对转双转子永磁同步电机电磁设计_第1页
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文档简介

1、%|已知数据的输入|%clear;%-1内外转子的公共数据Ipi=3.1415926;% 圆周率PN=5.5;%内外转子等效电机的额定功率(KW)m=3; %相数p=3;%极对数UNl=190;%额定线电压(V)f=50;% 频率(HZ)etaN=93.5;% 效率(%)cosfaiN=0.90;% 功率因数UN=190; %额定相电压V%-注:如无特别说明,本程序默认长度单位为厘米(cm)%内外转子、定子、气隙的相关尺寸gi=0.12;go=0.585;%内外气隙长度D1=23.05;Di1=12.55;% 定子内外径Dm=18.3;%定子中心线D2i=11.52;D2o=28.30;%内外

2、转子的外径Di2i=8.62;Di2o=24.9;%内外转子的内径L1=19.8;L2=19.8;La=19.8;Lb=19.8;% 定转子铁心长Qi=36;Qo=36;Q=36;%定子内外槽数hi01=0.105;bi01=0.3;bi1=0.67;ri1=0.395;hi12=1.212;his1=0.1782;bi2=0.79;hi2=1.0338;% 定子内槽的槽型尺寸 ho01=0.175;bo01=0.42;bo1=1.44;ro1=1.154;ho12=0.782;hos1=0.316;bo2=1.36;ho2=0.466;% 定子外槽槽型尺寸h=0.2;%槽契厚度Ci=0.03

3、5;%槽绝缘层厚度绕组、导线、端部的相关尺寸 Nsi=20;Nso=20;Ns=20;% 每槽导体数 q1=2;q2=2;q=2;%内外转子的级相组 a=1;%并联支路数Nt1=2;d11=1.25;%并绕根数-线径hd1=0.012;%导线双边绝缘厚度y=6;%节距do=2;di=2;d=2;%绕组直线部分伸出长LE1=5.25;%端部长度%永磁体的相关尺寸%永磁体牌号N33SHhMi=0.395;hMo=0.34;%内外的磁化方向长度Br=1.0741;%剩磁密度Hc=876;%矫顽力Ami=114.85;Amo=218.87;%内外转子提供每极磁通的截面积bMi=5.80;bMo=11.

4、05;%内外永磁体宽度LMi=19.8;LMo=19.8;%内外永磁体的轴向长度 zata0i=1.05;zata0o=1.15;%空载漏磁系数假定值 bm01i=0.560;bm01o=0.540;% 永磁体空载工作点%相关的一些固定系数mur=1.046;mu0=4*pi*1e-7;% 相对磁导率RouCu=0.217;% 铜电阻率 1e-3* Q*mm2/cmrouCu=8.9;%铜线密度 g/cmA3rouFe=7.8;%硅钢片密度 g/cmA3deita=0.5;%剪切余量roum=7.4;%永磁体密度 g/cmA3KFe=0.93;%叠加系数cata=pi/18;% 转矩角%磁化曲

5、线插值表格%31查磁化曲线Bcz=0.40:0.01:1.89;H=1.38 1.40 1.42 1.44 1.46 1.48 1.50 1.52 1.54 1.56. 1.58 1.60 1.62 1.64 1.66 1.69 1.71 1.74 1.76 1.78. 1.81 1.84 1.86 1.89 1.91 1.94 1.97 2.00 2.03 2.06. 2.10 2.13 2.16 2.20 2.24 2.28 2.32 2.36 2.40 2.45. 2.50 2.55 2.60 2.65 2.70 2.76 2.81 2.87 2.93 2.99. 3.06 3.13 3

6、.19 3.26 3.33 3.41 3.49 3.57 3.65 3.74. 3.83 3.92 4.01 4.11 4.22 4.33 4.44 4.56 4.67 4.80. 4.93 5.07 5.21 5.36 5.52 5.68 5.84 6.00 6.16 6.33. 6.52 6.72 6.94 7.16 7.38 7.62 7.86 8.10 8.36 8.62. 8.90 9.20 9.50 9.80 10.1 10.5 10.9 11.3 11.7 12.1. 12.6 13.1 13.6 14.2 14.8 15.5 16.3 17.1 18.1 19.1. 20.1

