永磁同步电动机的直接设计程序

1、i永磁同步电动机的直接设计程序华把电办学院牛哲TW'摘要 生设汁KdFcB永逾同歩电勸机时.殆用直接评计苦纬为初歩设计；初步确定电 的尺屮在此璋础上利用二推有隈元圧对險屿连厅计算.幷时尺寸进存尤化，逋过对试制的 电机进厅测試说明遼什直与训试危比轮闵合，飆词同歩电动飢永磁设计ii宜接设计是把电动机所要求的性能扌旨标 转换成与热、电磁和回路參数有关的表达式. 从而直接设计出垠合适的几何尺寸“设计方法是直接从电机的技术篥件出 发着重皑磁负载"建立最合适的rt何尺寸円找们在设计NdFelJ永磁伺步电动机时. 采启直接设计：初步确定电机的尺寸*在此基 础上利用二维有限元法时灌场进行计聲

2、酋 对尺寸进行优化。通过对试制的电机进厅测 试表明*测试值与设计值比较吻合*T一、已知数据额宦容凰 P,* 7.5kW额定电压(380 ViV接J额定頻率JS = 5OHj额定转速 g = 150Q”min额宦效率=0.92极对数 ? =2 额定功率因数COSQ*. =0- y4 磁钢性能剩余磁密.= 1 05T矫顽力 Hr=7. y6X10s A/m二、计算程序r观在容P趴 c -= 8670 kV A亡朋啊、2-定子内径D =Q* 09他 a丽 严严J -'-=0* 148 m*收福日期*992-15 电申外型电桃列旳320d)式中尙溫升2”iSi0K用E级绝缘、3散穗系数= 31

3、. 2 WK 'm4.铁心有效长_ iL = 0. 028?吋彷引严0. H6 m 取 L = 0. 15 rn瓦隙长度实际氏度rl* = 4. 710- ap-c SD=0* 5 v 0-m)Af： 7. 25 z 上。7趴心wpf . *"' J'-5, 6 >： t0_5(m)d =丘 & 10一X 0* 3 48=0. 83 X L0_J<rs) >考虑减少睹波损耗.冗顒增大50.即6 - 1.5 X 0, 5 X W"-0. 75 ” Id1肚皿亍心 0 = L 5 bX &, 6 X J 0 _ 1 =R

4、. 4 K LO' m d = ks X：D-83 X n)Yj=1. 25 X歐假笑极弧系煞':二生.式中4 一-转子极弧长r柢匝7.电抗系数：尸激鑑电抗系数Cf = ±$in(红 X 9O15)fi.r窑下= 1-25 ，卷帕张和i|维普资讯 rmp:www.cqvip.coTfi直轴电抗系数土 0. 99sini 1801TD J = ./2 且/颅工逻1126氐V "丄口=2. 2S T式中g叠装系数|维普资讯 rmp:www.cqvip.coTfiX 180°)Ccos 0交轴电抗系数%T=0. 8式中下标1基波下标P峰值由于笼条和隔磁材

5、料导磁車低以及铁 心饱和的嵌响*上述數值应减少10%，所以C f - 1 * U = 0. 8S t C9 = 0- 710艮有效电抗系数设漏磁路与气隙磁阻之比«=5磁怵与气隙磁阻之比6 = 3有效电抗系数=0, 31有关“丄值的估算见参考文献口的附 录£-取永磁体潺磁系敷kf/r取 0- 9 了鮎畑 齿宽与槽距之比，取0. GFiji" =cos (sin C-2- X 90%in|弹 |TX sin，| 妙 | '/$in | 护 | = 1*525 氏值偏高'但尚町容许若要减少 可增大定子内径或铁心长度。16*赃磁磁密nf =昱_绞如一陶n甩

6、> 9(n> sinlpl/CjCj = 0. 472 T17,铜 讣DC时的电导率_ 201+0匚.(£-20)=4. 13 > IO7 kS/m)式中灿=5. 7、107 S/m|维普资讯 rmp:www.cqvip.coTfi2JinA /60=55. 19 N11-衰面力密度2T £j =仃=J 0693. 6 N/m2ni) "LQ1 = 36IS.选取绕组节距却=72X定子齿距也内功率因数角屮的选取对于永磁同步电动机取丰=一65。左右。 考虑过载要求选取単= 5413电枢表面的吒隙磁密的均方根值皿體闌几=5池1 TjiDfr =1 6

7、极距?r£)t = = 0. 1162 m¥绕组系數0- 0129 m"6/冇 件=Srin fi 分布系数7_90T = 0. 94101 A/m15计算齿部H大磁童0_!_2p tilaCu-=3. 81 > 10aC'110+视在转矩18.选取定子|维普资讯 rmp:www.cqvip.coTfiIEC中小型电机>1993 >200)ll2L皿= 20<?L_ 沁叫/? = 0 Q6也一阿叫/296("斜精系数(星子斜一丫齿距)sin( X 90°)I.丁出_“KV x ¥(4)绕组系数 k*1

