1、永磁同步发电机电磁计算程序序号 名称 公式 单位 算例一 额定数据1额定容量 PN KVA 4.00002相数 m1 3.00003额定线电压 UN1 V 360.0000额定相电压 Y接法 V4额定相电流 A 7.22005效率 N % 90.00006功率因数 cos 0.90007额定转速 nN r/min 1500.00008额定频率 Hz 26.50009冷却方式 空气冷却10转子结构方式 切向套环11固有电压调整率 UN % 10.0000二 永磁材料选择12永磁材料牌号 t13预计工作温度 Br20 80.000014剩余磁通密度 T 1.0400工作温度时的剩余磁通密度 T 1
2、.0200%K-1 0.0300% 0.000015计算矫顽力KA/m 774.0000KA/m 760.000016相对回复磁导率 1.0680H/m 4x10-717在最高工作温度时退磁曲线拐点位置bk三 永磁体尺寸18永磁体磁化方向长度 cm 2.000019永磁体宽度 cm 4.500020永磁体轴向长度 cm 13.000021永磁体段数 5.000022极对数 2.000023永磁体每极截面积径向结构 cm2切向结构 cm2 117.000024永磁体每对极磁化方向长度径向结构 cm 4.0000切向结构 cm 2.000025 永磁体体积 径向结构 cm3切向结构 468.000
3、026 永磁体质量 kg 3.7908稀土钴永磁=8.18.3g/cm3 8.1000四 转子结构尺寸27气隙长度 cm 0.20000.05000.150028转子外径 cm 14.500029轴孔直径 cm 4.000030转子铁心长 cm 13.000031衬套厚度 cm瓦片形径向结构：有极靴径向结构：切向套环结构： 0.45000.1500切向槽楔结构：32极距 cm 11.382533极弧系数 0.821834极间宽度 cm 2.0284五 定子绕组和冲片35定子外径 cm 22.000036定子内径 cm 14.600037定子铁心长度 cm 13.000038每极每相槽数 3.0
4、00039定子槽数 36.000040绕组节距 8.000041短距系数 0.98470.888942分布系数 整数槽绕组： 0.9598分数槽绕组43斜槽因数 0.99490.34901.265044绕组因数 0.940445预估永磁体空载工作点 0.830046预估空载漏磁系数 1.125047预估空载磁通 wb 8.8046E-0348预估空载电动势 v 0.000049绕组每项串联匝数 0.00000.961350每槽导体数 0.000048.00002.000051实际每相串联匝数 144.000052估算绕组线规 mm2 0.9025A/mm2 4.000053实际电流密度A/mm
5、2 4.00001.000054电负荷A/mm 136.071955定子冲片设计bs1 cm 0.7500bs2 cm 0.8500bs0 cm 0.3500hs1 cm 0.1300hj cm 2.4000hs2 cm 0.8000t cm 1.2734bt cm 0.567056槽满率cm2 0.9236cm2 0.1134cm 0.0250cm2 0.81020.7565漆包线直径：1.13 cm 0.1130六 磁路计算57计算空载磁通 wb 0.00000000058计算极弧系数 0.866059铁心有效长度 cm 13.400060气隙磁密 T 0.000061气隙系数 1.122
6、762气隙磁位差 A 0.000063定子齿磁密 T 0.00000.950064定子齿磁位差 A 106.7380A/cm 49.8000cm 1.071765定子轭磁密 T 0.000066定子轭磁位差 131.1810A/cm 20.30000.4200cm 7.693067极靴平均磁密 T 0.0000cm 13.000068极靴磁位差 A22.4544A/cm 2.3390cm 4.800069磁性磁套平均磁密 T 0.0000cm 0.000070磁性磁套磁位差 A 0.0000cm 0.000071总磁位差 A 260.37340.000072主磁导 0.0000E+000.00
7、0073漏磁导 H 4.1460E-0774漏磁导标幺值 0.528375外磁路总磁导 4.1460E-070.528376永磁体空载工作点 0.34570.654377空载漏磁系数 #DIV/0!78空载气隙磁通 0.0000E+00#DIV/0!判断此值大于1为真，否重新计算。修改45、46项 #DIV/0!79空载气隙磁密 0.000080空载定子齿磁密 0.000081空载定子轭磁密 0.000082绕组平均半匝长 27.400014.400083每相绕组电阻 1.07112.4500E-042.1700E-0484槽比漏磁导s 1.4488s4.33673.666785端部比漏磁导
