异步启动永磁同步电动机电磁计算程序

永磁同步电动机异步起动过程分析永磁电机专题永磁同步电动机异步起动过程分析白增程韩雪岩唐任远沈阳工业大学特种电机研究所,沈阳 110023摘要作为衡量同步电动机性能的一个重要要指标,永磁同步电动机的起动性能的研究也越来越多地受到人们的关注.基于上述考虑,本文针对永磁同步电动机的异步起动过程,通过运动方程和电磁场计算两种法进行了仿真研究,并通过试验,对比验证了仿真结果。

关键词:永磁同步电动机;异步起动;电磁场Research on Performences of PermanentStarting-up MagnetMotorsSynchronousBai HanZengcheng Xueyan Tang Renyuanof Research Institute of El ectri c 1 10023ShenyangUniversity Technology Special Machines ,ShenyangAbstract As the motorimportant synchronous performance major index,permanent magnet motor research also more and more receives attention. synchronous start ing performance many people’SBased on the above article in view of motor line ?startconsi derat ion,thi spermanent magnet synchronoustwokind of law the motion the to conduct theand fieldprocess,calculated through equation electromagnetic。

simulation the use contrast has confirmed the simulation resul t . research,andthrough experiment ,thewords z fieldKey permanent magnet synchronous motor:line?start ;electromagnetic 响,但缺乏试验对比。

