电机设计课后习题答案

电机设计课后习题答案
电机设计课后习题答案

电机设计

第一章

1.电机设计的任务是什么?

答:电机设计的任务是根据用户提出的产品规格(功率、电压、转速)与技术要求(效率、参数、温升、机械可靠性),结合技术经济方面国家的方针政策和生产实际情况,运用有关的理论和计算方法,正确处理设计时遇到的各种矛盾,从而设计出性能好、体积小、结构简单、运行可靠、制造和使用维修方便的先进产品。

2.电机设计过程分为哪几个阶段?

答:电机设计的过程可分为:

①准备阶段:通常包括两方面内容:首先是熟悉国家标准,收

集相近电机的产品样本和技术资料,并听取生产和使用单位的意见与要求;然后在国家标准有关规定及分析相应资料的基础上,编制技术任务书或技术建议书。

②电磁设计:本阶段的任务是根据技术任务书的规定,参照生

产实践经验,通过计算和方案比较,来确定与所设计电机电磁性能有关的尺寸和数据,选定有关材料,并核算电磁性能。

③结构设计:结构设计的任务是确定电机的机械结构,零部件尺寸,加工要求与材料的规格及性能要求,包括必要的机械计算、通风计算和温升计算。

3.电机设计通常给定的数据有哪些? 答:电机设计时通常会给定下列数据: (1)额定功率 (2)额定电压

(3)相数及相同连接方式 (4)额定频率

(5)额定转速或同步转速 (6)额定功率因数

感应电动机通常给定(1)~(5);同步电机通常给定(1)~(6); 直流电机通常给定(1)(2)(5) 第二章

1.电机常数C A 和利用系数K A 的物理意义是什么?

答:C A :大体反映了产生单位计算转矩所消耗的有效材料(铜铝或电工钢)的体积,并在一定程度上反映了结构材料的耗用量。 K A :表示单位体积的有效材料所能产生的计算转矩,它的大小反映了电机有效材料的利用程度。

2.什么是主要尺寸关系式?根据它可以得出什么结论?

答:主要尺寸关系式为:δ

αAB K K n dp Nm ef 'p '2 6.1

p l D =,根据这个关系式

得到的重要结论有:①电机的主要尺寸由其计算功率P ˊ和转速n

之比n

p '

或计算转矩

T ˊ所决定;②电磁负荷A 和B δ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,若直径不变而采取不同长度,则可得到不同功率的电机;④由于计算极弧系数'

p α、 波形系数K Nm 与绕组系数K dp 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 和B δ有关。电磁负荷选得越高,电机的尺寸就越小。

3.什么是电机中的几何相似定律?为何在可能情况下,总希望用大功率电机来代替总功率相等的小功率电机?为何冷却问题对于大电机比对小电机更显得重要? 答:在转速相同的情况下,当

Db a D =lb la =hb ha =bb ba =…下,'P G

∝'P C ef ∝

'

P P ∑∝'

4

3

'P p ∝4

1

'1

p 即当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,每单位功率所需有效材料的重量G 、成本C ef 及产生损耗Σp 均与计算功率的4

1次方成反比。用大功率电机代替总功率相等的数台小电机的原因是随着单机容量的增加,其有效材料的重量G 、成本C ef 和损耗Σp 的增加要慢,其有效材料的利用率和电机的效率均将提高,因此用大功率电机代替总功率相等的数台小电功率机。冷却问题对大功率电机比对小功率电机更显得重要的原因是电机损耗与长度l 的立方成正比,而冷却表

面却与长度的平方成正比。功率上升,长度变长,损耗增加大于冷却的增加。为了使温升不超过允许值,随着功率的增加,要改变电机的通风和冷却系统,从而放弃它们的几何形状相似。

4.电磁负荷对电机的性能和经济性有何影响?电磁负荷选用时要考虑哪些因素?

答:当n

p '一定,由于'

p α,K Nm ,K dp 变化不大,则电机主要尺寸决

定于电磁负荷。生产固定效率的电机,若其电磁负荷越高,电机的尺寸将越小,重量越轻,成本越低,经济效益越好。电磁负荷选用常需要考虑制造运行费用,冷却条件,所用材料与绝缘等级,电机的功率,转速等。

5.若2台电机的规格,材料结构,绝缘等级与冷却条件都相同,若电机1的线负荷比电机2的线负荷高,则2台电机的导体电流密度能否选得一样,为什么?

答:不能选的一样,因为:从q a =ρAJ 式子上看,A 1>A 2由题中可知ρ1=ρ2,q 1=q 2,所以J 1

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?

答:主要尺寸比τ

λef

l =

(电机电枢计算长度与极距之比),若D 2

l ef

不变而λ较大:

(1)电机将较细长,即l ef较大而D较小。绕组端部变得较短,端部的用铜(铝)量相应减小,当λ仍在正常范围内时,可提高绕组铜(铝)利用率。端盖,轴承,刷架,换向器和绕组支架等结构部件的尺寸较小,重量较轻。因此单位功率的材料消耗少,成本较低。

(2)电机的体积不变,因此铁的重量不变,在同一磁通密度下基本铁耗也不变。但附加铁耗有所降低,机械损耗则因直径变小而减小。再考虑到电流密度一定时,端部铜(铝)耗将减小,因此,电机中总损耗下降,效率提高。

(3)由于绕组端部较短,因此端部漏抗减小。一般情况下总漏抗将减小。

(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,线圈数目较粗短的电机较少,因而使线圈制造工时和绝缘材料的消耗减小。但电机冲片数目增多,冲片冲剪和铁芯叠压的工时增加,冲模磨损加剧;同时机座加工工时增加,并因铁芯直径较小,下线难度稍大,而可能使下线工时增多。(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。

7.电机的主要尺寸是指什么?怎样确定?