7、21.2 22.4 23.7 25.0 26.7 28.5 30.4 32.6 35.1. 37.8 40.7 43.7 46.8 50.0 53.4 56.8 60.4 64.0 67.8. 72.0 76.4 80.8 85.4 90.2 95.0 100 105 110 116 .122 128 134 140 146 152 158 165 172180;%轭部磁路校正曲线表格Bjz=0.3 0.80 1.09 1.24 1.395 1.55 1.71 1.86;Xj=0 0.025 0.05 0.075 0.10 0.125 0.15 0.175 0.20 0.225 0.25;%定

8、子Cj1=0.636 0.636 0.636 0.637 0.637 0.637 0.637 0.637 0.637 0.637 0.637 0.61 0.61 0.612 0.617 0.619 0.623 0.627 0.630 0.634 0.635 0.636 0.55 0.551 0.553 0.567 0.572 0.579 0.591 0.611 0.634 0.635 0.626 0.45 0.451 0.453 0.458 0.462 0.475 0.485 0.504 0.523 0.535 0.55 0.36 0.365 0.37 0.375 0.38 0.39 0.39

9、8 0.404 0.413 0.422 0.438 0.30 0.30 0.302 0.303 0.305 0.31 0.313 0.317 0.325 0.33 0.34 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.273 0.275 0.28 0.294 0.305 0.320 0.23 0.23 0.232 0.234 0.235 0.239 0.24 0.252 0.267 0.28 0.291;%转子Cj2=0.636 0.636 0.636 0.637 0.637 0.637 0.637 0.637 0.637 0.637 0.637 0.61 0.61 0.612 0.

10、617 0.619 0.623 0.627 0.630 0.634 0.635 0.636 0.55 0.551 0.553 0.567 0.572 0.579 0.591 0.611 0.634 0.635 0.626 0.45 0.451 0.453 0.458 0.462 0.475 0.485 0.504 0.523 0.535 0.55 0.36 0.365 0.37 0.375 0.38 0.39 0.398 0.404 0.413 0.422 0.4380.30 0.30 0.302 0.303 0.305 0.31 0.315 0.327 0.34 0.358 0.3730.2

11、7 0.27 0.27 0.27 0.271 0.275 0.28 0.295 0.306 0.326 0.360.23 0.23 0.23 0.23 0.232 0.237 0.242 0.255 0.272 0.291 0.31;%1程序计算部分I%IN=PN*1e5/(m*UN*etaN*cosfaiN);% 额定电流 nN=60*f/p;%额定转速TN=9.549*PN*1000/nN;% 额定和转矩%定、转子冲片相关计算tao1i=pi*Di1/2/p;tao1o=pi*Di2o/2/p;% 内外极距Lefi=La+2*gi;Lefo=La+2*go;%电枢计算长度 mFe=rouF

12、e*Lb*KFe*(D2o+deita)A2*1.0*1e-3;% 硅钢片质量 mmi=2*p*Ami*hMi*roum*0.001;mmo=2*p*Amo*hMo*roum*0.001;% 内外永磁体的质量 t1i=pi*Di1/Qi;t1o=pi*D1/Qo;%内外定子齿距 bt11i=pi*(Di1+2*(hi01+hi12)/Qi-2*ri1;bt11o=pi*(D1+2*(ho01+ho12)/Qo-1.36;% 内外定子齿宽的计算 bt12i=pi*(Di1+2*(hi01+his1)/Qi-bi1;bt12o=pi*(D1+2*(ho01+hos1)/Qo-bo1;if bt12

13、i=bt11ibt1i=bt12i-(bt12i-bt11i)/3;else bt1i=bt11i+(bt12i-bt11i)/3;endif bt12o0.01labs(bm01o-bm0o)/bm01o)0.001faig0i=bm01i*Br*Ami*1*1e-4/zata0i;faig0o=bm01o*Br*Amo*1e-4/zata0o;% 内外空载主磁通Bgi=10000*faig0i/aii/tao1i/Lefi;Bgo=10000*faig0o/aio/tao1o/Lefo;% 内外气隙磁密Fgi=2*Bgi*Kgi*gi*0.01/mu0;Fgqi=Fgi;Fgo=2*Bgo

