异步启动永磁同步电动机设计程序

异步启动永磁同步电动机设计程序1.额定数据和技术要求 （1） 额定功率 N P =16kW （2） 相数 m=3（3） 额定线电压 N U =380V （4） 额定频率 f=50Hz （5） 极对数 p=2 （6） 额定效率 N η=93.0% （7） 额定功率因数cos N ϕ=0.93（8） 失步转矩倍数*poN T =1.8（9） 绕组型式 单层交叉，Y 接 （10）额定相电压N U=Nt U（11）额定相电流5510161028.11()cos 3219.39930.93N N N N N P I A mU ηϕ⨯⨯===⨯⨯⨯（12）额定转速6060501500(/min)2N f n r p ⨯=== （13）额定转矩339.54109.541610101.86()1500N N N P T N m n ⨯⨯⨯⨯===•（14）绝缘等级 B 级2.主要尺寸（15）铁芯材料 DW470-50（16）转子磁路结构形式 内置径向W 型 （17）气隙长度 δ=0.065cm （18）定子外径 1D =25.5cm （19）定子内径 1i D =17cm（20）转子外径 ()2122620.06516.87i D D cm δ=-=-⨯= （21）转子内径 2i D =6cm（22）定、转子铁芯长度 12L L ==20.1cm （23）电枢计算长度220.120.06520.23ef a L L cm δ=+=+⨯=（）（24）定子槽数 1Q =36（25）定子每极每相槽数 136/(2)==3(60)232q Q mp =⨯⨯相带（26）极距 11 3.1417=13.352()222i D cm pπτ⨯==⨯ （27）硅钢片质量 231()10Fe Fe b Fe m L K D ρ-=+∆⨯237.820.10.93(25.50.5)1098.56()kg -=⨯⨯⨯+⨯=式中，∆——冲剪余量，cm: b L ——1L 和2L 中较大者，cm Fe ρ——铁的密度，3/g cm Fe K ——铁芯叠压系数，0.92~0.95 3.永磁体计算（28） 永磁材料牌号 NTP264H （29） 计算剩磁密度()()20IL 0.1201201175201 1.15 1.0741()100100100100r B r r B t B T α⎡⎤-⎛⎫⎡⎤⎛⎫=+--=+--⨯=⎢⎥ ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦⎝⎭⎣⎦ 式中，20r B ——20C ︒时的剩磁密度，Tr B α——r B 的可逆温度系数，%1K -IL ——r B 的不可逆损失率，% t ——预计工作温度，C ︒ （30） 计算矫顽力()()200.1201201175201875817.25/100100100100r B c c IL H t H kA m α⎡⎤-⎛⎫⎡⎤⎛⎫=+--=+--⨯=⎢⎥ ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦⎝⎭⎣⎦（）式中，20c H ——20C ︒时的计算矫顽力，kA/m (31) 相对回复磁导率20373020 1.151.0461041087510r r c B H μμπ--===⨯⨯⨯⨯ 式中，70410/H m μπ-=⨯（32）磁化方向长度 M h =0.53cm(33) 宽度 M b =10.5cm (34) 轴向长度M L =20.1cm(35) 提供每极磁通的截面积 210.520.1211.05()m M M A b L cm ==⨯=（36） 永磁体总质量332102210.520.10.537.410 3.31()m M M M m m pb h L kg ρ--=⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=式中，m ρ——永磁体密度，3/g cm 4.定、转子冲片 （37）定子槽形（38）定子槽尺寸 01h =0.08cm 01b =0.38cm 1b =0.72cm 1r =0.49cm 12h =1.6cm1α=30(39)定子齿距 1113.14171.48436i D t cm Q π⨯===（） (40) 定子斜槽距离 111 1.484361.405362sk t Q t cm Q p ⨯===++（）（41）定子齿宽101121111[2()]3.14[172(0.08 1.6)]220.490.79636i t D h h b r cm Q π++⨯+⨯+=-=-⨯=10111211[2()]3.14[172(0.080.098)]0.720.79436i s t D h h b b cm Q π++⨯+⨯+=-=-=（）式中，101110.720.38tan tan 0.098226s b b h cm πα--==⨯=（）离齿最狭1/3处齿宽由1211t t b b ≤ 所以12111110.7960.7940.7940.79533t t t t b b