答:电机的主要尺寸是指电枢铁芯的直径和长度。对于直流电机,电枢直径是指转子外径;对于一般结构的感应电机和同步电机,则是指定子内径。电机的主要尺寸由其计算功率和转速之比n

p '或

计算转矩T 所决定。确定电机主要尺寸一般采用两种方法,即计算法和类比法。

⑴ 计算法:选取合理的电磁负荷求得D 2

l ef ;选适当的主要尺寸比 λ分别求得主要尺寸D 和l ef ;确定交流电机定子外径D 1,直流电机电枢外径D a ,对电枢长度进行圆整,并对外径标准化。 ⑵ 类比法:根据所设计的电机的具体条件(结构、材料、技术经济指标和工艺等),参照已生产过的同类型相似规格电机的设计和实验数据,直接初选主要尺寸及其他数据。

8.何谓系列电机,为什么电机厂生产的大多是系列电机?系列电机设计有哪些特点?

答:系列电机指技术要求,应用范围,结构型式,冷却方式,生产工艺基本相同,功率及安装尺寸按一定规律递增,零部件通用性很高的一系列电机。因为生产系列电机生产简单并给制造,使用和维护带来很大方便,可成批生产通用性很高的理工部件,使生产过程机械化,自动化,有利于提高产品质量,降低成本。其设计特点:1.功率按一定规律递增2.安装尺寸和功率等级相适应3.电枢冲片外径充分利用现已有的工艺设备 4.重视零部件的标准化,系列化,通用化 5.考虑派生的可能性。

第三章

1. 为什么可以将电机内部比较复杂的磁场当作比较简单的磁路计算?

答:为简化计算,可将复杂的磁场以磁极为对称单元,依据磁路理论?∑→

=

l

i l d H ,

电流可找到一条磁极中心线包含全部励磁电流的磁路简化计算。

2.磁路计算时为什么要选择通过磁极中心的一条磁力线路径来计算,选用其他路径是否也可得到同样的结果?

答:磁路计算时选择通过磁极中心的一条磁力线的原因是此路径包围所有的电流,此路径的气隙和铁芯的B 、H 以及相应的尺寸较容易计算。选用其他路径也可得到相同的结果。

3.磁路计算的一般步骤是怎么样的?

答:①先根据假设条件将电机内的磁路分段。

②利用磁路定律列写各段的磁压降和磁通密度的关系式,该关系式是磁路尺寸参数和材料特性的函数。

③修正磁场,简化磁路计算过程中带来的偏差,给出磁压降和磁通密度关系式的修正公式。

4.气隙系数K δ的引入是考虑了什么问题?假设其他条件相同,而

把电枢槽由半闭口槽改为开口槽,则K δ将增大还是减小? 答:气隙系数K δ的引入是考虑因槽开口的影响使气隙磁阻增大的问题。由半闭口槽变成开口槽,由于磁通不变(因为外部电压不变),槽的磁阻增大,通过槽的磁通减小,通过齿部的磁通增大,即B δmax 增大,而B δ不变,K δ将增大.

5.空气隙在整个磁路中所占的长度很小,但却在整个磁路计算中占有重要的地位,为什么?

答:因为铁芯磁导率远大于空气磁导率,尽管气隙长度很小,但磁阻很大,导致在气隙上的磁压降占据整条闭合磁路的60%~85%,故而十分重要。

6.当齿磁通密度超过时,计算齿磁位降的方法为什么要作校正? 答:齿部磁密超过,此时齿部磁密比较饱和,铁的磁导率μ比较低,使齿部的磁阻和槽部相比差别不是很大。这样,一个齿距内的磁通大部分将由齿部进入轭部,部分磁通通过槽部进入轭部。因而齿部中的实际磁通密度B t 比通过公式t

't Fe ef b l K l B t

B t δ=

计算出

来的结果小些,即实际的磁场强度及磁压降也会小一些,所以要进行修正。

7.在不均匀磁场的计算中,为什么常把磁场看作均匀的,而将磁路长度(空气隙有效长度δef ,铁芯轴向有效长度l ef 和齿联轭磁

路长度L j )加以校正?校正系数有的大于1,有的小于1,试说明其物理意义?

答:为了简化计算而将磁场看成均匀的,δef 大于1对比校正是考虑到槽开口影响。l ef 大于1对比校正是考虑边缘效应,而齿联轭处有一部分磁路损失段。

8.感应电机满载时及空载时的磁化电流是怎样计算的?它们与哪些因素有关?若它们的数值过大,可以从哪些方面去调整效果更为显着?

