电机设计期末复习总结

电机设计期末复习总结

第二章 电机的主要参数之间的关系

电机的主要尺寸是指电枢铁心的直径和长度,直流电机中,电枢直径指的是转子外径,对于一般结构的同步电机和感应电机,则是指定子内径。

2-1 电机的主要参数之间的关系式 1、电机进行能量转换时,能量都是以电磁能的形式通过定、转子之间的气隙进行传递的,与之对应的功率称之为电磁功率。P’=mEI

2、1)直流电机：P’=EαIα

2)电机常数CA的表达式：

电机常数大致反映了产生单位计算转矩所耗用的有效材料的体积,并在一定程度上反映结构材料的耗用量。

3、根据以上两个式子得出的重要结论：

(1)电机的主要尺寸由其计算功率P’和转速之比P’/n或计算转矩T’所决定。功率较大、转速较高的电机有可能和功率较小、转速较低的电机体积接近。

(2)电磁负荷A和Bδ不变时,相同功率的电机,转速较高的,尺寸较小；尺寸相同的电机,转速较高的,则功率较大。这表明提高转速可减小电机的体积和重量。

(3)转速一定时,若直径不变而采用不同的长度,则可得到不同的功率的电机。

(4)系数 的数值一般变化不大,因此电机的主要尺寸在很大程度上和选用的电磁负荷A、Bδ有关。电磁负荷越高,电机的尺寸就越小。

2-2电机中的几何相似定律 1、几何相似定律：

表明：在B和J的数值保持不变时,对一系列功率递增、几何形状相似的电机,每单位功率所需要有效材料的重量、成本及产生的损耗,均与功率的1/4次方成反比,即随着电机容量的增大,其有效材料的利用率和电机的效率均将提高。

2-3电机负荷的选择

由于正常电机系数 实际变化不大,因此在计算功率P’与转速n一定时,电机的主要尺寸决定于电磁负荷和A、Bδ电磁负荷越高,电机的尺寸将越小,重量就越轻,成本越低。从而,一般选取较高的A和Bδ值。

1、电磁负荷对电机性能和经济性的影响 1)线负荷A较高,气隙磁密Bδ不变。 (1)电机的尺寸和体积将较小,可节省钢铁材料。 (2) Bδ一定时,由于铁心重量减小,铁耗随之减少。

(3)绕组用铜量将增加,这是由于电机的尺寸小了,在Bδ不变的情况下,每极磁通将变小,为了生产一定的感应电势,绕组匝数必须增多。

(4)增大了电枢单位表面的铜（铝）耗,使绕组温升增高。

(5)影响电机参数与电机特性。随着A增大,绕组电抗将增大,这会引起电机工作特性的改变。 2)气隙密度Bδ较高,线负荷A不变。

(1)电机的尺寸和体积将较小,可节省钢铁材料。

(2)使电枢基本铁耗增大。Bδ提高后,将导致电枢铁耗增加,效率降低,在冷却条件不变时,温升也将升高。

(3)气隙的磁位降和磁路的饱和程度将增加。

(4)影响电气参数与电机特性。随着Bδ的增大,绕组电抗将减小,从而影响电机的起动特性和运行特性。

2、线负荷A和气隙磁密Bδ的选择

应从电机综合技术经济指标出发来选取最适合的A和Bδ值,以便使制造和运行的总费用最小,而且性能良好。

(1)除了不应选择过高的A、Bδ数值外,还应考虑他们的比值要适当。这一比值不但影响电机参数和特性,而且与铜耗和铁耗的分布密切相关。

(2)电机的冷却条件对电磁负荷的选择也有重要的影响。

(3)电机所用的材料与绝缘结构的等级也直接影响电磁负荷的选择。绝缘结构的耐热等级越高,电机允许的温升高=也就越高,电磁负荷可选高些； (4)A、Bδ的选择还和电机的功率及转速有关。

2-4电机主要尺寸比的选择及确定主要尺寸的一般方法 1、主要尺寸比的选择

在选定A和Bδ后,即可初步确定电机的D2lef.但D2lef相同的电机,可以设计得细长,也可以设计得短粗。为了反映电机这种集合形状的关系,通常采用主要尺寸比：λ=lef/τ.