b b cm --=+=+=（）（42） 定子轭计算高度11101121225.51720.08 1.60.49 2.242323i j D D h h h r cm --⎡⎤⎡⎤=-++=-++⨯=⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦（） （43）定子齿磁路计算长度 11120.491.6 1.7633t r h h cm =+=+=（） （44） 定子轭磁路计算长度 ()()11125.5 2.249.132442j j L D h cm pππ=-=⨯-=⨯（）（45） 定子齿体积3111113620.10.93 1.760.795943.76()t Fe t t V Q L K h b cm ==⨯⨯⨯⨯=（46） 定子轭体积()()311111 3.1420.10.93 2.2425.5 2.243063.87()j Fe j j V L K h D h cm π=-=⨯⨯⨯⨯-=（47） 转子轭计算高度 22216.8760.53 4.905()22i j M D D h h cm --=-=-= （48） 转子轭磁路计算长度 ()()2226 4.905 4.280442i j L D h cm pππ=+=⨯+=⨯（）5．绕组计算（49）每槽导体数 s N =12 （50）并联支路数 a =1(51) 并绕根数-线径 111t N d - 2-1.25 212t N d - 3-1.3 式中，1t N 、2t N ——并绕根数11d 、12d ——导线裸线直径，mm （52） 每相绕组串联匝数 11236722231s N Q N ma ⨯===⨯⨯ (53) 槽满率计算槽面积()()22211112220.490.720.491.60.2 1.5672222s r b r A h h cm ππ+⨯+⨯=-+=⨯-+=（） 式中，h ——槽楔厚度，cm槽绝缘面积 ()()212120.0352 1.60.490.166i i A C h r cm ππ=+=⨯⨯+⨯=（） 式中，i C ——槽绝缘厚度，cm槽有效面积 21.5670.166 1.401ef s i A A A cm =-=-=（） 槽满率()()()()222211112122122 1.250.083 1.30.0879.22%1.401s t d t d f ef N N d h N d h S A ⎡⎤⎡⎤+++⨯⨯++⨯+⎣⎦⎣⎦===式中，1d h 、2d h ——对应于11d 、12d 导线的双边绝缘厚度，mm（54） 节距 y=9槽（55） 绕组短距因数 11sin sin122p K πβπ⨯===式中，9133y mq β===⨯ （56） 绕组分布因数 11130sin sin 3220.9598303sin sin 22d q K q αα⎛⎫⎛⎫⨯ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭===⎛⎫⎛⎫⨯ ⎪⎪⎝⎭⎝⎭式中，112p Q πα=（57） 斜槽因数 10.1052sin 2sin 220.99540.105ssk sK απαπ⎛⎫⎛⎫⨯ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭===式中，1sks t απτ=（58） 绕组因数 1110.959810.99540.9554dp d p sk K K K K ==⨯⨯=（59） 线圈平均半匝长 ()()'1220.12 1.57.76838.636()av E L L d L cm =++=+⨯+= 式中，d ——绕组直线部分伸出长，一般取1~3cm'0.612.957.758E y L k τ==⨯= k 为系数，单层线圈 ，4极取0.6()()1011121021720.080.098 1.60.490.85212.95222i s y D h h h r cm pπβπτ++++⨯+⨯+++⨯===⨯（）式中，0β——与线圈节距有关的系数，对单层同心式线圈或单层交叉式线圈，0β取平均值（60） 线圈端部轴向投影长 '0sin 7.7680.517 4.013d E f L cm α==⨯=（）式中，11011120.7220.49sin 0.517220.7220.4920.795t b r b r b α++⨯===+++⨯+⨯（61） 线圈端部平均长 ()()'22 1.57.76818.536E E L d L cm =+=⨯+=（）（62） 定子导线质量 22511121211.05104t t Cu Cu s avN d N d m Q N L πρ-+=⨯2252 1.253 1.31.058.9361238.6361010.04()4kg π-⨯+⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=式中，Cu ρ——铜的密度，3/g cm 6．