答:1.先根据感应电势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要磁势;3.计算出磁化电流或空载特性。它们与线圈匝数,磁路尺寸,气隙大小,磁路饱和程度有关。若它们的数值过大,可从增加匝数,减小气隙来调整

9.将一台感应电机的频率由50Hz 改为60Hz ,维持原设计的冲片及励磁磁势不变,问应如何调整设计?在不计饱和时其值为多少?

解:维持冲片及励磁磁势不变,则磁通不变;根据dp K fN E Φ=44.4,当频率由50Hz 改为60Hz,要保持电机输出不变,则匝数应减少为原来的6

5

。又,在不计饱和时,铁耗将增加为原来的倍。

10.将一台380V ,Y 接法的电机改为接法,维持原冲片及磁化电流不变,问如何设计?

答:Y 接法的电机改为接法,将增大倍,频率不变;则将增大倍,又冲片不变,则不变,槽尺寸不变,又不变,所以需增大倍,槽尺寸不变,则线径应适当减小。

11.解释气隙系数K δ,有效气隙长度δef ,计算极弧系数'

p α,波幅系数F δ,极弧计算长度‘

p b ,饱和系数K s ,波形系数K Nm ,残隙δf ,铁芯叠压系数K Fe ,槽系数k s ,磁极漏磁系数σ的含义。 答:1.气隙系数K δ表示了由于齿槽存在而使气隙磁密增大的倍数 2.有效气隙长度δef 是指用一台无槽电机来代替有槽电机,在气隙磁密的值仍当作有槽电机气隙磁密最大值B δ时,无槽电机的气隙长度

3.计算极弧系数'

p α=

δδB B av

,表示气隙磁密平均值与最大值之比 4.波幅系数F δ='1p

α=av

B B

δδ,表示气隙磁密最大值与平均值之比

5.极弧计算长度τα''p b p =是假想每极气隙磁通集中在一定范围

内,并认为在这个范围内气隙磁场均匀分布,其磁密等于最大值B δ

6.饱和系数K s 表示了齿部磁路的饱和程度,δ

δF F F F K S t2

t1++=

其中,F δ为气隙磁压降;F t1为定子齿部磁压降;F t2为转子齿部磁压降

7.波形系数K Nm 为半波有效值与半波平均值的比值,对于正弦波K Nm =,随着K s 的增大,B δav 增大,因此K Nm 逐渐减小

8.残隙δf :由于工艺上的原因及旋转时离心力的作用,凸极同步电机转子磁极与磁轭的接触面不可能处处密合,而在局部出现残隙,在磁路计算时把它看成磁路之中附加了一个均匀的等值气隙 9.铁芯叠压系数K Fe 是考虑了由于硅钢片的叠压而使齿的计算截面积减小而引入的系数,对厚的涂漆硅钢片,K Fe ≈~

10.槽系数k s (小写k)又称磁分路系数,决定于齿、槽尺寸,是该处槽的导磁截面积与该处齿的截面积的比值 11.磁极漏磁系数Φ

Φ+

=σσ

1,是表征漏磁通所占比例大小的量,

σ值过大,电机设计得就不够经济,且对电机的运行特性可能产生不良影响 第四章 1.从等式σ

K X *=1

B A δ可知,1B δ越大,漏抗标幺值越小,试说明漏

抗绝对值是否也变小?为什么?

答:漏抗的计算问题可以归结为相应的比漏磁导的计算。也就是,漏抗的计算可归结为漏磁链的计算,对于一定的绕组,便只是漏磁通的计算。因为1B δ增大,得到漏磁通增大,漏抗绝对值变大。

2. 漏抗的大小对交流电机的性能有何影响?

答:一方面漏抗不能过小,否则同步发电机短路时或感应电机起动时将产生不能允许的电流。另一方面漏抗又不能过大,否则会引起同步发电机的电压变化率增大,感应电动机的功率因数、最大转矩和起动转矩降低(若为直流电机则换向条件恶化)。

3. 槽数越多为什么每相漏抗变小?试从物理概念上进行说明。 答:由每相槽漏抗公式s ef

s

l X λμπpq

N f 42

0=可知,当槽数越大,即q

越大,漏抗变小,从物理概念上采用分布绕组和增大槽数都是使每相槽产生的磁势波形的基波越接近正弦波从而减少每相槽漏抗.

4. 有些资料中把笼形绕组的相数取作Z 2,有些资料中又取作p

Z 2,

究竟应该取等于多少?为什么?

答:两种都可以,因为都是对定子磁场的波形进行分析的。一般地,如果Z 2可以被P 整除,则可以将笼型绕组的相数取为p

Z 2,如

果Z 2不能被P 整除,则可以将笼型绕组的相数取为Z 2。 5. 试写出主电抗,槽漏抗,谐波漏抗的计算公式,并说明其大小主要与哪些因素有关? 答:①主电抗: m ef

l λμπpq N f 4X 2

0m

= ,ef

m q δπτλ22

dp1mK = ,其大小主要与绕组每相匝数的平方,基波绕组系数,电枢轴向计算长度,极

距与气隙有效长度之比,频率有关。

②槽漏抗:s s

X λμπpq N l f 42

ef

0= ,s

0s 1b h 3b h +=s λ 其大小主要与绕组

每相匝数的平方,电枢轴向计算长度,频率,每极每相槽数以及具体的槽宽、槽深和槽型有关。 ③谐波漏抗:

