### 永磁电机设计程序知识点详解
#### 一、基本参数定义与计算
在永磁电机的设计过程中，首先需要明确一系列的基本参数及其计算方法。
1. **额定功率** (`PN`): 设计时首先定义电机的额定功率，本例中为377瓦特。
- **定义**: 额定功率是指电机正常工作时能够连续输出的最大功率。
- **公式**: \( PN = 377 \) 瓦特 (W)
2. **直流侧电压** (`Ud`): 为电机提供直流电能的电源电压。
- **定义**: 直流侧电压是驱动电机所需的直流电源电压。
- **公式**: \( Ud = 12 \) 伏特 (V)
3. **额定相电压** (`UN`): 电机在额定状态下各相线电压的有效值。
- **计算**: 额定相电压由直流侧电压转换得到。
- **公式**: \( UN = \frac{Ud}{\sqrt{2}} = \frac{12}{\sqrt{2}} \approx 8.49 \) V
4. **相数** (`p`): 电机的相数，通常有单相、三相等。
- **定义**: 相数是指电机内部绕组的数量。
- **公式**: \( p = 3 \)
5. **极对数** (`p`): 永磁体的数量对。
- **定义**: 极对数是指电机内永磁体的极性配对数量。
- **公式**: 未给出具体数值，在后续计算中假设为特定值。
6. **频率** (`f`): 电机的工作频率。
- **定义**: 工作频率是指电机运行时的旋转磁场频率。
- **公式**: \( f = 75 \) Hz
7. **额定转速** (`nN`): 电机在额定功率下的转速。
- **定义**: 额定转速是在额定功率下电机稳定运行的转速。
- **公式**: \( nN = \frac{60f}{p} = \frac{60 \times 75}{3} = 1500 \) rpm
8. **效率** (`η`): 电机将输入电能转换为机械能的效率。
- **定义**: 效率反映了电机能量转换的能力。
- **公式**: \( η = 0.65 \)
9. **功率因素** (`cosψ`): 表示电机在交流电系统中的能量利用率。
- **定义**: 功率因素反映了实际有用功率与视在功率的比例。
- **公式**: \( cosψ = 1 \)
10. **额定转矩** (`TN`): 在额定转速和额定功率下的转矩。
- **定义**: 额定转矩是指电机在额定工况下产生的最大转矩。
- **公式**: \( TN = \frac{9.549 \times PN}{nN} = \frac{9.549 \times 377}{1500} \approx 2.4 \) N·m
#### 二、电机尺寸计算
接下来是对电机的主要尺寸进行计算。
1. **电机有效功率** (`P'`): 用于初步估算电机的有效功率。
- **定义**: 电机有效功率考虑了效率因素后的真实功率。
- **公式**: \( P' = \frac{\frac{1}{2} + 3η \times PN}{1.3} \approx 578.067 \) W
2. **磁链系数** (`KΦ`): 影响电机性能的重要参数之一。
- **定义**: 磁链系数反映了电机磁通量与电流的关系。
- **公式**: \( KΦ = \frac{8}{\pi^2 \alpha_i} \cdot \sin(\frac{\pi \alpha_i}{2})^2 \approx 0.958 \)
3. **漏磁系数** (`Kdp`): 反映电机内部漏磁现象的程度。
- **定义**: 漏磁系数用于描述电机内部磁场泄漏的情况。
- **公式**: \( Kdp = 0.933 \)
4. **磁通密度** (`Bδ`): 电机磁路中的磁通密度。
- **定义**: 磁通密度反映了磁场强度的大小。
- **公式**: \( Bδ = 0.64 \) T
5. **磁链密度系数** (`Kb`): 描述磁通密度与磁链之间的关系。
- **定义**: 磁链密度系数用来表示磁通密度与磁链的相互作用。
- **公式**: \( Kb = \frac{KΦ}{2\pi \cdot 4} \approx 0.038 \)
6. **绕组面积** (`A1`): 电机绕组横截面的面积。
- **定义**: 绕组面积决定了电机绕组的物理尺寸。
- **公式**: \( A1 = 750 \) mm²