磁路计算 （63）极弧系数111.7==0.87513.352pp b ατ=（64）计算极弧系数 144=0.875=0.89113.352660.06510.8751i p p αατδα=++++--（65）气隙磁密波形系数 440.891sinsin1.25522i f K αππππ==⨯= （66）气隙磁通波形系数 22880.891sinsin 0.89720.8912i iK φαπππαπ==⨯=（67）气隙系数 12 1.2051 1.205K K K δδδ==⨯= 式中，()()()()101122101014.40.75 1.4844.40.0650.750.38 1.2054.40.75 1.4844.40.0650.750.380.38t b K t b b δδδ+⨯+⨯===+-⨯+⨯- 2K δ=1（68）空载漏磁系数 0σ=1.3根据转子磁路结构、气隙长度、铁芯长度、永磁体尺寸以及永磁材料性能等因数确定（69）永磁体空载工作点假定值 '0m b =0.838（70）空载主磁通'44000100.838 1.0741211.05100.01461()1.28m r m b B A Wb δφσ--⨯⨯⨯⨯===（71）气隙磁密（72） 440100.01461100.607()0.89113.35220.23i i ef B T L δδφατ⨯⨯===⨯⨯（72）气隙磁位差直轴磁路()()22270220.607100.015 1.2050.06510902.38()410B F K A δδδδδμπ---⨯=+⨯=+⨯⨯=⨯交轴磁路227220.60710 1.2050.06510757.39()410q B F K A δδδδμπ---⨯=⨯=⨯⨯⨯=⨯ 式中，2δ——永磁体沿磁化方向与永磁体槽间的间隙，cm （73）定子齿磁密 11110.607 1.48420.231.225()0.7960.9320.1ef t t Fe B t L B T b K L δ⨯⨯===⨯⨯（74）定子齿磁位差 11122 2.55 1.768.99()t t t F H h A ==⨯⨯=1t H 根据1t B 查附录2硅钢片磁化曲线，A/cm（75）定子轭部磁密440111100.0146110 1.742()2220.10.93 2.24j Fe j B T L K h δφ--⨯⨯===⨯⨯⨯（76）定子轭磁位差1111220.3673.6969.133484.6()j j j F C H L A ==⨯⨯⨯=1j H 根据1j B 查附录2硅钢片磁化曲线，A/cm1C ——定子轭部校正系数，查附图3-1（77）转子轭磁密440222100.01461100.797()2220.10.93 4.905j Fe j B T L K h δφ--⨯⨯===⨯⨯⨯（78）转子轭磁位差2222220.70.957 4.28 5.736()j j j F C H L A ==⨯⨯⨯=2j H 根据2j B 查附录2硅钢片磁化曲线，A/cm2C ——转子轭部校正系数，查附图3-1（79）每对极总磁位差112902.388.99484.6 5.7361401.71()t j j F F FF F A δ=+++=+++=∑（80）磁路齿饱和系数1757.398.991.012757.39q t st qF F K F δδ++===（81）主磁导500.014611.04210()1401.71H Fδδφ-Λ===⨯∑（82）主磁导标幺值 252702102 1.042100.5310 3.9841.046410211.05M r m h A δδλμμπ--Λ⨯⨯⨯⨯⨯===⨯⨯⨯ （83）外磁路总磁导标幺值 0 1.3 3.984 5.179n δλσλ==⨯=（84）漏磁导标幺值()()01 1.31 3.984 1.195σδλσλ=-=-⨯=（85）永磁体空载工作点 0 5.1790.8381615.1791n m n b λλ===++误差：0.83816-0.838=0.00016 0.00016/0.838=0.00019<0.1%(86)气隙磁密基波幅值4401100.01461101.2550.762()0.89113.35220.23f i i ef B K T L δδφατ⨯⨯==⨯=⨯⨯（87）空载反电动势004.44 4.44500.9554720.014610.897200.08()dp E fK N K V δφφ==⨯⨯⨯⨯⨯=7.