δδλμπpq

N f 4X 2

0ef

l = ,∑=s m 2ef

q δπτ

λδ,

∑∑=2

dp )K (

s ν

ν

,其大小主要与绕组每相匝数的平方,电枢轴向计

算长度,频率,极距与气隙有效长度之比,各次谐波绕组系数有关。

6. 感应电机励磁电抗的大小主要与哪些因素有关?它对电机的性能有什么影响? 答:由主要关系式m m

X λμπpq N l f 42

ef

0=,ef

m q δπτλ22

dp1mK =可知,在频率f ,

相数m ,极数p 一定的情况下,感应电机的主电抗X m 主要与绕组每相匝数的平方,基波绕组系数K dp1,电枢轴向计算长度l ef 及极距与气隙之比δ

τ

有关。当主电抗增大时,功率因数也会增加。

7. 如果设计的电机漏抗太大,欲使之下降,应改变哪些设计数据最为有效? 答:由∑=λμπσ

pq

N l f 42ef

0X 可知改变匝数,即适当减少电机匝数,

另外也可以调整电机尺寸,如增加电机槽数,及采用分布绕组或漏抗含量少的绕组,也可以适当调整电磁负载来减小电机漏抗。

8.齿顶漏抗与谐波漏抗有何区别?在哪种电机里需要计算齿顶

漏抗?为什么?

答:一般把由各次谐波磁场所感生的基频电势看作为漏抗压降,相应的电抗称之为谐波漏抗。而在同步电机里,由于气隙一般比较大,气隙磁场不是完全沿径向方向穿越气隙,其一部分磁力线经由一个齿顶进入另一个齿顶形成闭合回路,这些磁通称之为齿顶漏磁通,与之相应的漏抗即为齿顶漏抗。但是有一部分谐波磁场也不是沿径向穿越气隙而经由齿顶之间闭合。在隐极同步电机,由于气隙是均匀的,可利用齿顶漏抗直接计算。

9.电阻的大小对电机有何影响?

答:电阻的大小不仅影响电机的经济性,并且与电机的运行性能有着极密切的关系。电阻越大,电机运行时绕组中的电损耗就越大,绕组中瞬变电流增长或衰减速度越快,感应电机转子电阻的大小对其转矩特性影响特别突出。

10.单层整距绕组的槽漏抗如何计算?(磁链法)

答:设槽内有N s根串联导体,其电流有效值为I,计算磁链时,

h 0段与h 1段分别计算,并设计算点距槽底的距离为x ,取微元厚度为dx ,槽长为l ef 。 h 0

段:

I

N b H s 2s x ?=?

s

b I

H 2N s x =

x x H B ?=0μ

dx l B d ef x x ??=Φ x s x d N d Φ?=ψ ?

+=

11

h h h x x d ψψ I

L 2x

0ψ=

h 1

段:I

N h b H s s 2x

1

x

?

?=

?1

s 2xN h b I

H s x =

x x H B ?=0μ

dx l B d ef x x ??=Φ x s x

d N h x

d Φ?=

1

ψ ?

=1

h x x d ψψ I

L 2x

1ψ=

)3(

102

021's s

s ef s b h b h l N L L L +=+=μ )3(

221002'

's

s ef s s s b h

b h l fN fL X +==μππ 假设绕组每相并联支路数为a ,则每一支路中有

a

pq

2个槽中的导体相互串联,故每一支路的

槽漏抗等于

'2s X a

pq

,每相中有a 条支路并联,因此每相槽漏抗'2

2s s X a pq

X =

,考虑到

pq

Na

N s

=,得单层矩形开口槽的每相槽漏抗s ef

s pq N l f X λμπ204=,其中s

s s b h

b h 013+=

λ

A )s ef

s pq N l f X λμπ2

04= s

s s b h b h 013+=λ(矩形开口槽) B )s ef

s pq N l f X λμπ2

04= 0

023785.03b h b h b h s s s +++=λ (半闭口槽) C )s ef

s pq N l f X λμπ2

04= s

s s s s s b h b b h b h b b h 010*******)(32+++++=λ

D )s ef

s pq N l f X λμπ2

04= 0

062.0b h s +=λ(圆形半闭口槽)

备注:在电磁场的计算中,H ,B ,Ψ均为幅值,故电流取用I 2 第五章

1.空载铁芯损耗的大小主要与哪些因素有关?

答:空载铁芯损耗主要是涡流损耗和磁滞损耗,其大小主要与磁通密度B 的平方,交变磁化频率f 及材料性能常数等有关。

2.要减小负载时绕组铜中的附加损耗,一般采用哪些措施? 答:附加损耗主要由漏磁产生,而漏磁又主要是谐波和齿谐波产生的,当要减小负载附加损耗时,可用谐波含量少的绕组,分布绕组,也可以用斜槽,近槽配合来减少齿谐波。

3.在凸极同步电机中,空载表面损耗与负载时由绕组磁势齿谐波

引起的磁极表面损耗有何区别?(指出产生的原因与哪些因素有关)

答:空载表面损耗的产生是由于转子磁势不是严格的正弦波以及开槽导致的气隙磁密不均匀使磁场中有谐波存在,转子相对于谐波磁场转动产生了涡流损耗;负载时的磁极表面损耗的产生是由于定子中的电流产生的磁势含有的谐波在转子表面感生涡流产生损耗,两者的区别在于磁势产生的源不同。