8、0.621886差漏磁导 0.322387齿顶比漏磁导 1.1543均匀气隙 1.154388总漏磁系数 3.547289每相绕组漏抗 0.6546#DIV/0!90每极电枢磁动势 659.957791交轴电枢反应电抗有极靴： 0.0000无极靴：均匀气隙： 0.580992交轴同步电抗 0.6546#DIV/0!93内功率因数角 40.700094每极直轴电枢磁动势 348.36470.80980.045895永磁体负载工作点 #DIV/0!#DIV/0!#DIV/0!96额定负载气息磁通 #DIV/0!97负载漏磁系数 #DIV/0!98负载气隙磁密 #DIV/0!99负载定子齿磁密 #D
9、IV/0!100负载定子轭磁密 #DIV/0!101直轴电枢反应电抗#DIV/0!#DIV/0!102直轴同步电抗 #DIV/0!#DIV/0!七电压调整率和短路电流计算103空载励磁电动势 V 0.0000104额定负载时直轴内电动势 #DIV/0!105输出电压 #DIV/0!sin 0.1900106电压调整率 #DIV/0!107短路电流倍数 #DIV/0!31.4469108永磁体最大去磁工作点八 损耗和效率计算109定子齿质量110定子轭质量111齿部单位铁耗112轭部单位铁耗113钉子铁耗114定子绕组铜耗115机械损耗116杂散损耗117总损耗118效率序号 公式一1 PN2
10、m3UNIUNY接法 UN=1/接法 UN=UNI4 IN=PN*103/mUn5 N6 cos7 nN8 91011 UN1213 t14Br20工作温度时的剩磁密度Br=1+（t-20)aBr/100 (1-IL/100)Br20其中aBrBr的温度系数 ILBr的不可逆损失北15HC20工作温度时的计算矫顽力HC=1+（t-20)aBr/100 (1-IL/100)HC20r=Br/Hc0*10-3式中O16 bk17 hM18 bM19 LM2021 W22 P=60/nN23径向结构 AM=LMbm切向结构 AM=2LMbM24径向结构 hMp=2hM切向结构 hMp=hM25 Vm
11、=PAmhMp26mm=pVm*10-3稀土钴永磁=8.18.3g/cm314铁氧体永磁=4.85.2g/cm3钕铁硼永磁=7.37.5g/cm427均匀气隙 =1+式中1空气隙长度无纬玻璃丝带厚度或非磁性材料套环厚度不均匀气隙 max=1.528 D229 Di230L2=LM+(W-1)L式中L隔磁板厚度31瓦片形径向结构hh=D2-Di2-2(+hm)/2有极靴径向结构hh=D2-Di2-2(hp+hm)/2式中hp极靴高度切向套环结构：hh=D2-Di2-2(+bm)/2式中垫处最大厚度切向槽楔结构：hh=D2-Di2-2(hw+1+Bm+2)/2其中 hw槽楔厚度及槽口高度261外侧
12、垫条厚度2里侧垫条厚度32 =d2/2p33 ap34 b2=(1-ap)35 D136 Di1=D2+2137 L138 q39 Q=2mpq40 y41 Kp=sin 180/2式中y/mq42整数槽绕组 Kd=sin 180/2m/qsin 180/2mq整数槽绕组 Kd=sin 180/2m/dsin 180/2md其中 d将q化为假分数后分数的分子43Ksk=2sin as/2/as其中 as=tsk/1 斜槽中心角tsk斜面宽距离44 Kdp=KdKpKsk45 bm046 03147 “0=bm0BrAm/0 *10-448 E0=(1+UN/100)*UN49 N=E0/4.4
13、4Kdpk50NS=An/pd双层绕组 NS取偶整数单层绕组 NS取偶整数式中 a并联支路数51 N=pqNS/a52Acu=IN/aJ式中J定子电流密度53J=IN/aNtACU式中 Nt并绕根数54 A=QNSIN/aDi1=2mNIN/Di155见图8-17bbs1bs2bs0hs1hs2t=Di1/Qbt=(Di1+2hs1)/Q56s槽面积：AS=bs2+bs1/2 *hs2+b2s2/8槽绝缘占面积：Ai=Ci(2hs2+bs2/2+bs1)式中 Ci槽绝缘厚度Ae=AS-AiS=NtNsd2/Ae57 0=E0/4.44NKdpk58ai均匀气隙ai=ap+4/+6/1-a59定