14、*Kgo*go*0.01/mu0;Fgqo=Fgo;% 内外交直轴气隙磁位差Bt1i=Bgi*t1i*Lefi/bt1i/KFe/L1;Bt1o=Bgo*t1o*Lefo/bt1o/KFe/L1;% 内外定子齿磁密Ht1i=interp1(Bcz,H,Bt1i,spline);Ht1o=interp1(Bcz,H,Bt1o,spline);% 插值Ft1i=2*ht1i*Ht1i;Ft1o=2*ht1o*Ht1o;% 内外定子齿磁位差Bj1=(faig0i+faig0o)*1e4/2/L1/KFe/hj1;Bj1i=Bj1;Bj1o=Bj1;% 定子轭部磁密bzj1=hj1/tao1o;% 定

15、子bzj2i=hj2i/tao1i;% 内转子bzj2o=hj2o/tao1o;% 外转子Hj1=interp1(Bcz,H,Bj1,spline);C1=interp2(Xj,Bjz,Cj1,bzj1,Bj1);Fj1=2*C1*Hj1*Lj1;%定子轭部磁位差Bj2i=faig0i*1e4/2/L2/KFe/hj2i;Bj2o=faig0o*1e4/2/L2/KFe/hj2o;% 内外转子轭部磁位差Hj2i=interp1(Bcz,H,Bj2i,spline);Hj2o=interp1(Bcz,H,Bj2o,spline);% 插值C2i=interp2(Xj,Bjz,Cj2,bzj2i,

16、Bj2i);C2o=interp2(Xj,Bjz,Cj2,bzj2o,Bj2o);Fj2i=2*Hj2i*C2i*Lj2i;Fj2o=2*Hj2o*C2o*Lj2o;%内外转子轭部磁位差 sumFi=Fgi+Ft1i+Fj1+Fj2i;sumFo=Fgo+Ft1o+Fj1+Fj2o;% 每对极总磁位差Ksti=(Fgqi+Ft1i)/Fgqi;Ksto=(Fgqo+Ft1o)/Fgqo;% 磁路齿饱和系数Agi=faig0i/sumFi;Ago=faig0o/sumFo;% 主磁导 lemtgi=200*Agi*hMi/mur/mu0/Ami;lemtgo=200*Ago*hMo/mur/mu

17、0/Amo;% 主磁导标幺值 lemtni=zata0i*lemtgi;lemtno=zata0o*lemtgo;%外磁路总磁导标幺值 lemtzi=(zata0i-1)*lemtgi;lemtzo=(zata0o-1)*lemtgo;% 漏磁导标幺值 bm0i=lemtni/(lemtni+1);bm0o=lemtno/(lemtno+1);%永磁体空载工作点bm01i=(bm01i+bm0i)/2;bm01o=(bm01o+bm0o)/2;% 程序循环变量endBg1i=Kfi*faig0i*1e4/aii/tao1i/Lefi;Bg1o=Kfo*faig0o*1e4/aio/tao1o/

18、Lefo;% 气隙磁密基波幅值E0i=4.44*f*Kdp*N*faig0i*Kfaii;E0o=4.44*f*Kdp*N*faig0o*Kfaio;% 空载反电动势%参数计算R1=RouCu*2e-3*Lavi*N/(pi*a*Nt1*(d11人2/4);% 定子直流电阻Cxi=4*pi*f*mu0*Lefi*(Kdp*N)A2*0.01/p;Cxo=4*pi*f*mu0*Lefo*(Kdp*N)A2*0.01/p;% 漏抗系数KU1i=1;KU1o=1;KL1i=1;KL1o=1;%内外槽的上下部节距漏抗系数 lemtU1i=hi01/bi01+2*his1/(bi01+bi1);lemt

19、U1o=ho01/bo01+2*hos1/(bo01+bo1);rfai=bi1/bi2;rfao=bo1/bo2;bt2i=hi2/bi2;bt2o=ho2/bo2;Kr1i=1/3-(1-rfai)/4*(1/4+1/3/(1-rfai)+1/2/(1-rfai)人2+1/(1-rfai)人3+log(rfai)/(1-rfa i)A4);Kr1o=1/3-(1-rfao)/4*(1/4+1/3/(1-rfao)+1/2/(1-rfao)A2+1/(1-rfao)A3+log(rfao)/(1 -rfao)A4);Kr2i=(2*piA2-9*pi)/1536/bt2iA2+pi/16/b