空载表面损耗的影响因素为励磁电流的大小,转子磁极的形状,定子开槽的情况,气隙的大小;负载时的磁极表面损耗主要影响因素为定子电流中的谐波成分,绕组的节距与分布,定子开槽的情况,气隙的大小。

4.若将一台感应电机的额定频率由50Hz 改为60Hz ,要求保持励磁磁势基本不变,应改变什么为最佳?采取措施后,基本铁耗在不计饱和影响时会不会发生变化? 答:由dp

4.44NfK E =

Φ分析得,如果要维持原设计冲片励磁磁势不

变,就要维持φ不变,所以N 要减少到原设计的6

5,从而保持励磁磁势基本不变、磁密不变。由公式得,基本铁耗会增加。 第六章

1.电机中常用的通风冷却系统有哪几种?选择和设计通风系统

时应注意哪些问题?

答:(1)开炉冷却(自由循环)或闭路冷却(封闭循环);(2)径向、轴向和混合式通风系统;(3)抽出式和鼓入式;(4)外冷与内冷。

在选择和设计通风系统时要综合考虑电机的尺寸(如轴向长度)、功率大小和温升对冷却的要求与冷却的成本的影响,来确定采用冷却系统的方式,还要考虑其运行环境与运行要求。

2.抽出式和鼓入式两种冷却方式哪一种冷却能力较高?为什么?

答:抽出式冷却能力较高。由于抽出式的冷空气首先和电机的发热部分接触,且能采取直径较大的风扇,而鼓入式的冷却空气却首先通过风扇,被风扇的损耗加热后,再和电机的发热部分接触。

3.试比较离心式风扇和轴流式风扇的工作原理,它们各有什么优缺点?为什么在一般中小型电机中很少用轴流式风扇?

答:离心式风扇的工作原理是风扇转动时,处于其叶片间的气体受离心力的作用向外飞逸,因而在风扇叶轮边缘出口处形成压力。优点是压力较高,缺点是效率较低。轴流式风扇的工作原理是风扇转动时,气体受叶片鼓动沿轴向方向在风扇出口处形成压力。优点是效率高,缺点是压力低。感应电机和凸极同步机的孔缝很小,使得轴向风很难通过,只有直流电机可以有轴流式风扇

而直流电机的应用范围很小,而且离心式风扇能产生较高压力。由于一般电机特别是中小型电机是交流电机,使用的是离心式风扇,故中小型电机很少采用轴流式风扇。

第十章

1.在三相感应电动机的设计中,选择电磁负荷时应考虑哪些问题?又A与Bδ之间的比例关系对哪些量有影响?

答:应考虑电机的材料,绝缘等级,冷却方式,使用范围,转速,功率大小等因素,A与Bδ之间比值对漏抗大小,漏抗标幺值大小,磁化电流的标幺值有影响,当选取较高的Bδ或较低的A时,I m*增大,使功率因数下降,Xδ*减小,从而电机的最大转矩,起动转矩和起动电流会增大。

2.三相感应电机中,气隙的大小对电机性能有哪些影响?一台三相笼型转子感应电动机,起动时间过长不符合要求,在不拆定子绕组的情况下,应采取什么措施来解决这一问题?这样做对电机其他性能有何影响?

答:气隙的大小主要对励磁电流、功率因数和附加损耗有影响,通常气隙δ取得尽可能的小,以降低空载电流,因为感应电机的功率因数cos 主要决定于空载电流,但是气隙不能过小,否则除影响机械可靠性外,还会使谐波磁场和谐波漏抗增大,导致起动转矩和最大转矩减小,谐波转矩和附加损耗增加,进而造成较

高的温升和较大的噪声。故在不拆定子绕组的情况下可以在转子外围增大气隙从而增大起动转矩。但这样做会使电机的励磁电流增加从而减小功率因数。

3.在普通中小笼型三相感应电机中,极数越多则1

1

i D D 的比值越大,试说明造成这一趋势的原因?

答:极数增加,则每极面积成比例减小,再由于铁芯饱和的原因,磁密不变,导致每极磁通减小,轭部磁通相应减小。可以相应减小电机轭部,从而1

1

i D D 增大。

4.为什么计算三相感应电动机的起动性能必须考虑集肤效应和饱和效应?它们分别对哪些参数的哪个部分有影响?

答:由于起动时电流很大,会使定转子的磁路高度饱和,另外电机转子频率等于电源频率,比正常运行时高很多,这些原因真实存在,造成的集肤效应和饱和效应对电机的起动有影响,所以必须考虑,集肤效应会增加起动电阻从而提高起动转矩,降低起动电流,饱和效应可以使定转子漏抗减小,从而减小起动转矩。

5.在三相感应电动机的电磁计算中应考虑哪些性能指标?如果计算结果发现效率不符合要求,应从哪些方面着手调整? 答:应考虑1.效率η 2.功率因数cos ? 3.最大转矩倍数

N

T T max

4.

