永磁发电机机理、设计及应用

书籍目录

第2版前言

第1版前言

主要符号

第一章绪论1

第一节磁与永磁体的发展历史1

第二节永磁体的磁能2

第三节国内外永磁发电机现状3

第四节永磁发电机的未来4

第二章永磁体的应用6

第一节永磁体在发电机、电动机方面的应用6

第二节永磁体在磁力方面的应用14

第三节永磁体在磁感应、磁场方面的应用17

第三章永磁体的种类及性能19

第一节关于磁与磁性能的几个概念19

第二节永磁体的特殊性能22

第三节永磁体的种类及其主要磁性能26

第四章永磁体的磁路及永磁发电机的磁路计算34

第一节永磁体及磁导体的选择34

第二节永磁体的磁路36

第三节永磁体的特性曲线及工作点41

第四节永磁体在永磁发电机中的布置43

第五节永磁发电机极弧系数、气隙系数及气隙轴向长度的计算45

第六节永磁发电机永磁体磁极的气隙磁密48

第七节永磁发电机的定子齿、定子轭磁密52

第五章永磁发电机的额定数据、功率和主要尺寸的确定54

第一节永磁发电机的技术条件和额定数据54

第二节初步确定永磁发电机的主要尺寸56

第三节永磁发电机定子槽形和永磁体磁极的设计59

第四节永磁发电机的主要参数61

第五节永磁发电机的功率63

第六章永磁发电机的定子槽数、绕组及起动力矩68

第一节永磁发电机定子槽数的选择68

第二节永磁发电机绕组形式的选择71

第三节永磁发电机的起动力矩74

第七章永磁发电机的效率79

第一节永磁发电机运行时的铜损耗79

第二节永磁发电机的铁损耗82

第三节机械损耗86

第四节永磁发电机效率87

第八章永磁发电机的温升与冷却91

第一节热传递的基本原理92

第二节永磁发电机的温升曲线分布100

第三节永磁发电机的最高温升102

第四节永磁发电机的冷却104

第九章永磁发电机结构设计及强度、刚度计算和平衡111

第一节永磁发电机的结构形式和安装形式111

第二节永磁发电机的结构设计113

第三节永磁发电机主要零部件的刚度、强度的计算117

第四节永磁发电机转子的平衡129

第十章永磁发电机设计程序及设计举例131

第一节永磁发电机设计程序131

第二节永磁发电机设计举例1(三相、60极、900kW)133

第三节永磁发电机设计举例2(三相、18极、1000W)148

第十一章永磁发电机在风力发电机组中的应用157

第一节永磁发电机在并网风力发电机组中的应用157

第二节永磁发电机在垂直轴和离网水平轴风力发电机组中的应用159

第三节风力发电机组用永磁发电机的防雷160

第十二章永磁发电机的未来162

第一节永磁发电机的特点及其与常规励磁发电机的比较162

第二节永磁发电机的应用及其未来发展164

附录166

附录A厚绝缘聚酯漆包扁铜线166

附录B磁导体硅钢片的主要性能(国产硅钢片)167

附录C部分导磁材料的磁化曲线及铁损曲线表171

参考文献178主要符号主要符号

A——永磁发电机线负荷，单位为A/cm

A——电流单位，安培

Aj——永磁发电机发热系数，单位为A/cm·A/mm2

a——绕组并联支路数

am——永磁体磁极短边长，单位为mm

Bm——永磁体磁极表面的磁感应强度，单位为T

Bδ——永磁发电机气隙磁通密度，简称气隙磁密，单位为T

Bj——永磁发电机定子轭磁密，单位为T

Bt——永磁发电机定子齿磁密，单位为T

Br——永磁体剩磁，单位为T

b——永磁发电机机壳壁厚，单位为m或cm或mm

b0——定子槽口宽，单位为m或mm

b1——定子内径Di1的定子槽宽，单位为m或mm

bp——极弧长度，单位为m或mm

bm——永磁体磁极长边长度，单位为mm

c——物体比热，单位为J/（kg·°C）

c——空气比热，在1atm(101.325kPa)下，50°C时，c=1.1J/（m3·°C）

c——永磁发电机利用系数

D——转子轴外径，单位为m或mm

D1——定子外径，单位为m或mm

Di1——定子内径，单位为m或mm

D2——转子外径，单位为m或mm

D0——机壳中性层直径，单位为m或mm

d——转子轴内径，单位为m或mm

d——轴承滚子中心直径，单位为m或mm

E——相电势，单位为V

E——弹性模量，单位为N/m2

e0——转子总成偏心距，单位为m或mm

F——力，单位为N

F——滚动轴承载荷，单位为N

f——电流频率，单位为Hz

Fm——永磁体磁极吸引力，单位为N

FT——永磁体磁极吸引力在圆周上的切向力，单位为N

G——重量，单位为kg

G——剪切弹性模量，单位为N/m2

GFe——定子铁心重量，单位为kg

GFej——定子轭重，单位为kg

GFet——定子齿重，单位为kg

gFe——钢的比重，单位为kg/cm3或kg/m3

g——重力加速度，单位为m/s2

H——电感单位，亨利

Hz——频率单位，赫兹