20、t2i-pi/8/(1-rfai)/bt2i-(piA2/64/(1-rfai)/bt 2iA2+pi/8/(1-rfai)A2/bt2i)*log(rfai);Kr2o=(2*piA2-9*pi)/1536/bt2oA2+pi/16/bt2o-pi/8/(1-rfao)/bt2o-(piA2/64/(1-rfao) /bt2oA2+pi/8/(1-rfao)A2/bt2o)*log(rfao);lemtL1i=bt2i*(Kr1i+Kr2i)/(pi/8/bt2i+(1+rfai)/2)A2;lemtL1o=bt2o*(Kr1o+Kr2o)/(pi/8/bt2o+(1+rfao)/2)A2;

21、lemts1i=KU1i*lemtU1i+KL1i*lemtL1i;lemts1o=KU1o*lemtU1o+KL1o*lemtL1o;% 定子槽比漏磁导Xs1i=2*p*m*L1*lemts1i*Cxi/Lefi/KdpiA2/Qi;Xs1o=2*p*m*L1*lemts1o*Cxo/Lefo/KdpoA2/Qo;% 定子槽漏抗 sums=0.0156;% 查表得Xd1i=m*tao1i*sums*Cxi/piA2/Kgi/gi/KdpiA2/Ksti;Xd1o=m*tao1o*sums*Cxo/piA2/Kgo/gi/KdpoA2/Ksto;% 定子谐波漏抗XE1i=0.2*(LEi/Le

22、fi*KdpiA2)*Cxi;XE1o=0.2*(LEo/Lefo*KdpoA2)*Cxo;% 定子端部漏抗X1i=Xs1i+Xd1i+XE1i;X1o=Xs1o+Xd1i+XE1o;% 定子漏抗Kadi=1/Kfi;Kado=1/Kfo;%直轴电枢折算系数Kaqi=Kadi;Kaqo=Kado;%交轴电枢磁动势折算系数Idi=IN/2;Ido=IN/2;Fadi=0.45*m*Kadi*Kdpi*N*Idi/p;Fado=0.45*m*Kado*Kdpo*N*Ido/p;fa1i=2*Fadi/zata0i/hMi/Hc/10;fa1o=2*Fado/zata0o/hMo/Hc/10;bmN

23、i=lemtni*(1-fa1i)/(lemtni+1);bmNo=lemtno*(1-fa1o)/(lemtno+1);faigNi=(bmNi-(1-bmNi)*lemtzi)*Ami*Br*1e-4;faigNo=(bmNo-(1-bmNo)*lemtzo)*Amo*Br*1e-4;Edi=4.44*f*Kdpi*N*faigNi*Kfaii;Edo=4.44*f*Kdpo*N*faigNo*Kfaio;Xadi=abs(E0i-Edi)/Idi;Xado=abs(E0o-Edo)/Ido;% 直轴电枢反应电抗Xdi=Xadi+X1i;Xdo=Xado+X1o;% 直轴同步电抗%工作特性

24、计算pfw=150;%机械损耗catai=pi/9;catao=catai;% 转矩角Xqi=Xdi;Xqo=Xdo;Xaqi=Xadi;Xaqo=Xado;% 交轴同步电抗P1i=m*(E0i*UN*(Xqi*sin(catai)-R1*cos(catai)+R1*UNA2)/(XdiA2+R1A2);P1o=m*(E0o*UN*(Xqo*sin(catao)-R1*cos(catao)+R1*UNA2)/(XdoA2+R1A2;P1=P1i+P1o;%输入功率Idi=(R1*UN*sin(catai)+Xqi*(E0i-UN*cos(catai)/(XdiA2+R1A2);Ido=(R1*