14、转子轴向长度相等时：Le=L1+2定转子轴向长度相等时：（L1-L2）/2=8时 Le=L1+3（L1-L2）/2=14时 Le=L1+460 B=0/aiLe*10461 K=t(4.4+0.75bs0)/t(4.4+0.75bs0)-b2s062 F=2BK/o*10-263Bt=B*tle/btKFeL1式中 Kfe铁芯叠压系数，一般取0.92-0.9564F1=2Htht查附录2磁化曲线得HtHt定子齿磁路计算长度圆底槽 ht=hs1+hs2+bs2/656平底槽 ht=hs1+hs265 Bj=0/2L1KFehj66Fj=2CjHjj查附录2磁化曲线得HjCj=考虑到轭部磁通密度不
15、均匀而引入的轭部磁路长度校正系数，查附录3曲线得j定子轭磁路计算长度j=(D1-hj)/4p67Bp=(0+1)0/2apLp*104式中 Lp极靴轴向长度68Fp=2Hpp式中p极靴磁路平均计算长度切向套环结构 p=bm+切向槽楔结构 p=bm+有极靴径向结构 p=hp69Bh=9(0+1)0/2hhl1式中hh磁性衬套的计算厚度70Fh=2Hhh式中h磁性衬套的计算厚度71F=F+Ft+Fj+FP+Fh切向结构 Fh=072=0/F主磁导标么值 = =* hmp/r0Am*10273 由电磁场计算求得6474 =* hmp/r0Am*10275 n=+76bm0=m0=n/n+1hm0=m
16、0=n+177 0=bm0/bm0-hm0780=(bm0-hm0)BrAm*10-40-0/0*100判断上式的值是否小于1%，否则修改bm0、0，重新进行计算79 B0=0/aiLef*10480 Bt0=B0*tLef/btKfeL181 BJ0=0/2L1hjKfe*10482Lav=L1+LE式中 LE线圈端部平均长83R1=2LavN/aNtAcuA、E、B级绝缘：Cu75=0.217*10-3.mm2/cmF、H级绝缘：Cu115=0.245*10-3.mm2/cm84梨形槽：s=1/40.31+2h1/3(d2+b)+h2/b+k1h3/b+d1+k2(0.985+hs/b0)
17、半开口梯形槽：s=1/42h1/3(d2+b)+h2/b+k1h3/b+d1+k2(h4/b1+2h5/b1+b0+h6/b0)式中 k1=3+1.67k2+3+1.6785 E=0.34+q/L1(E-0.64)86 d=ap*5/bs0/5+5/bs087t=tmax(-b2)+tminb2/不均匀气隙：tmax=t-bs0/4=min+1/3(max-min)b2t/3 tmin=(t-bs0)hp/4hp+(t-bs0)b2 b2t/3 tmin=1/Ln*t/bs0均匀气隙：tmax=tmin=t-bs0/488 =s+E+d+t89X1=15.5*/100(N/100)2 L1/p
18、q*10-2标么值：X1*=X1IN/UN90 Fa=0.45m*NKdp/P/IN91Xap=2/*LefKdp1N*Baq1/Iq*10-4式中 Baq1交轴电枢反应基波磁密幅值Ip电枢电流交轴分量Xaq也可以按下列近似公式估算：有极靴：Xap=2FaKapE0/INF无极靴：Xap=2FaKapE0/INF 1/1+BM/2rk84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=ap-sinap+2/3cos*ap/2/4sin*ap/2不均匀气隙时，Kaq应用电磁场计算求得92Xq=X1+XaqXq*=XqIN/UN93 N=arctan*UNsin+INXq/
19、UNcos+INR194Fad=0.45m*NKdp/p*KadINsinN式中Kad=直轴电枢磁动势折算系数均匀气隙按下式计算：Kad=ap+sinap/4sin*ap/2标么值：ad=2Fad/HchMp*10-195bmN=mN=n(1-)/n+1hmN=mN=n+1/n+1式中 =ad/096 N=(bmN-hmN)BrAm*10-497 N=bmN/bmN-hmn98 BN=N/aiLef*10499 BtN=BN*tLef/bzKFeL1100 BjN=N/2L1hjKFe*104101Xad=2/*LefKdp1N*Bad1/Id*104式中 Bad1直轴电枢反应基波磁密幅值 I
20、d电枢电流直轴分量91Xad也可按下式估算：Xad=4.44NKdpK/INsinN*(0-N)标么值 Xa*d=XadIN/UN102 Xd=X1+Xad103 E0=4.44NKdp0K104 Ed=4.44NKdp0K105U=E2d-I2N(R1sin-X1cos)2+I2NX2aqcos2N0.5-IN(R1cos+x1sin)106 U=E0-U/UN*100判断U是否小于UN，如是则成立；否则，重新选择永磁体的尺寸和调整参当选107Ik*=4.44(n-)NKdpBrAm*4.44NKdp(1+)nBrAm+(1+n)KIN 式中 K=arctan*Xq/R1108k=IK*bm
