永磁同步電機—異步起動永磁同步電動機的電磁設計

    與感應電動機相比，異步起動永磁同步電動機雖有諸多性能方面的優(yōu)點，但在產(chǎn)品種類、使用場合和設計技術(shù)的成熟度方面都存在一定差距。異步起動永磁同步電動機主要在要求高效節(jié)能的場合替代感應電動機，因此其設計的目標是：高功率因數(shù)、高效率、起動性能好、經(jīng)濟性好、工作可靠。異步起動永磁同步電動機設計就是根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格、性能要求和外形尺寸要求等，結(jié)合國家標準和生產(chǎn)實際，運用有關(guān)設計理論與計算方法，設計出性能符合要求、可靠性高、經(jīng)濟性好的合格產(chǎn)品。其中電磁設計的主要任務是：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)等設計參數(shù)以滿足設計要求。

一、異步起動永磁同步電動機的額定數(shù)據(jù)和主要性能指標

1．額定數(shù)據(jù)

異步起動永磁同步電動機的額定數(shù)據(jù)主要有：

( 1）額定功率尸N：額定運行時轉(zhuǎn)軸上輸出的機械功率。

( 2）額定電壓UN：額定運行時的供電電壓。

( 3）額定頻率f：額定運行時的電源頻率。

( 4）額定轉(zhuǎn)速nN：額定運行時的轉(zhuǎn)速。

2．主要性能指標

異步起動永磁同步電動機的主要性能指標有：( 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）起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)Tst／與：起動轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值。

( 5）起動電流倍數(shù)幾t／如：起動電流與額定電流的比值。

( 6）最小轉(zhuǎn)矩倍數(shù)幾五。／介：起動過程中的最小轉(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度的確定

當電機的轉(zhuǎn)速一定時，極數(shù)確定，則定子槽數(shù)取決于每極每相槽數(shù)ql , ql對參數(shù)、性能影響較大。當ql較大時，定子諧波磁場減小，附加損耗降低；定子槽漏抗減?。徊壑芯€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。對于常規(guī)用途的小功率永磁同步電動機，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系列小型三相感應電動機的定子沖片。永磁同步電動機的氣隙磁密高、體積小，可選用比相同規(guī)格感應電動機小一個機座號的感應電動機定子沖片。

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

三、定子繞組的設計

永磁同步電動機轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的磁場含有大量的諧波，感應電動勢中諧波含量也較高，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

與感應電動機一樣，永磁同步電動機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、鏈式和交叉式，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和適用場合。( 1）單層繞組。單層繞組的優(yōu)點是：①槽內(nèi)無層間絕緣，槽利用率高；②同一槽內(nèi)導體屬于同一相，不會發(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，如不能做成短距以改善磁場波形，主要用于160及以下機座。其中同心式繞組的端部用銅多，線圈尺寸不同，制造復雜，適用于ql一4 、 6 、 8的二極電機；鏈式繞組適合于ql -2的4 、 6 、 8極電機；交叉式繞組適合于q：為奇數(shù)的電機。

( 2）雙層繞組。雙層繞組的優(yōu)點是：①可通過合理選擇節(jié)距改善磁場波形；②端部排列整齊，線圈尺寸相同，便于制造。缺點是絕緣材料用量多，嵌線麻煩。主要用于180及以上機座號的電機。為肖。弱磁勢及感應電動勢中的5次、．了次諧波，通常選擇節(jié)距，一晉r 。對于兩極電機，為便于嵌線和縮短端部長度，除鐵心很長的以外，取。

( 3）正弦繞組。正弦繞組的優(yōu)點是諧波含量少、磁場波形好，但線圈尺寸、匝數(shù)不同，制作較復雜，主要用于對感應電動勢波形要求較高的場合。