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序号名称公式单位一额定数据1额定功率P Nkw2相数m13额定线电压U N1V 额定相电压U NV4额定频率ƒHz5极对数p6额定效率η1N%7额定功率因数cosφ1N8额定相电流I NA9额定转速n Nr/min10额定转矩T NN.m11绝缘等级B级12绕组形式双层二主要尺寸13铁芯材料50W470硅钢片14转子磁路结构形式15气隙长度δcm16定子外径D1cm17定子内径D i1cm永磁同步电动机电磁计算程序以下公式中π取值为3.1418转子外径D2cm19转子内径D i2cm20定、转子铁心长度l1=l2cm21铁心计算长度la=l1cm铁心有效长度l effcm铁心叠压系数K fe净铁心长l Fecm22定子槽数Q1 23定子每级槽数Q p1 24极距τp 25定子槽形梨形槽b s0cmh s0cmb s1cmh s1cmh s2cmrcm26每槽导体数N s1 27并联支路数a1 28每相绕组串联导体数NΦ129绕组线规N11S11mm230槽满率根据N11S11=1.54mm2,线径取d1/d1i=1.4mm/1.46mm,并绕根数N1（1）槽面积s scm2槽楔厚度hcm(2)槽绝缘占面积s icm2h1scm绝缘厚度C icm（3）槽有效面积s ecm2(4)槽满率sf% N1三永磁体计算31永磁材料类型铷铁棚32永磁体结构矩形33极弧系数a p34主要计算弧长b1pcm35主要极弧系数a1p 36永磁体Br温度系数a Br永磁体剩余磁通密度B r20T温度t℃t=80℃时剩余磁通密度B rT37永磁体矫顽力H c20KA/m永磁体H c温度系数a Hct=80℃时矫顽力Hc KA/m 38永磁体相对回复磁导率u ru0H/m39最高工作温度下退磁曲线的拐点b k40永磁体宽度b mcm41永磁体磁化方向厚度h Mcm42永磁体轴向长度l Mcm43提供每级磁通的截面积S M cm2四磁路计算44定子齿距t1cm45定子斜槽宽b skcm46斜槽系数K sk147节距y48绕组系数K dp1(1)分布系数K d1α°q1(2)短距系数K p1β49气隙磁密波形系数K f50气隙磁通波形系数KΦ51气隙系数Kδ52空载漏磁系数σ053永磁体空载工作点假设值b1m054空载主磁通Φδ0W b55气隙磁密Bδ056气隙磁压降δ12cm直轴磁路FδA交轴磁路Fδq 57定子齿磁路计算长度h1t1 58定子齿宽b t159定子齿磁密B t10T60定子齿磁压降F t1A查第2章附录图2E-3得H t10A/cm61定子轭计算高度h1j1cm62定子轭磁路计算长度l1j1cm63定子轭磁密B j10T64定子轭磁压降F j1cm查第2章附录图2C-4得C1查第2章附录图2E-3得H j10A/cm65磁路齿饱和系数K t66每对极总磁压降ΣF adAΣF aqA67气隙主磁导ΛδH68磁导基值ΛbH69主磁导标幺值λδ70外磁路总磁导λ1H71漏磁导标幺值λσ72永磁体空载工作点b m073气隙磁密基波幅值Bδ1T74空载反电动势E0V五参数计算75线圈平均半匝长l zl BcmdcmτycmsinαcosαC s76双层线圈端部轴向投影长f dcm77定子直流电阻R1ΩρΩ.mm2/mS1mm2d1mm78漏抗系数C x79定子槽比漏磁导λS1查第2章附录2A-3得K u1K L１λu1λL 1与假设值误差小于1%,不用重复计算80定子槽漏抗X s181定子谐波漏抗X d1Ω查第2章附录2A-4得ΣS82定子端部漏抗X e1Ω83定子斜槽漏抗X sk1Ω84定子漏抗X1Ω85直轴电枢磁动势折算系数K ad 86交轴电枢磁动势折算系数K aqK q87直轴电枢反应电流X adΩE dVI1dAF adA f1adb madΦδadW b88直轴同步电抗X dΩ89交轴磁化曲线（X aq-Iq）计算六工作性能计算90转矩角θ°91假定交轴电流I1q A92交轴电枢反应电抗X aqΩ见P428页表10-1 Xaq-Iq曲线93交轴同步电抗X qΩ94输入功率P1kwSINθSIN2θCOSθ95直轴电流I d A96交轴电流I q A97功率因数cosφ°ψ°φ°98定子电流I1A99负载气隙磁通ΦδW bEδV 100负载气隙磁密BδT 101负载定子齿磁密B t1T 102负载转子磁密B j2T 103铜耗P cu1W 104鉄耗（1）定子轭重量G j1kg（2）定子齿重量G t1kg(3)单位铁耗查第2章附录2E-4得p t1w/kgp j1w/kg(4)定子齿损耗P t1W(5)定子轭损耗P j1W(6)总损耗P Fe Wk1k2105杂耗P sP sN kw106机械损耗P fw w107总损耗ΣP kw108输出功率P2kw109效率η%110工作特性见P430表10-2111失步转矩倍数K MT max112永磁体额定负载工作点b mNf1adN113电负荷A1A/cmλ1n114电密J1A/mm2115热负荷A1J1（A/cm）（A/mm2）116永磁体最大去磁工作点b mhf1adhI adh Alaobusi算例4.00003.0000360.0000207.846096926.50003.00000.89601.00007.15960155253072.07547170.052314.814.74.8191919.10.9518.053667.7453333330.350.080.680.091.060.443213841.539699259 .4mm/1.46mm,并绕根数N1=11.0449520.20.1572481.150.030.887704 76.8400277610.82 6.4511733330.832911-0.121.22801.13216923-0.12856.544 1.0523700751.26E-063.61.219136.81.290888889 1.678155556 0.9808257135 0.932879761 0.965960169302 0.965753860.8333333331.2300402670.9406348791.2448267171.30.87 0.010365012 0.8411970220.02 1101.610936 833.7137955 1.2966666670.6405444441.793880386233.490 2.576666667 5.344105556 1.114305729 12.980832390.71.735 1.211871535 1347.991769 1080.094628 7.68922E-06 1.50683E-065.1029296776.63380858 1.5308789030.869003789 %,不用重复计算1.034706209201.529426831.682915872327.2568888890.5490852490.8357663494.3414579342.3838305111.7158936780.02171.53861.48.21E-010.9608659780.870.9050.403328710.6744.69E-016.28E-010.02051.65E-015.31E-011.63E+00 0.812981515 0.3251926060.4 6.558622511 193.4528014 1.231451467 158.2920937 0.011846361 0.858709257 0.0099496178.19E+0026.656.312.19根据I1q查表10-1得1.38E+014.44E+000.4483284510.8014937140.8938688943.25E+006.34E+000.9999593942.72E+01-5.17E-017.1248912060.010084516196.07567680.8184327131.7453347461.084150606261.317264623.264103534.2097075396.22.17 26.10018674 50.48310465 166.21667622.52 19.806546740.0227.9841 0.4753245883.97E+008.93E+010.18536125713.360.8611346311.04E-02 176.61978556.643 4.630762516 817.884282 0.4683161174.61E-014.79E+01。