7. **有效长度** (`Lef`): 电机内部有效磁路的长度。
- **定义**: 有效长度影响电机的磁路结构和性能。
- **公式**: \( Lef = 3.8 \) mm
8. **定子直径初估** (`Di1`): 初步估算的定子外径。
- **定义**: 定子直径对于确定电机的整体尺寸至关重要。
- **公式**: \( Di1 = \frac{P' \cdot 60 \cdot 10^4 \cdot \pi^2 \alpha_i \cdot Kb \cdot Kdp \cdot Bδ \cdot A1 \cdot Lef}{nN} \approx 4.0215 \) mm
- 实际取值: \( Di1 = 4 \) mm
9. **齿距** (`τ1`): 电机定子上两个相邻齿的距离。
- **定义**: 齿距对于电机的磁场分布有直接影响。
- **公式**: \( τ1 = \frac{\pi \cdot Di1}{2p} \)
10. **长度比** (`λ`): 定子长度与齿距的比值。
- **定义**: 长度比影响电机的效率和性能。
- **公式**: \( λ = \frac{Lef}{τ1} \approx 1.814 \)
11. **磁导系数** (`Kf`): 与电机的磁导有关的系数。
- **定义**: 磁导系数反映了电机材料的磁导性能。
- **公式**: \( Kf = \text{round}(\frac{4}{\pi} \cdot \sin(\frac{\pi \alpha_i}{2}), 1) \approx 1.2 \)
12. **磁钢类型** (`N35UH`): 选择的永磁材料型号。
- **定义**: 磁钢类型决定了永磁电机的磁性能。
- **具体型号**: N35UH
13. **剩余磁感应强度** (`Br`): 磁钢的剩余磁感应强度。
- **定义**: 剩余磁感应强度反映了磁钢的磁性能。
- **公式**: \( Br = \left(1 - \alpha \left(\frac{t - 20}{100}\right) + \left[1 - \frac{IL}{100}\right]\right) \cdot Br_{20} \approx 1.063 \) T
14. **矫顽力** (`Hc`): 磁钢的矫顽力。
- **定义**: 矫顽力表示磁钢抵抗退磁的能力。
- **公式**: \( Hc = \left(1 - \alpha \left(\frac{t - 20}{100}\right) + \left[1 - \frac{IL}{100}\right]\right) \cdot Hc_{20} \approx 817.778 \) kA/m
15. **相对磁导率** (`μr`): 材料相对于真空的磁导率。
- **定义**: 相对磁导率反映材料的磁性能。
- **公式**: \( μr = \frac{Br_{20}}{\mu_0 \cdot Hc_{20} \cdot 10^3} \approx 1.035 \)
16. **磁化方向长度** (`hm`): 永磁体沿磁化方向的长度。
- **定义**: 磁化方向长度对于确定永磁体尺寸很重要。
- **公式**: \( hm = \frac{K_s \cdot Kδ \cdot δ \cdot bm0}{1 - \sigma_0 \cdot bm0} \approx 0.303 \) mm
- 实际取值: \( hm = 0.3 \) mm
17. **每极每相槽数** (`q`): 电机每极每相的槽数。
- **定义**: 槽数的选择影响电机的磁场分布和效率。
- **计算步骤**: 通过迭代计算得到合适的槽数。
- **最终结果**: \( q = 11/3 \)
#### 三、电机特性分析
最后是电机的特性分析部分。
1. **理想空载转速** (`n0`): 在没有负载时电机的理想转速。
- **定义**: 理想空载转速是电机在无负载情况下的转速。
- **公式**: \( n0 = nN \cdot \left(1 - \frac{2}{M'st}\right) \approx 1895 \) rpm
以上是关于“永磁电机设计程序”的详细介绍，从基本参数的定义到具体的计算公式，再到电机尺寸的计算和电机特性分析，涵盖了永磁电机设计过程中的多个关键环节。
