永磁同步机电磁计算

1额定容量PNkVA2相数m3额定线电压UNlV额定相电压UN接法Y接法—1，Δ接法—2Y接法UN＝VΔ接法UN=UNlV4额定相电流IN=A5效率ηN%6功率因数cosφ7额定转速nNr/min8额定频率fHz9冷却方式10转子结构方式11固有电压调整率ΔUN%12永磁材料牌号13预计工作温度t℃14剩余磁通密度Br20T工作温度时的剩磁密度Br=T式中αBr—Br的温度系数%K-1IL—Br的不可逆损失率%15计算矫顽力Hc20kA/m工作温度时的计算矫顽力Hc=kA/m16相对回复磁导率μr=永磁同步发电机电磁计算程序一、额定数据二、永磁材料选择NlU31NNmUP310201001100201rBrBILt201001100201cBrHILt3100crHB式中μ0H/m17在最高工作温度时退磁曲线拐点位置bK18永磁体磁化方向长度hMcm19永磁体宽度bMcm20永磁体轴向长度LMcm21永磁体段数W22极对数p=23永磁体每极截面积Am径向结构—1切向结构—2径向结构Am=LMbMcm2切向结构Am=2LMbMcm224永磁体每对极磁化方向长度hMP径向结构hMP=2hMcm切向结构hMP=hMcm25永磁体体积Vm=pAmhMPcm326永磁体质量mm=ρVm×10-3kg稀土钴永磁ρ＝8.1～8.3g/cm3铁氧体永磁ρ＝4.8～5.2g/cm3钕铁硼永磁ρ＝7.3～7.5g/cm3稀土钴永磁—1铁氧体永磁—2钕铁硼永磁—327气隙长度δ均匀气隙δ＝δ1+Δcm式中δ1—空气隙长度cmΔ—无纬玻璃丝带厚度或非磁性材料套环厚度cm不均匀气隙δmax=1.5δcm28转子外径D2cm29轴孔直径Di2cm30转子铁芯长度L2=LM+(W-1)ΔLcm式中ΔL—隔磁板厚度cm31衬套厚度瓦片形径向结构：三、永磁体尺寸四、转子结构尺寸3100crHBNnf602222MihDDhh=cm有极靴径向结构：hh=cm式中hp—极靴高度切向套环结构：hh=cm式中Δ＇—垫片最大厚度切向槽楔结构：hh=cm式中hW—槽楔厚度及槽口高度Δ1—外侧垫条厚度Δ2—里侧垫条厚度瓦片形径向结构—1有极靴径向结构—2切向套环结构—3切向槽楔结构—432极距τ＝cm33极弧系数αp34极间宽度b2=(1-αp)τcm35定子外径D1cm36定子内径Di1=D2+2δ1cm37定子铁芯长度L1cm38每极每相槽数q39定子槽数Q=2mpq40绕组节距y41短距因数Kp=sin式中β＝y/mq42分布因数整数槽绕组Kd=五、定子绕组和定子冲片2222MihDD2222MpihhDD2'222MibDD222122MwibhDDpD222180mqqm2180sin2180sinmddm2180sin2180sin分数槽绕组Kd=式中d—将q化为假分数后分数的分子43斜槽因数Ksk=式中αs=—斜槽中心角radtsk—斜槽宽距离cm44绕组因数Kdp=KdKpKsk45预估永磁体空载工作点b＇m046预估空载漏磁系数σ＇047预估空载磁通Φ〃δ0＝Wb48预估空载电动势E＇0=V49绕组每相串联匝数N＇=式中KΦ—磁场波形系数，根据空载磁场计算求出50每槽导体数NS=双层绕组—2单层绕组—1双层绕组Ns取偶整数单层绕组Ns取整数式中a—并联支路数51实际每相串联匝数N＝52估算绕组线规Acu=mm2式中J＇—定子电流密度A/mm253实际电流密度J＝A/mm2式中Nt—并绕根数54电负荷A＝mqqm2180sin2180sinmddm2180sin2180sinss2sin2skt40010''mrmABbNNUU1001KfKEdp0044.4'pqaN'apqNs'aJINcutNAaNI112iNiNsDmNIDaIQN55定子冲片设计见图8-17bbs1cmbs2cmbs0cmhs1cmhjcmhs2cmt=cmbt=cm56槽满率Sf槽面积：As=cm2槽绝缘占面积：Ai=cm2式中Ci—槽绝缘厚度cmAef=As-Aicm2Sf=57计算空载磁通Φ＇δ0＝Wb58计算极弧系数αi六、磁路计算112iNiNsDmNIDaIQNQDi1QhDsi1128222212ssssbhbb122222ssssibbbhCefstAdNN2KfNKEdp44.4'0164p均匀气隙αi=59铁芯有效长度定转子轴向长度相等时：Lef=L1+2δcm定转子轴向长度不相等时：(L1-L2)/2δ=8时Lef=L1+3δcm(L1-L2)/2δ=14时Lef=L1+4δcm60气隙磁密Bδ＝T61气隙系数Kδ=62气隙磁位差Fδ=A63定子齿磁密Bt=T式中KFe—铁芯叠压系数，一般取0.92～0.9564定子齿磁位差Ft=2HthtA查附录2磁化曲线得HtA/cmht—定子齿磁路计算长度圆底槽ht=hs1+hs2+bs2/6cm平底槽ht=hs1+hs2cm圆底槽—1平底槽—265定子轭磁密Bj=T66定子轭磁位差Fj=2CjHjljA查附录2磁化曲线得HjA/cmCj—考虑到轭部磁通密度不均匀而引入的轭部磁路长度校正系数，查附录3曲线得lj—定子轭磁路计算长度lj＝cm67极靴平均磁密Bp=T式中Lp—极靴轴向长度cm68极靴磁位差Fp=2HplpA式中lp—极靴磁路平均计算长度164pefiL0'200075.04.475.04.4sssbbtbt20102KB1LKbtLeBFetf410102'jFehKLphDj41400102'1'ppL切向套环结构lp=bM+Δ＇+Δcm切向槽楔结构lp=bM+hw+Δ1cm有极靴径向结构lp=hpcm切向套环结构—1切向槽楔结构—2有极靴径向结构—369磁极衬套平均磁密Bh=(仅适用径向结构)T式中hh—磁性衬套的计算厚度cm70磁性衬套磁位差Fh=2HhlhA式中lh—磁性衬套平均计算长度cm71总磁位差ΣF=Fδ+Ft+Fj+Fp+FhA切向结构Fh=072主磁导Λδ＝H主磁导标么值λδ=73漏磁导Λσ由电磁场计算求得H74漏磁导标么值λσ=75外磁路总磁导Λn=Λδ+ΛσH标么值λn=λδ+λσ76永磁体空载工作点bm0=hm0=77空载漏磁系数σ0＝78空载气隙磁通Φδ0＝(bm0-hm0λσ）BrAm×10-4Wb%判断上式的值是否小于1%,否则修改bm0＇、σ0＇，重新进行计算79空载气隙磁密Bδ0＝T80空载定子齿磁密Bt0=T1002'1'LhhF0'2010mrMpAh2010mrMpAh10nnm110nmf000mmmhbb100'0004010fiLe10LKbtLBFetef410102FejKhL81空载定子轭磁密Bj0=T82绕组平均半匝长Lav=L1+LEcm式中LE—线圈端部平均长cm83每相绕组电阻R1＝ΩA、E、B级缘：ρcu75=0.217×10-3Ω·mm2/cmF、H级缘：ρcu115=0.245×10-3Ω·mm2/cmA、E、B级缘—1F、H级缘—284槽比漏磁导梨形槽：(图8-18)λs=半开口梯形槽：λs=h1h2h3h4h5h6bb0b1b2d1d2梨形槽—1半开口梯形槽—2式中k1=3β+1.67k2=3β+110LKbtLBFetef410102