永磁发电机运行铜损耗优化

永磁发电机没有励磁绕组，只有定子绕组，只需计算定子绕组的铜损耗。定子铜损耗，是由于定子绕组有电阻，当发电机运行时，定子绕组中有交变电流通过所产生的损耗。根据焦耳-楞次定律，定子绕组的铜损耗等于流经绕组的电流的二次方与绕组电阻的积。由于交流电阻很难测定，并且绕组的电阻随着温度的升高而增大，所以永磁发电机绕组电阻以75℃时的直流电阻作为定子绕组铜损耗的电阻。

定子绕组的铜损耗P_Cu（kW）由下式给出：

P_Cu=mI²_NR×10^-3 （7-1）

式中 m——永磁发电机相数；

I_N——永磁发电机电流，单位为A；

R——绕组在75℃时电阻，单位为Ω。

每相绕组在75℃时的电阻R₁由下式求得：

R₁=ρ₇₅NL（1/n） （7-2）

式中 R₁——每相绕组在75℃时的电阻，单位为Ω；

N——每相串联导体数；

L——每圈绕组长度，单位为m；

ρ₇₅——绕组在75℃时的电阻率，单位为Ω·m，查表7-1；

n——每个导体并绕导线根数。

表7-1 常用漆包圆铜线数据表

（续）

图7-1 定子绕组每匝每根导体长度计算图

每圈导线长度L由下面形式计算出，如图7-1所示，即

线圈平均半圈或称半匝长度由下式给出：

L_C=L_t+2（d+L_E） （7-3）

式中 L_C——线圈平均半圈长，单位为m；(www.xing528.com)

L_t——定子实际长度，单位为m；

d——线圈直线部分两边伸出长度，单位为m，通常

d=10～30mm；

L_E——线圈端部连线的一半长度，单位为m。

L_E由下式给出：

当线圈为单层时

L_E=Kτ_y （7-4）

当线圈为双层时

L_E=τ_y/（2cosα） （7-5）

式中 K——经验系数。发电机为2、4极时K=0.58；当发电机为6极时K=0.6；当发电机为8极时K=0.625；当发电机10极以上时，K＞0.7；

τ_y——定子线圈平均节距，单位为m，由下式计算：

式中 D_i1——定子内径，单位为m；

h——定子槽深，单位为m，见图5-2；

2p——永磁发电机极数。

式中 y——绕组节距；

m——永磁发电机相数；

q——永磁发电机每极每相槽数。

线圈一圈或称一匝长度L（m）为

L=2L_C （7-8）

计算出绕组电阻就能计算出永磁发电机的绕组铜损耗。在永磁发电机中，绕组的铜损耗是最主要的损耗，它占永磁发电机总损耗的90%以上。铜损耗与电流的二次方成正比，所以在设计时，如果相电流较大，应采取多支路并联以减小电流。