hj——定子轭高，单位为m或mm

h1——定子槽深，单位为m或mm

hm——永磁体两极面的距离，单位为m或mm

IN——永磁发电机电流，单位为A

Ja——电流密度，单位为A/mm2

Jρ——形体的极惯性矩，单位为m4或mm4

JZ——截面对中性轴Z轴的惯性矩，单位为m4或mm4

K——安全系数；过载能力

K——永磁发电机发热部件和空气流经冷却风道带走热量的不均匀系数

K2——材料不均匀系数

K1——应力集中系数

Kd——绕组分布系数

Kp——绕组短距系数

Kdp——绕组基波系数

Km——永磁体端面系数

KNm——气隙磁场波形系数

K0——流体流经发热体带走热量的效率系数

Ka——定子轭铁心铁损经验系数

Kα′——定子齿铁心铁损经验系数

L——机壳长度；转子轴安装转子铁心的长度，单位为m或mm

L——螺线管自感系数

lef——铁心有效长度，铁心计算长度，单位为m或mm

l——螺线管长度，单位为m或mm

MM——驱动转矩，单位为N·m

MT——永磁发电机起动力矩，单位为N·m

TM——永磁发电机的扭矩，单位为N·m

MW——轴的弯矩，单位为N·m

m——永磁发电机相数

N——永磁发电机每相串联导体数

NS——每槽导体数

n——永磁发电机的磁极完全对准定子槽的磁极数

nN——永磁发电机的额定转速，单位为r/min

p——质量，单位为kg

PN——永磁发电机的额定功率，单位为kW

PCu——永磁发电机定子绕组铜损耗，单位为kW

PFe——永磁发电机定子铁损耗，单位为kW

PFej——定子轭铁损耗，单位为kW

PFet——定子齿铁损耗，单位为kW

phaj——定子轭铁损系数，单位为W/kg

phet——定子齿铁损系数，单位为W/kg

Pf——永磁发电机轴承机械损耗，单位为W/kg

p——永磁发电机的极对数

ΣP——永磁发电机各种损耗之和，单位为kW

Q——热流量；热量，单位为W或J

Q——剪力，单位为N

Q——冷却空气流量，单位为m3/s

q——每极每相槽数

R——电阻，单位为欧姆Ω

R75——绕组在75°C时电阻，单位为Ω

R0——永磁发电机机壳中性半径，单位为m或mm

S——面积，单位为m2或mm2

S*——截面对中性轴的静矩，单位为m3或mm3

Sm——永磁体磁极面积，单位为mm2

Sδ——气隙面积，单位为m2或mm2

Sf——槽满率

T——温度，单位为°C或K

ΔT——温差，单位为°C或K

t——定子齿距，单位为m或mm

t——机壳壁厚，单位为m或mm

t1——定子齿宽，单位为m或mm

UN——永磁发电机额定功率，单位为kW

V——体积，单位为m3或mm3

V——电压单位，伏特

v——速度；线速度，单位为(m/s)

W——磁能，单位为W或J

Wn——抗扭截面模量，单位为m3或mm3

Ww——抗弯截面模量，单位为m3或mm3

y——绕组节距

Z——定子槽数

α——角度，单位为(°)

αp′——永磁发电机极弧系数

β——角度，单位为(°)

β——绕组节距比，β=y/mq

β——转子附加磁拉力经验系数

γ——流体重度，单位为kg/m3

δ——永磁发电机气隙长度，单位为m或mm

ε——辐射黑度

θ——扭转角，单位为(°)

［θ］——许用扭转角，单位为(°)

λ——传热系数，单位为W/（m·°C）

λ——永磁发电机尺寸比，(λ=Lef/τ)

μ——流体动粘度或称粘度系数

μ0——真空绝对磁导率，μ0=4π×10-7H/m

σ——拉应力，单位为N/mm2

σ0.2——材料线应变εs=0.2%时的应力，单位为N/mm2

［σ］——材料的许用应力，单位为N/mm2

σ——漏磁系数

τ——剪应力，单位为N/mm2

τ——极距，单位为m或mm

［τ］——许用剪应力，单位为N/mm2

［τm］——许用扭转应力，单位为N/mm2

τ——流力的粘滞力，单位为N/m3

Φ——永磁发电机每极磁通，单位为Wb

作者简介

本书在理论和实践的基础上，给出了永磁体的磁极面积和两磁极面之间的距离与永磁体磁感应强度之间的数学关系，进而给出永磁发电机磁极的径向布置和切向布置时气隙磁密和磁路的计算。同时也给出了定子槽数、每极每相槽数与永磁发电机起动力矩的关系及起动力矩的计算方法。本书深入浅出地讲述了永磁发电机的温升、冷却、效率的理论和实际计算方法及永磁发电机主要零部件材料的选择及其刚度、强度理论和计算。此外，还给出了永磁体的种类、性能及其应用，供读者参考。本书在第十章给出了永磁发电机设计程序并列举了60极900kW和18极1kW永磁发电机设计计算的全过程以飨读者。

本书可供永磁发电机制造企业，永磁发电机设计、使用、维护及风电场的工程技术人员、技师等阅读，也可作为高等院校电机设计及相关专业的教学参考书。

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