电机计算与磁场分析1.1 计算程序及算例注：计算采用手算和MathCAD 计算结合使用的方法所以计算结果保留到小数点后三位。

一、 额定数据1．额定功率 5KW N P =2．相数 3m =3．额定电压 直流输出电压 40V d U =额定相电压 217.949V 2.34d N U U +== 三相桥整流考虑二极管压降4．功率因数 cos 0.8ϕ= sin 0.6ϕ=5．额定相电流 310116.071A cos N N N P I m U ϕ⨯==⋅⋅ 6．效率 0.9N η=7．额定转速 100000rpm N n = 8．预取极对数 2p =9．频率 3333Hz 60N pnf ==10．冷却方式 空气冷却 11．转子结构 径向套环12．电压调整率 20%N U ∆≤二、永磁材料选择13．材料牌号 NSC27G 烧结钐钴材料，主要考虑到高温工作环境 该材料高温下退磁小。

14．预计温度 T= 250C 15.剩余磁通密度 20 1.0T r B =0.03%B r rB α=----的温度系数 0r I L B =---的不可逆损失率工作温度下 201(20)(1)0.931T100100Br r r IL B t B α⎡⎤=+--=⎢⎥⎣⎦ 16.计算矫顽力 20760kA/m c H =工作温度下 201(20)(1)707.56KA/m 100100Br C r IL H t H α⎡⎤=+--=⎢⎥⎣⎦17.相对回复磁导率 3010 1.047rr C B H μμ-=⨯=式中 70410H /m μπ-=⨯ 三、永磁体尺寸18．永磁体磁化方向长度 0.35cm M h =19．永磁体宽度 1.56cm M b =20．永磁体轴向长度 5.35cm M L = 21．永磁体段数 1W =22．永磁体每极截面积 28.346cm M M M A L b == 23．永磁体每对极磁化方向长度 20.7cm MP M h h == 24．永磁体体积 311.684cm m M MP V PA h == 25．永磁体质量 31095.812g m m m V ρ-=⨯= 稀土钴材料密度 38.2g/cm ρ=四、转子结构尺寸26．气隙长度 10.19cm δδ=∆+= 均匀气隙空气隙长度10.03cm δ= 非磁性套环长度 0.16cm ∆=27．转子外径 2 3.0cm D = 28．轴孔直径 2 1.0cm i D =29．转子铁心长度 2 5.35cm M L L ==30．衬套厚度 222()0.49cm 2i M h D D h h --∆+==31．极距 2(2)2.105cm 2D pπτ-∆== 径向瓦片形32．极弧系数 0.74p α=33．极间宽度 2(1)0.547cm p b ατ=-= 五、定子绕组和定子冲片34．定子外径 1 4.8cm D =35．定子内径 1212 3.06cm i D D δ=+= 36. 定子铁心长度 1 5.35cm M L L ==长径比λ＝1.7537．每极每相槽数 1q =38. 定子槽数 212Q mpq ==39．绕组节距 3y = 整距绕组,影响下面一些系数40. 短距系数 180sin 12p K β==41. 分布因数 1d K = 42.斜槽因数 1sk K =43.绕组因数 1dp d p sk K K K K ==波形系数 sin()20.91.024i iK φαπα⋅==44.预估永磁体空载工作点 '00.67m b = 工作点范围在0.55-0.75Br 内但高速电机应取小一些。