参数计算（88）定子直流电阻122221112122241.335720.2170.201()1.25 1.31232222av t t L NR d d a N N ρππ⨯⨯==⨯=Ω⎡⎤⎡⎤⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⨯⨯+⨯+⎢⎥⎢⎥ ⎪ ⎪⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦式中，ρ——铜线电阻率 (89)漏抗系数()()222720410********.23720.9554100.37792ef dp x f L K N C pπμππ---⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯===（90）定子槽比漏磁导 1111110.38910.951 1.34s U U L L K K λλλ=+=⨯+⨯= 式中，1U K 、1L K ——槽上、下部节距漏抗系数()()131/4311/41U K β=+=⨯+= ()()197/16917/161L K β=+=⨯+=01110101120.0820.0980.3890.380.380.72s U h h b b b λ⨯=+=+=++ 1L λ=0.951（91）定子槽漏抗()111221222320.1 1.1840.37790.18420.230.955436s s x ef dp pmL X C L K Q λ⨯⨯⨯⨯==⨯=Ω⨯⨯ （92）定子谐波漏抗112222313.3520.01280.37790.271()1.2050.0650.9554 1.01d x dp stm sX C K K K δτπδπ⨯⨯==⨯=Ω⨯⨯⨯⨯∑s ∑可查附图3-2（93）定子端部漏抗()1220.6421.2350.6415.1960.470.470.37790.08620.230.9554E yE x ef dp L X C L K τ⎛⎫--⨯⎛⎫==⨯⨯=Ω⎪ ⎪ ⎪⨯⎝⎭⎝⎭（94）定子斜槽漏抗 ()2211 1.4050.50.50.2710.1221.484sk sk d t X X t ⎛⎫⎛⎫==⨯⨯=Ω ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭(95) 定子漏抗 ()11110.1830.2710.0860.1220.663s d E sk X X X X X =+++=+++=Ω （96）直轴电枢磁动势折算系数 110.79681.255ad f K K === （97）交轴电枢磁动势折算系数0.360.28691.255q aq fK K K === q K 由电磁场算出，或取经验值（98）直轴电枢反应电抗()0200.08147.373.75114.05dad dE E X I --===Ω式中，()4.44 4.44500.9554720.010760.897147.36d dp N E fK N K V δφφ==⨯⨯⨯⨯⨯=()4110N mN mN m r b b A B δσφλ-=--⨯⎡⎤⎣⎦()()40.76110.761 1.195211.05 1.0741100.01076Wb -=--⨯⨯⨯⨯=⎡⎤⎣⎦()()'1 5.17910.09230.76115.1791n a mN n f b λλ-⨯-===++'0520.14810.092310 1.30.53817.2510ad a M c F f h H σ===⨯⨯⨯⨯()0.95547214.05350.450.4530.7971520.14812dp dad adK NI F mK A p⨯⨯==⨯⨯⨯=取()/228.1071/214.0535d N I I A ===（99）直轴同步电抗()1 3.7510.663 4.414d ad X X X =+=+=Ω 8.交轴磁化曲线aq q X I -计算（100）设定交轴磁通 aq φ分别取0.60δφ、0.70δφ、0.730δφ、0.750δφ、0.790δφ、0.810δφ、0.830δφ、0.850δφ（101）交轴磁路总磁位差aqF∑(A)以aq φ代替70项中的0δφ，计算第70~80项，所得的F ∑（每对极）即为交轴电枢磁动势aqF∑（102）对应交轴电流 0.9aq q aq dp p F I mK K N=∑(103) 交轴电动势 00aqaq E E δφφ=（104）交轴电枢反应电抗 aq aq qE X I =给定101项中不同的aq φ，重复101~104项，即可得到aq q X I -曲线，见下表9.工作特性计算（105）机械损耗 fw p =160W 可参考同规格感应电动机的机械损耗 （106）设定转矩角θ=45︒（107）假定交轴电流'q I =24.86A （108）交轴电枢反应电抗aq X （Ω）由'q I 查aq q X I -曲线（109）交轴同步电抗 ()1 5.490.663 6.153q aq X X X =+=+=Ω （110）输入功率 ()()22101121sin cos 0.5sin 2N q N N d q d q m P E U X R RU U X X X X R θθθ⎡⎤=⨯-++-⎣⎦+ ()23[200.08219.39 6.153sin 450.201cos 454.414 6.1530.201︒︒=⨯⨯⨯⨯-⨯⨯+ ()220.201219.390.5219.39 4.414 6.153sin(245)]︒+⨯+⨯⨯-⨯⨯=16956.23（W ） （111）直轴电流 ()1021sin cos N q