(shè)計(jì)包括永磁材料的種類、形狀、擺放位置和尺寸大小 。 永磁體尺寸包括軸向長(zhǎng)度 lm、磁化方向長(zhǎng)度hm 和磁化方向?qū)挾?bm 。 lm 通常等于或略小于電機(jī)的軸向長(zhǎng)度 ， 實(shí)際上 ，只需要設(shè)計(jì)永磁體在永磁電機(jī)橫截面上的尺寸 hm 和 bm。 結(jié)合 國(guó)家 標(biāo)準(zhǔn)和生產(chǎn)實(shí)際，運(yùn)用有關(guān)設(shè)計(jì)理論和計(jì)算方法，設(shè)計(jì)出性能要求和外形尺寸要求 等 ， 結(jié)合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和生產(chǎn)實(shí)際，運(yùn)用有關(guān)設(shè)計(jì)理論與計(jì)算方法，設(shè)計(jì)出性能符合要求、可靠性高、經(jīng)濟(jì)型號(hào)的合格產(chǎn)品。 下面 列出額定數(shù)據(jù)和主要性能指標(biāo)要 求 [14]。 永磁 同步電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)組要有： （ 1） 額定功率 NP ： 額定運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率。 （ 2） 額定電壓 NU ： 額定運(yùn)行是的供電電壓。 （ 3） 額定 頻率 f ： 額定運(yùn)行 時(shí) 的電源頻率。 （ 4） 額定轉(zhuǎn)速 Nn ： 額定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速。 永磁同步電動(dòng)機(jī) 的主要性能指標(biāo)有： （ 1） 額定效率 N? 。 （ 2） 額定功率因數(shù) Ncos? 。 （ 3） 最大轉(zhuǎn)矩 倍數(shù)（失步轉(zhuǎn)矩倍數(shù)） mN/TT； 最大電磁轉(zhuǎn)矩與額 定轉(zhuǎn)矩 的 比 值，也稱過載能力。 （ 4） 起動(dòng) 轉(zhuǎn)矩倍數(shù) st N/TT： 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 與 額定轉(zhuǎn)矩的比值。 （ 5） 起動(dòng) 電流倍數(shù) st N/II： 起動(dòng)過程中的最小轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比 。 （ 6） 最小轉(zhuǎn)矩 倍數(shù) min N/TT： 起動(dòng)過程中的最小轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比。 （ 7） 牽入 轉(zhuǎn)矩倍數(shù) pi N/TT：牽 入轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值。 15 定子沖片 和氣隙長(zhǎng) 度的確定以及定子繞組的 設(shè)計(jì) 定子 沖片尺寸和氣隙長(zhǎng)度的確定 當(dāng) 電機(jī)的轉(zhuǎn)速一定時(shí)，極數(shù)確定，則定子槽數(shù)取決 于 每極每相槽數(shù)1q ， 1q 對(duì) 參數(shù)、性能影響較大。當(dāng) 1q 較大 時(shí)，定子諧波磁場(chǎng)減小，附加損耗降低；定子槽漏抗減??；槽中線圈邊的總散熱面積增大，有利于散熱；絕緣材料用量和加工工時(shí)增加，槽利用率低。綜合 考慮 ， 1q 在 2~6 之間 選擇，取整數(shù)，極數(shù)少、功率大的， 1q 取 大值；極數(shù)多的， 1q 取小 值。 對(duì)于 常規(guī)用途的小功率永磁同步電動(dòng)機(jī) ， 為提高零部件的通用性，縮短開發(fā)周期和成本，通常選用 Y 系列或 Y2 系列 或 Y3 系列小型三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的定子沖片。永磁同步電動(dòng)機(jī)的氣隙磁密高 、 體積小，可選用比相同規(guī)格感應(yīng)電動(dòng)機(jī)小一個(gè)機(jī)座號(hào)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)定子沖片。 在感應(yīng) 電動(dòng)機(jī)中，為減小激磁電流、提高功率因數(shù)，通常使氣隙長(zhǎng)度盡可能小，而在永磁同步電動(dòng)機(jī)中，功率 因數(shù)可以通過調(diào)整繞組匝數(shù)和永磁體進(jìn)行調(diào)整，氣隙長(zhǎng)度對(duì)雜散損耗影響 較大 ，因此通常比同容量的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)氣隙長(zhǎng)度大 ~。 在永磁體 尺寸 一定的前提下，適當(dāng)增大氣隙，對(duì)每極基波磁通影響較小。 定子繞組 的設(shè)計(jì) 永磁 同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)含有大量的諧波， 感應(yīng) 電動(dòng)勢(shì)中諧波含量也較高，為避免三次諧波在繞組各相之間產(chǎn)生環(huán)流，三相繞組的連接通常采用 Y 形接法。 （ 1） 定子繞組 型式和節(jié)距選擇 與 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)一樣，永磁同步電動(dòng)機(jī)使用的繞組型式有單層繞組、雙層繞組和正弦繞組等。其中 單層 繞組又分為同心式、 鏈?zhǔn)胶徒徊媸?， 區(qū)別在于端接形狀、線圈節(jié)距和線圈之間的連接順序。這些繞組形式各有其特點(diǎn)和適用場(chǎng)合。 單層繞組 的 優(yōu)點(diǎn)是： ① 槽內(nèi)無層間絕緣，槽利用率高； ② 同一槽內(nèi)導(dǎo)體屬于同一相，不會(huì)發(fā)生層間擊穿； ③ 線圈數(shù) 比雙層少一倍，線圈制造和 q 嵌 線方便。但也存在 缺點(diǎn) ，如不能做成短距以改善磁場(chǎng)波形，主要用于 160 及 以下 機(jī)座。其中 同心式 繞組的端部用銅多，線圈尺寸不同，制造復(fù)雜， 多 適用 于 1q = 8 的 二極電機(jī)；鏈?zhǔn)嚼@組適用于 1q =2 的 8 極 電機(jī)；交叉式繞組適用于 1q 為 奇數(shù)的電機(jī)。 雙層繞組 的優(yōu)點(diǎn)是： ① 可通過 合理 選擇節(jié)距改善磁場(chǎng)波形；