8、= 0. 89323. 选取电流密度J = 5条=4. 43 z 1QC A/m K由取 J = 4*5hi(P A/m224. 导1等效厚度a = = 6. 28 X IOJ m25.永磯体工作点磁密选择=5.了一 6 3)fi_ 选取 li y Qk 8 S t a 呂4 T永世悴工作点磁场强度H府土厲一 EM，2B,=b 529 X 10' Aj/m毎块磁悼栽面积叭=空打今叭=0 0106卅-V .?二 2m 石二=28 根V i33. 1面积估算设填铜系数 = 0佔34.阳=半=鼻1旳y IO-3" Cu 3* 8mm r,= 4, 5&min A, = 0.

9、 98mm A/ =17, 98mm6，i 6* J 3mm fi 呦 0* 3mm h 立=17mmh,23- 33mmAr = 7. 1mm3 5-实际面积Q 如+叽L L s* "2 心l29.毎块敏体磁化方向长一茲祕亦C3 PqH V每块磁粹宽度(采用切向结构、30-vt.fi 2 = 0- 035 m永磁体体駅¥ 胆=2 d h/xL = 16fi x 10* m 电枢境组一相匝数 叭F% =躡匝 式中o一相电压取Wfl=168匝畝毎槽导祕t中小显輕机J19鮒沱叽Q=0. 167 X IO-1 m23氏额定电流I、='= 13. L7Av/TS导蟻截面积沉

10、=芋=瓷93才IQy* n? 选用如.3门竹6二根导线并绕! = 2 X 1, 327 = 2, 654 X LO '0 fn38 -实际电流密度J =台=纸 9G X 10* A/ma39- 11満率= Cr<2Jt/ + :r 匕 + 2r, + 虬）19 ll=17. 7 X 10 * m2式中匚一绝缘厚m0=0. 27X10 3=* 15 Xr I 0_4tn ' t 设榕於谢匕5mm，厚 3ipm ）用有蝕=用特出韭样再协髓=0, 134 x Q-S ml槽满率码=弐手0="%式中N 笄绕棍数46定孑磁系数第一次近似可假圮 f 02 + 0. 0038

11、/经反夏核算应与第證项哦台'最岳得% = 0 033 a41取定子B 严 1< 4 T42-定子惋高心=d+2（苕（匚豆一=0. 0181 m式中 计算极弧系数 2白一ti4X定子铁心外径*打二打+2趴 r2Av0. 23 m技平均匣长，见图2）E* = £ 4血=0. ! 7 m诚=冶挣亦f 517 cos6* = sin? = 0. AS6=JtQ +2 (A®+")心士匸、打 升=牙P=O 106 m百=0. 0627 m2cos(fQ = E& + 2U = 0. 294 m45,端部投影长f t Cin9 = (L 032 4臥&q

12、uot;0C时之电枢绕组电限9W 1R、= 0； 901' Q冏i47-定子權*磁导系数按中小型三相异步电再机患嘩计算程 序:K以下称程序)附图查右卡：=0眈KU = Q. 875-由附图查得心=108心=A +警=乩钊8Drfjtw- i 九 L = K ( IA I 十 £.= 1* 2&«-11*电感伸'-»'/*, = 2 阿一乙扎 I r J 、8=2.28 X 10a H4飢疑组端部濡电® .Llx 二 2% 匸1 2+ 0. 5/J=6 44B X 107（H）SO-定子谐波漏电參rrzD Ij,S=7?厂

13、M=1.353 X 10 H由农程序$附图“査得二0.009。SK定子漏抗X = 2n/ （L,i + Ln + 乙和）F = L28 d 1'5監激越电抗.= 叭痂聲吓Q：好"£ n/MI=3& 1 口弧定子漏越萦武"£ = 2=0* 033（与第40项相苻否 J M则应章算）54.功率角9 cos-10. 94 區涛盒韓 Jt申小餐（聘机H«&£CK的| 维普资讯 h ttp:/47. 5X IO1几=一 W + 麻)=了7, 95° 5匚失步功雋理亠f_壬=_0 5t» = 7X 10

14、 C 1 »5 一根尋东截面积| 维普资讯 h ttp:/| 维普资讯 h ttp:/式中h导条长度h=LS«过戲能力吕&转子権璐尺巧t见图幕| 维普资讯 h ttp:/b 赠1mm&« = 2* 89mm 总触=h 7 3mmA* 13s 65mm 扌冬 bi2 酉”1, 26sinv -sin2r357個定异歩运行效率5=0. 85*异步运行转TSft卩讥=6 鸿(丄1 )P. =r 43K 25WV氓初选转子豪磁垂報初选时助也二務S绘辰复核算应与第 再项物含.最石得心严臥02丸也ft折算值二-一八 ” 12, R1 A_ b 疔上<i

