调速永磁同步电机的设计计算程序

18.转子外径 D2 = Di1 − 2δ = (17 − 2 × 0.075 )cm = 16.85 cm 19.转子内径 Di 2 = 6cm 20.定,转子铁心长度 l1 = l2 = 19cm
21.铁心计算长度 la = l1 = 19cm 铁心有效长度 leff = la + 2δ = (19 + 2 × 0.075 )cm = 19.15cm 净铁心长 l Fe = K Fela = 0.95 × 19cm = 18.05cm 22.定子槽数 Q1 = 36 23.定子每极槽数 Q p1 = Q1 / 2 P = 36 / 2 × 2 = 9
式中,永磁体 H 温度系数 aHc = −0.12 .
c
38. 永磁体相对回复磁导率
µr =
1.139 Br × 10−3 = × 10 −3 = 1.052 H / m −7 4π × 10 × 862.082 µo H c 式中µ0 = 4π × 10−7 H / m
39. 最高工作温度下退磁曲线的拐点 bk = 0 40. 永磁体宽度 bM = 4.6cm 41.永磁体厚度 hM = 1.55cm
t1 ( 4.4δ + 0.75bs 0 ) t1 ( 4.4δ + 0.75bs 0 ) − bs 0 2
= 1.188
52.空载漏磁系数 σ 0 = 1.28 54.永磁同步电动机空载时永磁体提供的气隙磁通 Φδ 0 = ′ 0 Br Sm × 10−4 0.903 × 1.139 × 174.8 × 10−4 bm = Wb = 0.014Wb σ0 1.28
2r + bs1 π r 2 2 × 0.51 + 0.77 π × 0.52 Ss = = = 1.59cm 2 ( hs′ − h ) + (1.52 − 0.2 ) + 2 2 2 2
式中,槽楔厚 h = 0.2cm ,
′ + π r ) = 0.03 × (2 ×1.52 + π × 0.51) cm = 0.139 cm （2）槽绝缘占面积 Si = Ci (2hs
26.每槽导体数 N s1 = 13 27.并联支路数 α1 = 1
28.每相导体串联导体数 N Φ1 =
Q1 N s1 36 × 13 = = 156 m1α1 3 ×1
′= 29.绕组线规 N1S1
IN 26.35 = = 6.57 mm 2 α1 J1′ 1× 4.010
2
式中,定子电流密度 J ′ = 4.01A / mm ,并绕根数 N1 = 3 , 线径选取 d1 / d 2 = 1.6mm / 1.67 mm 30.槽满率 （1）槽面积
62.定子轭磁路计算长度 l ′ j1 = 63. 定子轭磁密 B j10
φδ 0 × 104 0.0104 × 104 = = T = 1.52T 2h′j1lFe 2 × 2.56 × 18.05
64. 定子轭磁位差 Fj1 = 2C1 H j10l ′ j1 = 2 × 0.42 × 14 × 9.205 A = 108.249 A 式中， H j10 = 14 A / cm ，根据 B j10 = 1.52T 查第二章附录 2E-3。
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永磁同步电机直接转矩控制系统的设计
C1 = 0.42,由h′j1 / τ p = 0.192和B j10 = 1.52T 查图 2C-3 得到。
65.磁路齿饱和系数 66. 每对极总磁位差
ΣFad = Fδ + Ft 1 + F j1 = (1148.397 + 18.252 + 108.249 ) A = 1274.898 A
49.气隙磁密波形系数 K f = 50.气隙磁通波形系数 K Φ = 51.气隙系数
Kδ = =
1.483 × ( 4.4 × 0.075 + 0.75 × 0.38 ) 1.483 × ( 4.4 × 0.075 + 0.75 × 0.38 ) − 0.38 2
' 53. 假设永磁体空载工作点 bm 0 = 0.903
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永磁同步电机直接转矩控制系统的设计
b Pπ 1.483 × 2 × 3.14 sin sk sin t1Q1 1.483 × 36 k sk 1 = = = 0.995 1.483 × 2 × 3.14 bsk Pπ 1.483 × 36 t1Q1
t1leff Bδ 0 bt1lFe
=
1.483 × 19.15 × 0.661 = 1.391T 0.748 × 18.05
60.定子齿磁压降 Ft1 = 2 H t10 ht′1 = 2 × 5.4 × 1.69 A = 18.252 A 式中 H t10 = 5.4 A / cm ,根据 Bt10 查第二章附录 2E-3 61. 定子轭计算高度
永磁同步电机直接转矩控制系统的设计
′ 35.主极极弧系数 a′ p = bp / τ p = 11.098 / 13.352 = 0.831
36.永磁体剩磁密度 B
r 20
= 1.22T
预计工作温度
t = 75o C
工作温度时的剩磁密度:
−0.12 B = [1 + (t − 20) ]× B = [1 + (75 − 20) × ( −0.12% )] × 1.22T = 1.139T r r 20 100
47.节距 y ,定子绕组采用单层绕组，交叉式，节距 1～9,2～10,11～18 48.绕组系数 kdp1 = kd 1k p1ksk 1 = 0.9597 × 1 × 0.995 = 0.955 （1）分布系数
aq 20 × 3 sin 1 sin 2 2 kd 1 = = = 0.9597 aq1 20 q1 3× 2 2 o P × 360 2 × 360 式中，a = = = 20o Q1 36
q1 为定子每极每相槽数，
60o 相带时， q1 = Q1 / 2m1P = 36 / 2 × 3 × 2 = 3
（2）短距系数 k p1 = sin
πβ y = 1, β = 2 m1q1