电机设计方法

第2章电磁场有限元分析简介 电磁场的边值问题实际上是求解给定边界条件下的麦克斯韦(Maxwell)方程组及由方程组深化出的其他偏微分方程问题。从求解问题的技术手段上来说,它可以分为解析求解和数值求解两大类。对于简单模型,有时可以得到方程的解析解。若模型复杂度增加,则往往很难获得模型的解析解。随着计算工具,特别是高速大容量电子计算机的发展,电磁场数值分析已深入到工业生产各个领域,解决问题的面越来越广,分析的问题也日趋复杂。电磁场数值分析是一门综合性的学科,涉及电磁场理论、数值分析、计算方法、计算机基础知识及高级语言等多个方面,但在计算上存在着共性。有限元法是一种常用的数值方法,并有相应的电磁软件问世,其中ANSOFT公司的Maxwell 3D/2D就是非常优秀的电磁分析软件。 本章将对电磁场的基本理论、电磁场有限元的求解及ANSOFT公司的Maxwell 3D/2D 作简单的介绍。至于完整的电磁理论描述,读者可以参考许多教科书。如果读者已熟悉电磁理论,完全可以略过本章,直接从第2章开始学习如何使用Maxwell电磁软件。 1.1电磁场基本理论 1.1.1麦克斯韦方程组 在19世纪中叶,麦克斯韦在总结前人工作的基础上,提出了适用于所有宏观电磁现象的数学模型,称之为麦克期韦方程组。它是电磁场理论的基础,也是工程电磁场数值分析的出发点。 麦克斯韦方程组包括微分和积分两种形式,在此仅给出它们的微分形式,通过它们可以导出能用有限元处理电磁问题的微分方程。 麦克斯韦方程组为 法拉第电磁感应定律 麦克斯韦-安培定律 高斯电通定律 高斯磁通定律 电荷守恒定律

式中,E为电场强度,V/m;D为电通量密度,C/m;H为磁场强度,A/m;B为磁通量密度,T;J为电流密度,A/㎡;P为电荷密度C/m3。 上面5个方程中包含两个旋度方程式(1.1)、式(1.2)和3个散度方程式(1.3)、式(1.4)和式(1.5)。

重庆大学机械设计基础实验报告

竭诚为您提供优质文档/双击可除重庆大学机械设计基础实验报告 篇一:实验14实验指导书重庆大学机械基础实验报告 实验14机械系统原理方案创新设计 机械创新设计的目的是设计出工作机理独特有效、结构新颖巧妙的机械产品。机械创新设计的关键是原理方案设计,它决定了产品的质量、性能、功效和性价比等。原理方案设计的基本要求有许许多多,其中最重要的,一是机械产品能够实现预期功能,二是性能良好。为达到第一个基本要求,常常采用“功能分析法”,将机械产品的总功能逐次分解成 多个基本功能,进而找出实现这些基本功能的基本机构,将这些基本机构组合后形成创新设计的方案。为达到第二个基本要求,常常是在多个方案中优选,并可用设问探求法优化方案。所以设计者首先必须知道各种机构能够具有哪些预期功能,以及实现预期功能的性能如何,其次要了解创新设计的主要技法。 14.1实验目的 1.了解机械原理方案设计的内容、过程及创新设计技

法,巩固《机械创新设计》理论知识。 2.了解各种传动系统的功能及特点、各种机构的功能及特点、机构尺度综合的方法,巩固《机械原理》理论知识。 3.根据给定的设计平台和设计任务,设计出机器原理方案,训练创新设计方法启发创新思维、意识。 14.2实验器材 JpYs-cD机械系统原理方案创新设计实验台1.机械结构(1)总体结构如图14-1所示。 JpYs-cD机械系统原理方案创新设计实验台总体结构如图14-1所示,主要由底座(安装平台)、驱动源、减速器、联轴器、带、链、过渡节、平面执行机构等传动部件组成。可根据需要按一定的形式组合成不同的机械传动系统。其中底座(安装平台)、驱动源、传动部件、负载部件为整体结构。底座(安装平台)上有T形槽,可根据安装需要布置系统。 1 图14-1JpYs-cD机械系统原理方案创新设计实验台总体结构 (2)安装平台 安装平台由机柜和铸铁平台组成,如图14-2所示,铸铁平台上有纵横间隔(100mm)的T型滑槽作为安装组件用。 图14-2安装平台 (3)驱动源的组成(图14-3)