21、h=mh=n(1-k)/n+1hmh=fmh=1+bmh判断bmh是否大于bK,如是成立；否则，重新选择永磁体的尺寸和调整参数109mt=QL1KfehtbtFe*10-3式中 Fe硅钢片密度，一般为7.8/cm3110 mj=(D1-hj)hcL1KfeFe*103111Pt按齿磁密查损耗曲线112Pj按轭磁密查损耗曲线113Pfe=ktptmt+kjpjmj101式中 kt、kj为铁耗校正系数，对半闭口槽 取 kt114Pcu=KemI2NR1式中 Ke涡流系数，由于涡流使铜耗增加的系数，取115 参考Y系列感应电动机实测数据，Pfw取116 Ps=(0.52.5)PN*10117 P=P
22、fe+Pcu+Pfw+Ps118 =(1-P/PNcos*103+P)*100113永磁同步电动机电磁计算程序以下公式中取值为3.14序号 名称 公式 单位一 额定数据1额定功率 PN kw2相数 m13额定线电压 UN1 V额定相电压 UN V4额定频率 Hz5极对数 p6额定效率 1N%7额定功率因数 cos1N8额定相电流 I N A9额定转速 n N r/min10额定转矩 T N N.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 cm16定子外径 D1 cm17定子内径 Di1 cm18转子外径 D2 cm19转子
23、内径 Di2 cm20定、转子铁心长度 l1=l2 cm21铁心计算长度 la=l1 cm铁心有效长度 leff cm铁心叠压系数 Kfe净铁心长 lFe cm22定子槽数 Q123定子每级槽数 Qp124极距 p25定子槽形梨形槽 bs0 cmhs0 cmbs1 cmhs1 cmhs2 cmr cm26每槽导体数 Ns127并联支路数 a128每相绕组串联导体数 N129绕组线规 N11S11mm2根据N11S11=1.54mm2,线径取d1/d1i=1.4mm/1.46mm,并绕根数N1=130槽满率（1）槽面积 ss cm2槽楔厚度 h cm(2)槽绝缘占面积 si cm2h1s cm绝
24、缘厚度 Ci cm（3）槽有效面积 se cm2(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 ap34主要计算弧长 b1pcm35主要极弧系数 a1p36永磁体Br温度系数 aBr永磁体剩余磁通密度 Br20 T温度 t t=80时剩余磁通密度 Br T37永磁体矫顽力 Hc20 KA/m永磁体Hc温度系数 aHct=80时矫顽力 Hc KA/m38永磁体相对回复磁导率 uru0 H/m39最高工作温度下退磁曲线的拐点 bk40永磁体宽度 bm cm41永磁体磁化方向厚度 hM cm 42永磁体轴向长度 lM cm 43提供每级磁通的截面积
25、SM cm2四 磁路计算44定子齿距 t1 cm45定子斜槽宽 bsk cm46斜槽系数 Ksk147节距 y48绕组系数 Kdp1(1)分布系数 Kd1 q1(2)短距系数 Kp149气隙磁密波形系数 Kf50气隙磁通波形系数 K51气隙系数 K52空载漏磁系数 053永磁体空载工作点假设值 b1m054空载主磁通 0 Wb55气隙磁密 B056气隙磁压降12 cm直轴磁路 F A交轴磁路 Fq57定子齿磁路计算长度 h1t158定子齿宽 bt159定子齿磁密 Bt10 T 60定子齿磁压降 Ft1 A查第2章附录图2E-3得 Ht10 A/cm61定子轭计算高度 h1j1cm62定子轭磁路
26、计算长度 l1j1cm63定子轭磁密 Bj10 T 64定子轭磁压降 Fj1 cm查第2章附录图2C-4得 C1查第2章附录图2E-3得 Hj10 A/cm65磁路齿饱和系数 Kt66每对极总磁压降 F ad AF aq A67气隙主磁导 H68磁导基值 b H69主磁导标幺值 70外磁路总磁导 1H71漏磁导标幺值 72永磁体空载工作点 bm0与假设值误差小于1%,不用重复计算73气隙磁密基波幅值 B1 T 74空载反电动势 E0 V五 参数计算75线圈平均半匝长 lzlB cmd cmy cmsincosCs76双层线圈端部轴向投影长 fd cm 77定子直流电阻 R1 .mm2/mS1 mm2d1 mm78漏抗系数 Cx79定子槽比漏磁导 S1查第2章附录2A-3得 Ku1KLu1L 180定子槽漏抗 Xs181定子谐波漏抗 Xd1 查第2章附录2A-4得 S82定子端部漏抗 Xe1 83定子斜槽漏抗 Xsk1 84定子漏抗 X1