a′pπ 4 4 0.831× π sin = sin = 1.229 2 2 π π
α′ 8 8 0.831 × π pπ = 2 = 0.941 sin sin 2 π α′ 2 π × 0.831 2 p
3 = 219.39V
′ = 94% 6. 额定效率ηN
8. 额定相电流 I N =
′ = 0.92 7. 额定功率因数 cos ϕN
PN × 105 15 × 105 = A = 26.35 A ′ cos ϕ N ′ 3 × 219.39 × 0.94 × 0.92 m1U Nη N
9. 额定转速 nN = 60 f / P = 60 × 50 / 2 = 1500r / min 10.额定转矩
57.定子齿磁路计算长度 ht′1 = hs1 + hs 2 + 58.定子齿宽 bt1 =
π Di1 + 2 ( hs 0 + hs1 ) −b = π 17 + 2 × ( 0.08 + 0.12 ) − 0.77 cm = 0.748cm s1 Q1 36
59.定子齿磁密 Bt10 =
永磁同步电机直接转矩控制系统的设计
第 5 章 调速永磁同步电动机电磁设计程序
5.1 额定数据和技术要求
除特殊注明外，电磁计算程序中的单位均按目前电机行业电磁计算时习惯使用的单位， 尺寸以 cm(厘米)、面积以 cm2(平方厘米)、电压以 V（伏） 、电流以 A（安） 、功率和损 耗以（瓦） 、电阻和电抗以 Ω （欧姆） 、磁通以 Wb(韦伯)、磁密以 T(特斯拉)、磁场强度 以 A/cm(安培/厘米)、转矩以 N（牛顿）为单位。 1. 额定功率 PN = 15kw 3. 额定线电压 U N1 = 380V 4. 额定频率 f = 50 HZ 2. 相数 m1 = 3 额定相电压 Y 接法 U N = U N 1 5. 电动机的极对数 P = 2
42.永磁体轴向长度:对于钕铁硼永磁 lM = la = 19cm 43.提供每极磁通的截面积: 对于矩形切向式 S M = 2bmlm = 174.8cm
5.4 磁路计算
44.定子齿距 t1 = π Di1 / Q1 = 3.14 × 17 / 36 cm = 1.484 cm 45.定子斜槽宽 bsk = t1 = 1.483cm 46.斜槽系数
h′j1 =
D1 − Di1 2r − hs 0 + hs1 + hs 2 + 2 3 26 − 17 2 × 0.51 = − 0.08 + 0.12 + 1.40 + cm 2 3 = 2.56cm
π ( D1 − h′j1 ) 4P = π ( 26 − 2.56 ) cm = 9.205cm 4× 2
2
2
式中，绝缘厚度 Ci = 0.03cm （3）槽有效面积 Sc = S s − Si = (1.59 − 0.139)cm = 1.451cm
2 2
N1 N S1dli 2 3 × 13 × 1.67 2 %= % = 74.96% （4）槽满率 S f = Sc 1.451
5.3 永磁体的计算
式中 δ 2 = 0.02cm 永磁体延磁化方向与永磁体槽间的间隙。 (2)交轴磁路
Fδ q = 2 Bδ 2 × 0.661 Kδ δ × 10 −2 = ×1.188 × 0.075 ×10 −2 A = 937.875 A −7 µ0 4π × 10 r 0.51 = 0.21 + 1.40 + cm = 1.69 cm 3 3
B 的温度系数 α Br = − ( 0.07~0.126 ) % K −1 = −0.12% K −1 r
37.永磁体计算矫顽力
H c 20 =923 kA / m
工作温度时的矫顽力为
−0.12 H = [1 + (t − 20) ]× H c c 20 100 = [1 + (75 − 20) × ( −0.12% )] × 923 KA / m = 862.082 KA / m
9.55 PN 9.55 ×15 × 103 = ×103 = 95.5 N .m nN 1500
11.绝缘等级:B 级
12.绕组形式:单层,交叉 Y 接法
5.2 主要尺寸
13.铁心材料 50W470 硅钢片 15.气隙长度 δ = 0.075cm 14.转子磁路结构形式:内置切向式 16.定子外径 D1 = 26cm 17.定子内径 Di1 = 17 cm
24.极距τ p = π Di1 / 2 P = 3.14 × 17 / 2 × 2 cm = 13.352 cm
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永磁同步电机直接转矩控制系统的设计
25.定子槽形:梨形槽
bs 0 = 0.38cm bs1 = 0.77cm hs 0 = 0.08cm hs1 = 0.12cm hs 2 = 1.40cm r = 0.51cm
kt =
Ft1 + Fδ 18.252 +1148.12 = =1.016 F 1148.12 δ
ΣFaq = Fδ q + Ft 1 + Fj1 = ( 937.875 +18.252 +108.249 ) A =1064.376 A
31. 永磁材料类型:钕铁硼 32. 永磁磁极结构:矩形 33. 极弧系数 α p = 0.82 .对于矩形结构, α p 由电磁场数值计算确定 34.主极计算弧长 b′ p = α pτ p + 2δ = ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 0.82 ×13.352 + 2 × 0.075 ) cm = 11.098 cm
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永磁同步电机直接转矩控制系统的设计
55. 气隙磁密 Bδ = 56.气隙磁压降 (1)直轴磁路
Fδ =
Φδ 0 × 10 −4 0.014 ×10 −4 = T = 0.661T α′ 0.831 ×13.352 ×19.15 pτ p Leff
2 Bδ 2 × 0.661 0.02 + 1.188 × 0.075 ) ×10 −2 A =1148.397 A (δ 2 + Kδ δ ) ×10−2 = −7 ( µ0 4π × 10