直流无刷电机本体设计解读

电机与拖动基础 课程设计报告 设计题目: 学号: 指导教师: 信息与电气工程学院 二零一六年七月

直流无刷电机本体设计 1. 设计任务 (1) 额定功率 80N P W = (2) 额定电压310N U V ≤ (3) 电动机运行时额定转速 1000/min N n r = (4) 发电机运行时空载转速max 6000/min n r = (5) 最大允许过载倍数 2.5λ= (6) 耐冲击能力21500/m a m s = (7) 机壳外径42D mm ≤ 设计内容: 1. 根据给定的技术指标,计算电机基本尺寸,包括:定子铁心外径、定子铁心内径、铁心长度等。 2. 磁路计算,包括极对选择、磁钢选型、磁钢厚度、气隙长度等方面计算。 3. 定子绕组计算,包括定子绕组形式、定子槽数、绕组节距等计算。 2. 理论与计算过程 2.1 直流无刷电机的基本组成环节 直流无刷电动机的结构原理如图2-1-1所示。它主要由电机本体、位置传感器和电子开关线路三部分组成。电机本体在结构上与永磁同步电动机相似,但没有笼型绕组和其他起动装置。其定子绕组一般制成多相(三相、四相、五相不等),转子由永久磁钢按一定极对数(2p=2,4,……)组成。图中的电机本体为三相电机。三相定子绕组分别与电子开关线路中相应的功率开关器件连接,位置传感器的跟踪转子与电动机转轴相连接。 当定子绕组的某一相通电时,该电流与转子永久磁钢的磁极所产生的磁场相互作用而产生转矩,驱动转子旋转,再由位置传感器将转子磁钢位置变换成电信号,去控制电子开关线路,从而使定子各相绕组按一定次序导通,定子相电流随转子位置的变化而按一定的次序换相。由于电子开关线路的导通次序是与转子转角同步的,因而起到了机械换向器的换向作用。 因此,所谓直流无刷电机,就其基本结构而言,可以认为是一台由电子开关线路、永磁式同步电机以及位置传感器三者组成的“电动机系统”。其原理框图如图2-1-2所示。

刘亚敏1520310052--电机现代设计方法与优化作业

电机现代设计方法与优化作业 电气工程刘亚敏 1520310052 1、所用算法的寻优策略 本篇论文所采用的算法为蚁群算法,又称蚂蚁算法,其定义为:各个蚂蚁在没有事先告诉他们食物在什么地方的前提下开始寻找食物。当一只找到食物以后,它会向环境释放一种挥发性分泌物pheromone (信息素,该物质随着时间的推移会逐渐挥发消失,信息素浓度的大小表征路径的远近)来实现的,吸引其他的蚂蚁过来,这样越来越多的蚂蚁会找到食物。有些蚂蚁并没有像其它蚂蚁一样总重复同样的路,他们会另辟蹊径,如果另开辟的道路比原来的其他道路更短,那么,渐渐地,更多的蚂蚁被吸引到这条较短的路上来。最后,经过一段时间运行,可能会出现一条最短的路径被大多数蚂蚁重复着。 蚁群算法是一种新型的模拟进化算法,该算法通过模拟蚂蚁觅食的方式,使一定数量的蚂蚁在解空间内进行随机搜索,对路径上蚂蚁释放的信息素进行更新,按照转移概率决定前进的方向,最后收敛于全局最优解。蚁群算法具有较强的鲁棒性。相对于其它算法,蚁群算法对初始路线要求不高,即蚁群算法的求解结果不依赖子初始路线的选择,而且在搜索过程中不需要进行人工的调整。其次,蚁群算法的参数数目少,设置简单,易于蚁群算法应用到其它组合优化问题的求解。现在蚁群算法己经在电力网络优化、网络路中分配、函数优化和集成电路布线等领域得到应用。本文将蚁群算法进行了改进,将其用于永磁同步电机的优化设计中。

2、论文对算法的改进 算法与其它智能优化算法相比,存在搜索时间长的缺陷,该算法的复杂度可以反映这一点;而且该算法容易出现停滞现象,即搜索到一定程度后,所有个体发现的解完全一致,不能对解空间进行进一步的搜索,不利于发现更好的解。本文借鉴蚁群算法的进化思想,针对以上提及的两个问题,将算法的数学模型做了三方面的改进。 2.1转移规则的改进 对每只蚂蚁i ,定义其函数值为相应的目标函数值Zi ,并记蚂蚁i 与蚂蚁j 的目标函数值的差值为 蚂蚁j 到蚂蚁i 的转移概率为 式中:———蚂蚁j 邻域内的信息素数量; α和β———算法的权重因子,本文取α=β =1。 2.2信息素更新规则的改进 由于信息素强度Q 是表征蚂蚁所经轨迹数量的一个常数,它影响算法的全局收敛速度[ 5]。蚂蚁之间通过信息素进行交流,因此, 本文针对蚁群算法寻优过程易陷入局部最小的弊端,提出根据算法搜索的情况,动态修改需要增加的信息素的方法。即用时变函数Q(t)

电机设计基础复习

电机设计复习版(May you pass!!!) 第一章 2.电机设计的任务 ① 根据用户提出的产品规格(功率、电压、转速)和技术要求(效 率、参数、温升、机械可靠性);② 结合技术经济方面国家的方针政策和生产实际情况;③ 运用有关的理论和计算方法;④ 正确处理设计中遇到的多种矛盾; 设计出性能好,体积小、结构简单、运行可靠。制造和使用、维修方便的先进产品。 3.设计的依据 给定:(1)额定功率(2)额定电压(3)相数及相间连接法(4)额定频率(5)额定转速(6)额定功率因数 感应电机 1-5 同步电机1-6 直流电机1 2 5 4.电机设计过程 :① 准备阶段② 电磁设计③ 结构设计 第二章 5.主要尺寸:靠近气隙的电枢直径(D )与铁心有效长度(L ) 直流电机D 为转子外径.交流电机D 为转子内径 6. 电机的主要参数之间的关系式 计算功率: m ── 电枢绕组相数;E ── 电枢绕组相电势 I ── 电枢绕组相电流 310()P mEI KVA -'=?