25、UN*sin(catao)+Xqo*(E0o-UN*cos(catao)/(XdoA2+R1A2);% 直轴电 流Iqi=(Xdi*UN*sin(catai)-R1*(E0i-UN*cos(catai)/(XdiA2+R1A2);Iqo=(Xdo*UN*sin(catao)-R1*(E0o-UN*cos(catao)/(XdoA2+R1A2);% 交轴电流 cosfaii=cos(catai-atan(Idi/Iqi);cosfaio=cos(catao-atan(Ido/Iqo);% 功率因数I1i=sqrt(IdiA2+IqiA2);I1o=sqrt(IdoA2+IqoA2);I1=(I1

26、i+I1o)/2;% 定子电流pCu=m*I1A2*R1;%定子电阻损耗Egi=sqrt(E0i-Idi*Xadi)A2+(Iqi*Xaqi)A2);Ego=sqrt(E0o-Ido*Xado)A2+(Iqo*Xaqo)A2);faigi=Egi/4.44/f/Kdpi/N/Kfaii;faigo=Ego/4.44/f/Kdpo/N/Kfaio;% 负载气隙磁通Bgdi=faigi*1e4/aii/tao1i/Lefi;Bgdo=faigo*1e4/aio/tao1o/Lefo;% 负载气隙磁密Bt1di=Bgdi*t1i*Lefi/bt1i/KFe/L2;Bt1do=Bgdo*t1o*Lef

27、o/bt1o/KFe/L2;% 负载定子齿磁密Bj1d=(faigi+faigo)*1e4/2/L1/KFe/hj1;% 负载定子轭磁密 pt1di=interp1(Bcz,H,Bt1di,spline);pt1do=interp1(Bcz,H,Bt1do,spline);pj1d=interp1(Bcz,H,Bj1d,spline);k1i=2.5;k1o=k1i;k2=2;pFe=(k1i*pt1di*Vt1i+k1o*pt1do*Vt1o+k2*pj1d*Vj1)*1e-3;% 铁耗psNxing=0.015;% 经验数据ps=(I1/IN)2*psNxing*PN*1e3;% 杂散损耗

28、sump=pCu+pFe+pfw+ps;% 总损耗P2=P1-sump;%输出功率eta=(P2/P1)*100;% 效率%一系列递增的转矩角对应的工作特性循环catai1=pi/18:pi/36:2*pi/3;catao1=catai1;Xqi=Xdi;Xqo=Xdo;Xaqi=Xadi;Xaqo=Xado;P1i1=m*(E0i*UN*(Xqi*sin(catai1)-R1*cos(catai1)+R1*UN人2)/(XdF2+R1人2);P1o1=m*(E0o*UN*(Xqo*sin(catao1)-R1*cos(catao1)+R1*UN人2)/(Xdo人2+R1 A2);P11=P1

29、i1+P1o1;Idi1=(R1*UN*sin(catai1)+Xqi*(E0i-UN*cos(catai1)/(XdiA2+R1A2);Ido1=(R1*UN*sin(catao1)+Xqo*(E0o-UN*cos(catao1)/(XdoA2+R1A2);Iqi1=(Xdi*UN*sin(catai1)-R1*(E0i-UN*cos(catai1)/(XdiA2+R1A2);Iqo1=(Xdo*UN*sin(catao1)-R1*(E0o-UN*cos(catao1)/(XdoA2+R1A2);cosfaii1=cos(catai1-atan(Idi1/Iqi1);cosfaio1=cos

30、(catao-atan(Ido1/Iqo1);I1i1=sqrt(Idi1.A2+Iqi1.A2);I1o1=sqrt(Ido1.A2+Iqo1.A2);I11=(I1i1+I1o1)/2;pCu1=m*I11.A2*R1;Egi1=sqrt(E0i-Idi1*Xadi).A2+(Iqi1*Xaqi).A2);Ego1=sqrt(E0o-Ido1*Xado).A2+(Iqo1*Xaqo).A2);faigi1=Egi1/4.44/f/Kdpi/N/Kfaii;faigo1=Ego1/4.44/f/Kdpo/N/Kfaio;Bgdi1=faigi1*1e4/aii/tao1i/Lefi;Bgdo1=faigo1*1e4/aio/tao1o/Lefo;Bt1di1=Bgdi1*t1i*Lefi/bt1i/KFe/L2;Bt1do1=Bgdo1*t1o*Lefo/bt1o/KFe/L2;Bj1

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