15、*T3F边的转孑电阻1辱条和相邦為环的联含电阻化十勒=血刖儿护片=i 4110_" <)转子槽不扭斜厂=1氐缩环尺寸快其电限为联合电限的 I硏久唱一根导条电阻为E = Q85电肌+略) =1.19驱1旷'QU 铝耽f时的电轉率【设起动时转子 度为S®C)7 agoM乱=1十儿"20,=2. 635 * 10' S/m式中比卸=玉2§/<10(S/m；，中樂盹狐禅9够認虹第型3in； 基 fc.rnr*o 3 0» J r iAf t= 1 ?n£r肯空K2*nni导条实际截面孚.Sfi 48* 16 XI

16、O'" m导奈电31式中如=抨=山5- X.： 7r 為 "1- 45血 irDjta血= 0.86由J程序*內图査碍.辕子端邹i磁粵豢戟 = A ±<0, 1S)-乩 304 rnp 4 严乙式中 端环平均直径Df 0. 133 m70一转子谐波=口 729由*程序附图L7査出£斤=0,007.71-抚合到島子的转子漏电感r_畑厂, 4叫(叭扎 ” 一$=3.忡 X 1C 3 HV2-转子漏电抗折合值上孑 2ifLir = 1- 096 S?7氛转子漏磁系数氏=0t 0?3与第54项假定值吻合*否则应重算.74+短路电抗&=：!】

17、 + ( 1 + <?± J 2 2* 0 丁氣异步状态屡大转矩严 77? >+ 小、xD +门+幻局“H *=1333. 4 N ' m了轨额定转拒77-异步状态大转矩倍做X =辭=Z 97甘他空横耗O齿部铁耗凡=匕P皿吕式屮 H 齿部修正系數kt 2P】和一Qi硅钠片的损耗系数Bs齿部驚密讣法和="丁fe磁密谡形系数盘一计算极弧系数Gt】齿重。尸1 =外ri = 5, 3 Kg(2m部铁蒂22成中心桓部修正系数kJ =1.5亿】辄重<；订=1乩2辽(3磁极表面扬耗匕=P： SP = 12. 78 WH式屮 P/亠辽516“J叫丑血严= 213

18、W/m2 叭=朋玄孑童* 0： 202 T 0=0.虫"主f = 0. S18 忑=1 _ 叱2 = |. |4r L i,(5 + bv)J斗=TT(to-2r H 二=血 OG in11(4脉动IS耗P» = PJ 4紂=5-94 W 式中p/ = 6. 2 X LOC J X穿=L, 55 W/KgJ 一叠片盘J = 0- 5 mtn"=务违土十佥=0b G91 Tt .-心th = Ff，tz =i= 3* 83 (c呂(空载铁耗F,. 0户亡+化+九+ ®=129.02 W7»-铜耗尸 m = w/J/Ti = 46S+ 8 WSO&

19、#39;-阳加损耗匕=Q. 5%PX = 37.5 W和*机棒損桂尸皿=C 占)莎 J X iO* 63 W赵总插耗E尸=-f + Pc. + % + 九=698- 32 W电中呷型电tH>JM3.20(3>| 维普资讯 h ttp:/隣*效率由于第器项按温升计算岀的电流密度与第 38项实际电流密度相差较大.所以效率偏离 要求值Q-5%.三、宜接设计法与优化洽 的主要数据比较及测 试值在直接设计的基础上用二雒有限元对 磁场进行计算并对尺寸进行优化，现把直接 设计法和忧化后的主要数据列T* U表1项目直接设计法宦于内S<m>0. M0. 1 1定子丹桧5J6罚Oh 31铁

20、心收Un】IX 15山15瞄怵尺寸<aiin>8 X 351503 ® r 150践規gn；2、<ii. 32 K r 5弋隙琏密0.网5D. b6电ift密度< uax i(r3, W DK功率因散0.40.2CL 91£0.號表2为测试结果3表21f p(C>8百曽即设计值l&e.E21轧16«. 2E12.611, 15fi092弘92测试值157* E13. 91瓦1912.521. D8CL 9 70.S1注，翟中设计值是迪过:优化算法启堆G的值口四、绪论本文提出的直接设计法可作为永磁同步 电动机的初步设计由它确毎电机的初步尺 寸然后根据有限元注进行磁场、参数和性能 的计算并进行优化最后确定所有设计值. 这拝可以减少计算时IMh提高忧化精度.从试 制的一台化朴W敛铁卿电机来看*该方法是 可行的“參者文磁1列維匕 驾相电动机直接谡坏崔-机械工业出版社， 1S89.?上術电器辞学研究所*中处圣二栩异歩社动机电畫计鼻桎序hL971，1$陆世坤.电机设坏 上"