永磁发电机定子铁心外径和内径初步确定

1）计算永磁发电机电流I_N（A）为

2）初选定子铁心内径D_i1，计算每相串联导体数及每槽导体数。参考相近极数、功率的永磁发电机的定子内径，初选永磁发电机的定子铁心内径D_i1。同时根据永磁发电机的极数和功率初选线负荷A。轴向强迫风冷的永磁发电机线负荷A=300～600A/cm；轴向和径向同时强迫风冷的永磁发电机的线负荷A=400～650A/cm。定子内径大、功率大选大值；功率小选小值。

式中 N——永磁发电机每相串联导体数；

D_i1——初选定子内径，单位为cm；

A——初选永磁发电机线负荷，单位为A/cm。

每槽导体数N_S由下式计算：

式中 N_S——每槽导体数；

a——并联支路数；

Z——定子槽数。

3）初选每极每相槽数q，确定定子槽数Z。永磁发电机每极每相槽数q必须是分数，否则难以起动。

式中 b——槽的整数部分；

c/d——槽的分数部分，当d=2p时，c愈小则起动愈容易。

永磁发电机定子槽数由下式求得：

Z=2pmq

4）确定永磁发电机电流密度j_a。由于目前磁综合性能最好的永磁体的磁感应强度B_m也只有0.5T左右，永磁发电机电流密度的经验值为j_a=3～4.5A/mm²，在最理想的情况下，j_a才能达到4.5A/mm²。

5）计算每根导线的截面积及定子槽面积。计算每根导线的面积是它的裸铜线的面积，不是每根漆包线的面积。圆铜漆包线和扁铜漆包线见表7-1及附录A中表A-1。

式中 S_d——每根铜裸导线的面积，单位为mm²；

I_N——永磁发电机电流，单位为A；

j_a——永磁发电机电流密度，单位为A/mm²；

n——并绕导线根数，单位为根。由于每个导体电流太大，不用很大面积的铜导线，而用多根导线的导电截面与其相等的多根导线并绕；

a——绕组并联支路数，当每个导体电流很大时对永磁体的工作点影响大，而采取几路并联减小电流。

圆裸铜线单根面积S_d的最大外径d或扁铜漆包线的ab的面积S_d′（mm²）。

对于圆铜漆包线，当每槽导体数为N_S时，每槽容纳的导体数的面积S_L（mm²）为

S_L=nN_Sd² （5-12）

定子槽面积S去掉绝缘面积S₁和槽楔面积S₂之后，剩下的面积S_ef称为有效面积。槽满率是每槽可容纳绝缘导体的面积S_L与槽的有效面积之比，它是用来表示槽内允许填充绝缘导线程度的。槽满率S_f由下式给出：

槽满率通常控制在75%～80%。(www.xing528.com)

求出定子槽的有效面积S_ef（mm²）为

定子槽面积S（mm²）可由下式求得：

S=S_ef+S₁+S₂ （5-15）

6）计算定子齿距，确定定子齿宽及定子槽高。定子齿距t由下式计算：

t=πD_i1/Z （5-16）

式中 t——定子齿距，即定子齿之间的距离，单位为m或mm；

D_i1——定子内径，单位为m。

图5-1所示为等齿宽的梨形定子槽的齿距t、定子齿宽t₁、定子槽及定子轭高的计算图。

图5-1 等齿宽、定子槽结构尺寸计算

在一个定子齿距内包含一个定子槽和一个定子齿，初选定子内径是否合适，主要判断在定子齿距内能否有合适的定子槽能嵌入每槽导体数N_S个导体及在这个定子齿距内的定子齿是否有足够的齿宽传导气隙磁密而不饱和。

b₁=（0.55～0.65）t （5-17）

式中 b₁——定子内径的定子槽弧长，单位为m或mm。

图5-1所示是等定子齿宽的梨形槽，其定子齿宽t₁（m或mm）为

t₁=t-b₁

由式（5-15）计算的定子槽面积S（mm²）应为

如果计算的结果不能满足t=（t₁+b₁），应重新确定定子铁心内径D_i1，使其满足槽面积S及定子齿宽t₁，即重新确定定子齿距t（m或mm）。

t=b₁+t₁

因为t=πD_i1/Z，故定子内径D_i1（m）为

7）定子轭高h_j（m）按下式计算：

h_j=（b+2）t₁～（b+3）t₁ （5-20）

式中 b——为每极每相槽数（q=b+c/d）中的整数部分。

8）确定定子外径D₁。通过式（5-18）算出定子槽深h（m或mm）为

h=h₁+R

定子铁心外径D₁（m）为

D₁=D_i1+2（h+h_j） （5-21）

根据我国常用电机定子外径尺寸，初步确定定子铁心外径D₁。表5-1所示是我国常用电机定子铁心外径尺寸，采用常用定子铁心外径尺寸，其一是有利于标准化；其二是节省模具费用，降低制造成本。

表5-1 我国交流电机定子外径