12 爪极交流发电机
本章我们将简化RMxprt一些基本介绍，以便介绍一些更高级的使用。有关RMxprt基本操作的详细介绍请参考第一部分的章节。
12.1基本原理
爪极交流发电机（或爪极同步发电机）广泛的用于汽车工业，它将输入的机械功率转换为电功率。爪极发电机的定子上嵌有多相电枢绕组，其极数与转子相同。转子上装有较特殊的爪形磁极，这种磁极结构有利于在转子直径较小的情况下，安排较多的磁极。
爪极转子上装有励磁绕组或永磁体，转子旋转时，在气隙中产生旋转磁场，该磁场会在定子绕组中产生感应电压。除了转子结构有较大的差别外，爪极电机的电磁分析方法与同步发电机相同，常采用频域相量图进行性能分析。
图 12.1 爪极发电机相量图
图12.1中，R1和X1是电枢绕组的电阻和漏电抗。如果爪极交流发电机装有永磁体，则d轴电枢反应电抗Xad和q轴电枢反应电抗Xaq大致为定值。此外，Xad是经过线性化处理的非线性参数，Xaq是线性参数。d轴同步电抗Xd和q轴同步电抗Xq可按下面的公式计算：
      (12.1)
12.1.1 带有励磁绕组的转子
如果转子装有励磁绕组，则励磁电流是可调的，d轴和q轴的电流可按下面步骤求得。
以输入电压U为参考相量，设功率因数角为φ, 则电流相量为
    (12.2)
图中OM所代表的相量可表示为：
      (12.3)
设E0与U的夹角为θ（θ称为功率角），则E0与I的夹角为
      (12.4)
相量ON的长度代表由d轴磁通产生的反电势，可用来确定d轴磁场是否饱和。
d轴和q轴电流可分别按下式求出：
      (12.5)
相量ON的长度代表由d轴磁通产生的反电势，可用来确定d轴磁场是否饱和。E0，Xad和If可以从磁路空载特性曲线中得到。
12.1.2 转子上只有永磁体
如果转子只装有永磁体，则励磁是不可调的。d轴和q轴的电流可按下面步骤得到。
对于给定的功角θ(U滞后E0的角度)，有：
      (12.6)
求得Id和Iq为：
      (12.7)
令I滞后E0的角度为ψ，有：
      (12.8)
功率因数角φ(I滞后U的角度)为：
      (12.9)
12.1.3功率和效率
输出电功率
      (12.10)
输入机械功率
      (12.11)
式中：Pfw、PCua、PFe、PCuf分别为风摩损耗、电枢铜损、铁心损耗、励磁绕组铜损（如果有励磁绕组）。
输入机械转矩
      (12.12)
ω为同步角速度，单位：rad/s
发电机效率：
      (12.13)
12.2主要特点
12.2.1线圈和绕组的排列优化设计
几乎所有常用的三相和单相，单层和双层，整数槽和分数槽交流绕组都能自动设计。用户不需要一个接一个的自己定义线圈。
当设计者采用全极式单层绕组时，RMxprt将自动对绕组进行排列，以减少绕组端部长度。当使用不对称三相绕组时，绕组排列按照最少负序和零序进行优化。
12.2.2支持任何单、双层绕组设计的绕组编辑器
除了利用RMxprt中的绕组自动排列功能，用户也能通过Winding Editor来指定特殊形式的绕组排列。
在Winding Editor（绕组编辑器）中，通过改变每个线圈的相属Phase、 匝数Turns、 入槽号In Slot和出槽号Out Slot，可排列出任意所需的单、双层绕组分布形式。
12.2.3 支持永磁和绕组励磁结构
RMxprt 支持三种爪极交流发电机的转子励磁结构：
1. 永磁体励磁结构
2. 绕组式励磁结构（圆线绕组和扁线绕组）
3. 永磁体和绕组混合励磁结构
12.2.4分析气隙磁场分布
爪极电机转子磁极的极弧系数是沿轴向变化的，若沿N极逐渐变小，则S极的极弧系数逐渐变
大。RMxprt对每个截面都通过许克变换求解气隙磁场的波形，然后用积分的方式求解绕组的感应电势。
12.3 爪极交流发电机的设计
这一节, 我们将演示三相感应电动机设计的一般流程。
点击Start>Programs>Ansoft>Maxwell 12>Maxwell 12从桌面进入Maxwell界面。
从RMxprt主菜单条中点击 File>New 新建一个空白的Maxwell工程文件Project1。
从RMxprt主菜单栏中点击Project>Insert RMxprt Design。在Select Machine Type 会话框中选择Claw-Pole Synchronous Machine，然后点击OK返回RMxprt主窗口。这样就添加一个新的RMxprt设计。
从RMxprt菜单栏中点击File>Save。如果想把项目另存为wl ，可从下拉菜单选择Save As然后点击Save返回RMxprt主窗口。(参见3.2.6设置默认的项目路径)
分析这个算例，需要做以下几项设置：
1. 设置模型单位(参考章节2.3.2.7设置模型单位)：
2. radius软件配置 RMxprt 材料库 (参考章节3.4.1配置材料库)：
3. 编辑线规库 (参考章节3.3.2 到3.3.6)：
当选择Claw-Pole Synchronous Machine做为电机模型时,必须输入如下几项：
1. General data. （基本性能数据）
2. Stator data. （定子数据）
3. Rotor data. （转子数据）
4. Solution data. （解算数据）
可在定子和转子中选择添加或去掉励磁绕组。
12.3.1主要性能数据
在工程树下双击Machine，显示Properties会话框，如图12.2中。
1. Machine Type：用户当前的电机设计类型，爪极交流发电机。
2. Number of Poles：极数
3. Number of Phases：相数，可选择电机的相数(2,3,4)
4. Frictional Loss：参考转速下的摩擦损耗
5. Wind Loss：参考转速下的风阻损耗.
6. Reference Speed：参考转速
点击OK关闭Properties会话框.
图12.2 主要性能数据
12.3.2定子设计
双击项目树中的Machine>Stator图标，显示Properties对话框，见图12.3。
1. Outer Diameter：定子外径。
2. Inner Diameter：定子内径。
3. Length：定子铁心的轴向长度。
4. Stacking Factor：定子的迭压系数 
5. Steel Type：定子铁心材料类型（参考7.3节设置材料类型）
6. Number of Slot：定子槽数
7. Slot Type：定子槽型（参考7.1.1节槽型）
1) 点击Slot Type显示Select Slot Type对话框。
2) 选择一种槽型（有6种类型可用）
3) 点击OK关闭Select Slot Type对话框。
8. Skew Width：斜槽（以定子槽数计）
点击OK关闭Properties对话框。
图 12.3 定子数据
12.3.2.1定子槽型设计
双击项目树中的Machine>Stator>Slot图标，显示Properties对话框（参考7.1.1节槽型）。
在如图12.4所示的Slot卷标中定义定子槽型的几何数据。
点击OK关闭Properties对话框。
图12.4 定子槽尺寸
12.3.2.2设计定子绕组
双击项目树中的Machine>Stator>Winding图标，显示Properties对话框，其中包含两个列
表：Winding 和End/Insulation。
12.3.2.2.1设计定子绕组的线径及材料
在如图12.5所示的Winding列表中定义导线、导体和定子绕组
1. Winding Layers：绕组层数。从下拉菜单中选择绕组层数（可选1和2）
2. Winding Type：绕组类型（参考7.5.1节的设置交流绕组类型）
1) 点击Winding Type显示WINDING Type对话框。
2) 从以下3种绕组类型中选择一种：

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