爬地扇20寸电机一、额定数据:1、额定功率; P N =45W2、额定电压; U 1=240V3、极 数; P=44、相 数; m=25、频 率; f=50HZ二、技术要求:1、效 率; n=22I2、功率因数; COSQ=0.9633、起动转矩倍数; T St =1.4、起动电流; I st =0.3mA5、最大转矩倍数; T M =6、绝缘等级; E 三、冲片尺寸及铁心数据:根据电机设计理论,主要尺寸D I1和L 1与P M 、转速及所选择的电磁负荷的关系6.1 K E ×108P Na i K B K dpm n COSQ n 1 A B gP N D I1 L 1 n 1 A B gn 1 A B g6.1 K E ×108a i K B K dpm n COSQC A--电机常数;D I1--电机定子内经; L 1--电机定子长度; a i --计算极弧系数;(查表9-5) K dpm --绕组系数(查表9-2); n--效率; COSQ--功率因数KE --压降系数初值; n 1--电机同步转速; B g A--电磁负荷; P N --额定功率K B --波形系数P N =C A C A =P N =19.8×1.6×1500×120×0.58单相异步电动机的电磁计算程序D I12 L 1=×D I12 L 1=C A P N =10W0.668×0.804×1.096×0.3×251176470C A = 6.1 ×0.9×108K B -1.096 B g -0.58 A-120 D I1-4.45 L 1-1.6Ai-0.668 K dPm -0.804 n-1500 COSQ-0.963 K E -0.9n-0.31、 定子外经 D 1=7.5×7.52、 定子内经 D I1=Φ4.453、 单边气隙 g=0.034、 转子外经 D 2=4.45-0.06=4.3955、 转子内经 D 2I =Φ0.8Q 16Q 222L 1.6L 2 1.69、 定子齿距， t 1=3．14/16=0．873312510、转子齿距 t 2=3．14/4．39=0．62657定子 bo 1=0．2 bs 1=0．5 R=0．35 hso=0．08hs 1=0．07 hs 2=0．46 hs=0．11 h h S ′=0．63 h=0．15转子 b 02=0．1 r 1=0．15 r 2=0．08 h R0=0．01h R1=1．1 h R2=0．385 h R =0．7端环 b 1=0．744 b 2=0．533 d=0．36 D Re=4．27D ri =2．8711、定子齿宽 b r1=3．14[4．45+2（0．08+0．07）]/16-0．5=0．4312、转子齿宽 br1=3．14[4．39+2（0．01+0．15）]/22-2×0．15=0．6613、定子齿部磁路长度 h r =h S1+h S2+1/3R=0．07+0．46+1/3*0．35h r =0．64614、转子齿部磁路计算长度 h r2=r 1+h R2+r 2/3=0．15+0．385+0．026h r2=0．5616615、定子轭部磁路计算高度 h C1=D 1-D I /2-h S -R/3=7．5-4．45/2-0．11-0．116=1．2983。

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 ==。

Ansoft EM专题讨论（三）——异步启动永磁同步电机设计最近有感于论坛Ansoft版区学习的氛围越来越好了，这与各位版主的努力都是分不开的。

看到前面两个专题中，我们的超版和技术精英们都做了很多工作，本着向大家学习的原则，我也来凑个热闹本人在读研期间曾经涉猎过这种电机的设计与仿真，下面就把我很久以前做的一个练习分享给大家。

做的不一定对，希望大家多多批评指正！这也是和大家学习的过程，望各位不吝赐教其实，这种电机在实际设计过程中需要注意的问题还是很多的。

很遗憾在校期间没能彻底解决这个领域的一些问题。

这里也希望大家广泛针对该类电机的设计进行讨论和交流，向大家学习了!下面先给出电机结构示意图电机为典型的4极36槽结构，绕组为单层交叉，Y接形式，内置径向W型永磁体，采用冲片类型为DW315-50。

具体的其他的电机参数将在RMxprt设计中给出区别于前面两位版主的纯V11仿真，该算例采用了Ansoft RMxprt V5.0版本与Maxwell V11.1版进行了简易的联合2D仿真。

对新人而言，V5.0的界面更加人性化和易于上手，推荐新同学使用。

运用Ansoft RMxprt V5.0进行基本的电磁设计，输入相应电机参数反复调试运行。

下面给出本例的参数设置基本参数定子内外径和槽形尺寸转子内外径和磁钢设计转子槽形和端环设计以上需要补充说明的是Ansoft RMxprt V5.0的材料设置问题和绕组编辑问题就材料设置而言，大家可以利用软件自带的.h-b文件自行添加所需要的硅钢片材料，主要是需要查找一些手册来添加磁化曲线和损耗曲线，用记事本的格式进行编辑添加，放在指定的文件夹中，即可在设计中引用，图例DW315-50的.h-b文件，要对应操作窗口的各项参数进行添加，方可正确使用添加后磁化曲线示意添加后的损耗曲线示意关于磁钢的材料设置，可以在软件的Magnet选项中任意添加所需材料的参数，如下图所示注意，这里我给出的是电机在75℃的工作温度下，磁钢的性能参数下面给出绕组连接方法。