1)若D2lef不变而λ较大：

(1)电机将较细长,即lef较大而D较小。绕组端部变得较短,端部的用铜量相应减少,当λ在正常范围内时,可提高绕组的利用率。单位功率的材料损耗少、成本较低。 (2)电机体积不变,则铁耗也不变,电流密度一定时,端部铜耗将减小,总损耗降低,效率提高。 (3)由于端部较短,则端部漏抗减小,这将使总漏抗减小。

(4)由于电机细长,在采用气体作为冷却介质时,风路加长,冷却条件变差,从而导致轴向温度分布不均匀度增大;

(5)由于电机细长,线圈数目常较粗短的电机为少,因而使线圈制造工时和绝缘材料的消耗减少;

(6)由于电机细长,转子的转动惯量与圆周速度较小,这对于转速较高或要求机电时间常数较小的电机是有利的;

2、确定主要尺寸的一般方法

1)根据电机的额定功率, 计算功率P’,然后根据P’与n选取电磁负荷A、Bδ计算得D2lef；参考推荐的数据选用适当的λ,即可由已算得的D2lef分别求得主要尺寸D与lef,同时还要确定定子外径D1,接着对定子内径Di1与铁心计算长度lef进行必要调整。

复习思考题

1、什么是主要尺寸关系式？根据它可得出哪些重要结论？ 2、电机常数CA和利用系数KA的物理意义是什么？

3、什么是电机的几何相似定律？大功率代替总功率相等的数台小功率电机的原因？为何冷却问题对大功率电机比对小功率电机显得更重要？

4、电磁负荷对电机性能和经济性有何影响？电磁负荷选用时要考虑哪些因素？ 5、

6、什么是电机的主要尺寸比？它对电机的性能和经济性有何影响？ 7、电机的主要尺寸是怎样确定的？

第三章 磁路计算

磁路计算的目的在于确定产生主磁场所必需的磁化力或励磁磁动势,并进而计算励磁电流以及电机的空载特性。通过磁路计算还可以校核电机各部分磁通密度选择得是否合适。

3-1概述

1、各类电机的磁路可分为如下各段：空气隙、定子齿(或磁极)、转子齿、定子轭、转子轭,每极磁路中,空气隙的磁压降通常占较大的比例。

3-2空气隙磁压降的计算

1、通常计算是最大气隙磁通密度Bδ所在的磁极中心线处的气隙磁压降： 2、计算极弧系数αp’的确定：

极弧系数的大小决定于气隙磁密分布曲线的形状,因而它决定于励磁磁势分布曲线的形状、空气隙的均匀程度以及磁路的饱和程度。 3、感应电机的αp’

αp’的数值主要与定子齿及转子齿的饱和程度有关,齿部越饱和,气隙磁场波形越平,αp’越大。计算时,饱和程度用饱和系数来标识： 4、电枢或气隙的轴向计算长度lef

计算空气隙磁密最大值Bδ时,用的是电枢或气隙轴向计算长度,而不是铁心总长度li,因为主磁通Φ不仅在铁心总长li的范围内穿过空气隙,而且有一小部分从定子面越过,这种现象称为边缘效应。两端面处磁场分布的等效长近似为2δ。 5、气隙系数Kδ

1)引入原因：因槽开口影响而映入了气隙系数Kδ

分析：若先假定转子铁心表面有齿、槽,而定子内圆表面光滑,则槽口的存在将使空气隙磁阻增加和槽口处的磁通量减少,因而气息磁通减少。为维持主磁通Φ 为既定值,则齿顶处气隙最大磁密必须由无槽时的Bδ增加到Bδmax,定义气隙系数Kδ为 表示由于槽口存在而使气隙磁密增大的倍数。

