永磁同步電機(jī)—異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)的電磁設(shè)計(jì)

    與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相比，異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)雖有諸多性能方面的優(yōu)點(diǎn)，但在產(chǎn)品種類、使用場(chǎng)合和設(shè)計(jì)技術(shù)的成熟度方面都存在一定差距。異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)主要在要求高效節(jié)能的場(chǎng)合替代感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，因此其設(shè)計(jì)的目標(biāo)是：高功率因數(shù)、高效率、起動(dòng)性能好、經(jīng)濟(jì)性好、工作可靠。異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)就是根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格、性能要求和外形尺寸要求等，結(jié)合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和生產(chǎn)實(shí)際，運(yùn)用有關(guān)設(shè)計(jì)理論與計(jì)算方法，設(shè)計(jì)出性能符合要求、可靠性高、經(jīng)濟(jì)性好的合格產(chǎn)品。其中電磁設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是：確定轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)、定轉(zhuǎn)子沖片尺寸、定轉(zhuǎn)子繞組數(shù)據(jù)等設(shè)計(jì)參數(shù)以滿足設(shè)計(jì)要求。

一、異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)和主要性能指標(biāo)

1．額定數(shù)據(jù)

異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)主要有：

( 1）額定功率尸N：額定運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率。

( 2）額定電壓UN：額定運(yùn)行時(shí)的供電電壓。

( 3）額定頻率f：額定運(yùn)行時(shí)的電源頻率。

( 4）額定轉(zhuǎn)速nN：額定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速。

2．主要性能指標(biāo)

異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)的主要性能指標(biāo)有：( 1）額定效率伽。

( 2）額定功率因數(shù)cos蜘。

( 3）最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)（失步轉(zhuǎn)矩倍數(shù)）Tm／幾：最大電磁轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值，也稱為過載能力。

( 4）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)Tst／與：起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值。

( 5）起動(dòng)電流倍數(shù)幾t／如：起動(dòng)電流與額定電流的比值。

( 6）最小轉(zhuǎn)矩倍數(shù)幾五。／介：起動(dòng)過程中的最小轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值。

( 7）牽人轉(zhuǎn)矩倍數(shù)幾i／介：牽入轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值。

二、定子沖片尺寸和氣隙長(zhǎng)度的確定

當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速一定時(shí)，極數(shù)確定，則定子槽數(shù)取決于每極每相槽數(shù)ql , ql對(duì)參數(shù)、性能影響較大。當(dāng)ql較大時(shí)，定子諧波磁場(chǎng)減小，附加損耗降低；定子槽漏抗減??；槽中線圈邊的總散熱面積增大，有利于散熱；絕緣材料用量和加工工時(shí)增加，槽利用率低。綜合考慮，ql在2一6之間選擇，取整數(shù)，極數(shù)少、功率大的，ql取大值；極數(shù)多的，q：取小值。對(duì)于常規(guī)用途的小功率永磁同步電動(dòng)機(jī)，為提高零部件的通用性，縮短開發(fā)周期和成本，通常選用Y系列或YZ系列或Y3系列小型三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的定子沖片。永磁同步電動(dòng)機(jī)的氣隙磁密高、體積小，可選用比相同規(guī)格感應(yīng)電動(dòng)機(jī)小一個(gè)機(jī)座號(hào)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)定子沖片。

在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)中，為減小激磁電流、提高功率因數(shù)，通常使氣隙長(zhǎng)度盡可能小，而在永磁同步電動(dòng)機(jī)中，功率因數(shù)可以通過調(diào)整繞組匝數(shù)和永磁體進(jìn)行調(diào)整，氣隙長(zhǎng)度對(duì)雜散損耗影響較大，因此通常比同容量的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)氣隙長(zhǎng)度大0 . 1一0 . 2～。在永磁體尺寸一定的前提下，適當(dāng)增大氣隙，對(duì)每極基波磁通影響較小。

三、定子繞組的設(shè)計(jì)

永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)含有大量的諧波，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中諧波含量也較高，為避免三次諧波在繞組各相之間產(chǎn)生環(huán)流，三相繞組的連接通常采用Y形接法。

1．定子繞組型式和節(jié)距選擇

與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)一樣，永磁同步電動(dòng)機(jī)使用的繞組型式有單層繞組、雙層繞組和正弦繞組等。其中單層繞組又分為同心式、鏈?zhǔn)胶徒徊媸?，區(qū)別在于端接形狀、線圈節(jié)距和線圈之間的連接順序。這些繞組形式各有其特點(diǎn)和適用場(chǎng)合。( 1）單層繞組。單層繞組的優(yōu)點(diǎn)是：①槽內(nèi)無層間絕緣，槽利用率高；②同一槽內(nèi)導(dǎo)體屬于同一相，不會(huì)發(fā)生層間擊穿；③線圈數(shù)比雙層少一倍，線圈制造和嵌線方便。但也存在缺點(diǎn)，如不能做成短距以改善磁場(chǎng)波形，主要用于160及以下機(jī)座。其中同心式繞組的端部用銅多，線圈尺寸不同，制造復(fù)雜，適用于ql一4 、 6 、 8的二極電機(jī)；鏈?zhǔn)嚼@組適合于ql -2的4 、 6 、 8極電機(jī)；交叉式繞組適合于q：為奇數(shù)的電機(jī)。

( 2）雙層繞組。雙層繞組的優(yōu)點(diǎn)是：①可通過合理選擇節(jié)距改善磁場(chǎng)波形；②端部排列整齊，線圈尺寸相同，便于制造。缺點(diǎn)是絕緣材料用量多，嵌線麻煩。主要用于180及以上機(jī)座號(hào)的電機(jī)。為肖。弱磁勢(shì)及感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中的5次、．了次諧波，通常選擇節(jié)距，一晉r 。對(duì)于兩極電機(jī)，為便于嵌線和縮短端部長(zhǎng)度，除鐵心很長(zhǎng)的以外，取。

( 3）正弦繞組。正弦繞組的優(yōu)點(diǎn)是諧波含量少、磁場(chǎng)波形好，但線圈尺寸、匝數(shù)不同，制作較復(fù)雜，主要用于對(duì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形要求較高的場(chǎng)合。