FejKhLcutavAaNNL2052131221985.03231.041bhkdbhkbhbdh0601514213122123241bhbbhbhkbbhkbhbbh85端部比漏磁导λE=86差漏磁导λd=87齿顶比漏磁导λt=不均匀气隙：λtmax=δ＇=b2＜λtmin=b2≥λtmin=均匀气隙：λtmax=λtmin=不均匀气隙—1均匀气隙-288总漏磁导系数Σλ＝λs+λE+λd+λt89每相绕组漏抗X1=Ω标么值：X1*=64.034.01ElLq00455sspbb2min2maxbbtt'40sbtminmaxmin313t2004bbthhbtspps3t0ln1sbt40sbt212101001005.15pqLNfNNUIX1NdpIpNKm45.090每极电枢磁动势Fa=A91交轴电枢反应电抗Xaq=式中Baq1—交轴电枢反应基波磁密幅值Iq—电枢电流交轴分量Xaq也可以按下列近似公式估算：有极靴：Xaq=Ω无极靴：Xaq=Ω有极靴—1无极靴—2式中Kaq—交轴电枢磁动势的折算系数均匀气隙时，Kaq按下式估算：Kaq=不均匀气隙时，Kaq应用电磁场计算求得92交轴同步电抗Xq=X1+XaqΩXq*=93内功率因数角Ψn=(°)94每极直轴电枢磁动势Fad=A式中Kad—直轴电枢磁动势的折算系数均匀气隙时，Kad按下式计算：Kad=标么值：fad=NNUIX1NdpIpNKm45.0411102qaqdpefIBNKLFIEKFNaqa02KbFIEKFMNaqa211202sin42cos32sinppppNNqUIX1cossinarctanRIUXIUNNqNNNNaddpIKpNKmsin45.02sin4sinppp1102MpcadhHF1'1nnmNf95永磁体负载工作点bmN=hmN=式中f＇＝96额定负载气隙磁通ΦδN=(bmN-hmNλσ)BrAm×10-4Wb97负载漏磁系数σN＝98负载气隙磁密BδN＝T99负载定子齿磁密BtN=T100负载定子轭磁密BjN=T101直轴电枢反应电抗Xad=式中Bad1—直轴电枢反应基波磁密幅值Id—电枢电流直轴分量Xad也可按下式估算：Xad=Ω标么值Xad*=102直轴同步电抗Xd=X1+XadΩXd*=103空载励磁电动势E0=4.44fNKdpΦδ0KΦV104额定负载时直轴内电动势Ed=4.44fNKdpΦδNKΦV105输出电压U=V106电压调整率ΔU＝%判断ΔU是否小于ΔUN，如是则成立；否则，重新选择永磁体的尺寸和调整参数七、电压调整率和短路电流计算1102MpcadhHF1'1nnmNf11'nnmNff0adfmNmNmNhbb410efiNL1LKbtLBFetefN41102FejNKhL411102daddpefIBNKLNNNdpIKfNK0sin44.4NNadUIXNNdUIXsincoscoscossin115.022221122XRIXIXRIENNaqNNd1000NUUE1222121cos1'144.444.4kaqNnmrndpmrdpnXXRIKABffNKABfNK107短路电流倍数Ik*=式中Ψk=(°)108永磁体最大去磁工作点fk＇=Ik*f＇bmh=hmh=fmh=1-bmh判断bmh是否大于bk，如是则成立；否则，重新选择永磁体的尺寸和调整参数109定子齿质量mt=QL1KFehtbtρFe×10-3kg式中ρFe—硅钢片密度，一般为7.8g/cm3110定子轭质量mj=π(D1-hj)hjL1KFeρFe×10-3kg11