3-3齿部磁压降的计算

1)每极齿部磁压降计算公式：

3-4轭部磁压降的计算

按所衔接的是齿或是磁极可把轭分为 极联轭和齿联轭。在极少数电机中,由于轭的磁路长度较长,轭磁压降可能超过齿磁压降；在多极电机中,轭磁压降通常只占磁路总磁压降的很小一部分。

1)极联轭磁压降的计算

通过磁极中的磁通Φm按磁通连续性定理应是气隙主磁通Φ和相邻极间的漏磁通Φσ之和；Φm经过磁极之后,分成两路,分别进入左右两边的轭,经过极联轭每个截面中磁通通常认为都是Φm/2；

2)齿联轭的磁压降计

(1)交流电机的齿联轭磁压降

由于齿联轭中磁密分布不均匀,齿联轭磁路全长上的磁压降：

3-5磁极漏磁系数与磁极磁压降的计算 1)磁极漏磁系数：

电机主极极身的磁通Φm包括穿过空气隙的主磁通Φ和不穿过空气隙而在极间空间闭合的漏磁通Φσ两部分,则有： 2)磁极磁压降的计算： 先算出极身中的磁密Bm,并认为沿极身高度的不同截面磁密都是Bm： 每极的磁压降为：

3-6励磁电流和空载特性计算

1、各类电机励磁电流或空载特性的计算步骤： (1)根据感应电势E确定每极气隙磁通Φ；

(2)计算磁路各部分的磁压降,各部分磁压降 的总和便是每极所需磁势； (3)计算磁化电流或空载特性。 2、每极励磁磁势

各类电机的每极磁势为： 直流电机： 感应电机： 凸极同步电机：

3、励磁电流和空载特性：

对于直流电机和凸极同步电机的集中励磁绕组,空载励磁电流为： 对于多相交流分布绕组,交流磁化电流：

取不同的电势值,并分别求出相应的励磁电流,就可以得出一条完整的空载特性曲线：

复习思考题

1、气隙系数Kδ的引入是考虑什么问题？假定其他条件相同,而把电枢槽由半闭口槽改为开口槽,则Kδ将增大还是减小？

2、当齿磁通密度超过1.8T时,对计算齿磁位降的方法为什么要作矫正？ 3、在不均匀磁场的计算中,为什么常把磁场看做是均匀的？而将磁路长度加以较正？校正系数有的大于1,有的小于1,试说明其物理意义？

4、感应电机满载时及空载时的磁化曲线是怎样计算的？他们与哪些因素有关？若其数值过大,从哪些方面去调整效果显著？

5、若将一台感应电动机的额定频率由50HZ改为60HZ,并要求维持原设计的冲片及励磁磁势不变,有关数据应如何变化才好？不考虑饱和影响时,该数值变化值为多大？

第四章 参数计算

4-1 绕组电阻的计算

一般说来,绕组中通以直流或交流时,其电阻是不同的。

1、绕组中通以交流时,由于集肤效应,使得其电阻值较通直流时大,用KF’表示电阻增加系数,则有：

4-2绕组电抗的一般计算方法 绕组电抗分为：主电抗和漏电抗(漏抗);

主电抗的标幺值表示为： 绕组漏抗的标幺值表示为： 1、电抗的计算方法有：（1）磁链法、（2）能量法

4-3 主电抗计算

多相交流电机电枢电流产生的气息磁场中,有基波磁场,也有谐波磁场；相应于基波磁场的电抗,属于主电抗,谐波磁场的电抗则是整个漏抗的一部分,称为谐波漏抗或差别漏抗。

在感应电机中,习惯上称主电抗为励磁电抗,在同步电机里,则称为电枢反应电抗。 1、感应电机主电抗的计算方法：

预先假设：电枢槽部导体中电流集中在槽中心线上；铁磁物质磁导率趋向于无穷大；槽开口的影响以气隙系数来计算。

多相电枢绕组中,通以多相对称电流后,由电枢电流建立的气隙基波径向磁密的幅值为：