N d d q RU X E U I X X R θθ+-=+()()20.201219.39sin 45 6.153200.08219.39cos 454.414 6.1530.20111.75A ︒︒⨯⨯+⨯-⨯=⨯+=（112）交轴电流 ()1021sin cos d N N q d q X U R E U I X X R θθ--=+()()24.414219.39sin 450.201200.08219.39cos 454.414 6.1530.20124.85A ︒︒⨯⨯-⨯-=⨯+=误差：'q q I I -=24.86-24.85=0.010.01/24.86=0.0004<1%(113)功率因数 cos cos0.357960.9373ϕ== 式中，()/40.427040.35796rad ϕθψπ=-=-=()11.75arctanarctan 0.0.4270424.85d q I rad I ψ=== （114）定子电流()127.49I A ===（115）定子电阻损耗()2211327.490.201413.6Cu p mI R W ==⨯⨯=（116）负载气隙磁通()200.080.015214.44 4.44500.9554720.897dp E Wb fK NK δδφφ===⨯⨯⨯⨯式中，()208.46E V δ===(117)负载气隙磁密()4100.015210.63230.89113.35220.23d i i ef B T L δδφατ⨯===⨯⨯（118）负载定子齿磁密()11111.48420.230.6323 1.27530.7960.9320.1ef t d dt Fe t L B B T b K L δ⨯==⨯=⨯⨯（119）负载定子轭磁密()44111100.0152110 1.8142220.10.93 2.24j dFe j B T L K h δφ⨯⨯===⨯⨯⨯ （120）铁耗()111211 2.5 2.61943.772 3.5753063.88197.0Fe t d t j d j p k p V k p V W =+=⨯⨯+⨯⨯=式中，1t d p 、1j d p ——定子齿及轭单位铁损耗，可由1t d B 和1j d B 查附录2硅钢片损耗曲线1k 、2k ——铁耗修正系数，一般分别取2.5和2（121）杂散损耗()22*33127.29100.0151610187.128.11s sN N N I p p P W I ⎛⎫⎛⎫=⨯=⨯⨯⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭*sN p 可参考实验值或凭经验给定（122）总损耗()413.6197.0160187.1953.7CuFe fw s p pp p p W =+++=+++=∑（123）输出功率 ()2116956.23953.716002.53p p p W =-=-=∑（124）效率 2116002.5310010094.37%16956.23p p η=⨯=⨯= （125）工作特性 给定一系列递增的转矩角θ，分别求出不同转矩角的2p 、η、1I 、cos ϕ等性能，即为电机的工作特性，见下表(126)失步转矩倍数 *max 28.9591.8116pN N P T P ===倍 式中，max P ——最大输出功率，由电机工作特性上求得 （127）永磁体额定负载工作点 ()()'1 5.17910.09950.76115.1791n aN mN n f b λλ-⨯-===++式中，'00.450.4530.79680.95547211.310.0995102 1.3817.250.5310ad dp dNaN c M mK K NI f p H h σ⨯⨯⨯⨯⨯===⨯⨯⨯⨯⨯dN I ——输出额定功率时定子电流的直轴分量（128）电负荷 ()112237228.107241.4/17N i mNI A A m D ππ⨯⨯⨯===⨯（129）电密 112211121222t t I J d d a N N π=⎡⎤⎛⎫⎛⎫+⎢⎥⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎢⎥⎣⎦()22227.294.141/1.25 1.312322A mm π==⎡⎤⎛⎫⎛⎫⨯⨯+⨯⎢⎥⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎢⎥⎣⎦（130）热负荷11A J =241.4⨯4.141=999.63（()22/A cm mm •） （131）永磁体最大去磁工作点 ()()'1 5.17910.65300.29115.1791n adh mh n f b λλ-⨯-===++式中，'00.450.4530.79680.95547294.840.6530102 1.3817.250.5310ad dp adhadhc M mK K NI f p H h σ⨯⨯⨯⨯⨯===⨯⨯⨯⨯⨯1adh dI =94.84()A ==。