7从确定主要尺寸关系式所得的结论 1、电机的主要尺寸决定于:计算功率P’与转速n之比或计算转矩T’决定 2.、A 、Bδ不变时,相同功率的电机,n↑,尺寸较小; 尺寸相同的电机,n↑,功率较大 3、转速一定,若直径不变而采用不同长度可得不同的功率的电机 4、α?p KNm、Kdp一般变化不大电机的主要尺寸在很大程度上和选择的A 、Bδ有关, A 、Bδ↑,电机的尺寸就愈小。 8.几何相似定律 在电流密度、磁感应强度、转速、频率保持不变时,对一系列功率递增,几何相似的电机,每单位功

玩具设计中马达的选用技巧和方法

玩具设计中马达的选用技巧和方法(总2页) -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1 -CAL-本页仅作为文档封面,使用请直接删除

玩具设计中马达的选用技巧和方法 马达是玩具能够保持持续动力的主要动力源。设计人员在玩具生产中很少有机会设计一个马达,主要是选用。玩具马达的选用也有很多技巧和方法。 在玩具制造中常用的马达(电机),有万宝制(Mabuchi)、标准(Standard)等,这些马达生产厂家的产品都有马达性能的参照表,设计人员很少有机会设计一个马达,主要是选用,当然也可能因为某种原因而专门设计一个马达(很多马达厂的工程师都是从Mabuchi出来的,所以Mabuchi的标准基本可以用作玩具业的马达标准)。 用试验找出合适的转速比和扭矩 马达厂的标准是空载的转速,而转速比计算时,一般就是用空载转速的计算。行走类玩具的转速比在80~150之间,因玩具产品并非是一种精密的机械,所以可以通过调节齿轮的传动来得出实际需要的传动比。比如:齿轮传动中某一节的齿数比为20:8,实验发现转速太慢则可以试一下22:6,如果转速太快,又可以换18:10,这种办法非常方便。 马达产品都有一个最大载荷的数据,还有一个载荷与转速的关系。因为玩具产品一般不会很大而且是用电池驱动的较多,所以马达的载荷也不会很大。一般来说,载荷与扭矩越大,马达的体积也越大,所要的电池也越多,而且玩具的重量也越重,所以尽量选用合适的马达。一般保险起见,载荷与转速在曲线上升区的马达就管用。如果要节约成本,在找到一个大功率马达就可以起作用的情况下,换一个小功率的试一下。通过反复试验,找到一个功率较小又能满足要求的马达。 用收音机做干扰测试 马达的工作原理是不断地通过电刷来改变线圈中的电流,从而保证连续的转动。可以想像,马达里的磁铁越大,线圈越长,则扭矩会越大,而这种电流的改变会形成一个电磁波。电磁波的存在会对很多种家用电器造成干扰。如果一个小孩在等飞机的时候玩带有这种马达的玩具,还有可能影响飞机的起降。所以在实际工作中会增加一个抗干扰的垫圈(如DV WASHER , 0.5港币左右),但一般设计时都会在马达的两个电极上并联上一个陶瓷片电容或一个电阻(稳定电路的作用),一方面减少电刷与线圈转换时产生的电流影响,另一方面起稳定作用。实际工作中,用一个小收音机来做干扰测试器材,如不影响所有波段的电台就基本可以了。 马达转动轴一般是铁轴,而铁轴一般直接紧配一个6齿或8齿的0.5模数的齿轮(或一个小带轮或锅杆),当是齿轮或锅杆时,特别是锅杆时,会因为刚起动的瞬间,齿与齿之间会卡位,这时线圈中的电流会加大,而导致铁轴串动,串动就会解卡,所以在固定马达时千万不要把轴在轴的方向上固定死(致少要有0.5mm的余量)。

无刷电机设计基础知识三

3 无刷直流电动机的电磁设计 3.1 基本要求和主要指标 3.1.1基本要求 (1) 运行方式 直流无刷电动机的运行方式有连续、短时和断续三种 (2) 防护形式 一般直流电动机的防护型式主要有防护式和封闭式两种。 (3) 温升 一般交流电机包括同步电机和感应电机,转子不计算铁耗,然而该类电机正常稳态运行时,定子绕组产生的2个旋转磁场转速与转子本体转速存在较大的转差,转子铁芯损耗不容忽视。不仅电磁设计时,其电磁负荷的选择应与常规电机有所区别,而且对通风冷却结构设计应予足够的重视。 (4) 效率 (5) 电动机的转速变化率 明确电机转速运行的最大区间,并应指明电机的常用转速区间,以便选择合适的电机数据,获得良好的力能指标。 3.1.2主要指标 ①额定功率P N = 100W ②额定电压U N = 270V ③额定转速n N = 1000 r/min ④定子相数m = 3 ⑤极对数p = 4 ⑥定子槽数Z = 18 3.2 主要尺寸的确定 3.2.1 定子铁心内径D a的选择

我国目前制造的直流电机,其D a 与输出功率P N 的关系曲线如下,它可以作为选定D a 的初步依据。 由于P N /n N =0.0001,从张琛的《直流无刷电动机原理及应用》中图3.1定子内径D a 与单位转速输出功率P N /n N 的关系曲线查得: cm D a 5.5~0.4=,则取cm D a 5= 3.2.2 电磁负荷的选择 电负荷A 与磁负荷B 的选择与电动机的主要尺寸直接相关。同时,A ,B 的选择与电动机的运行性能和使用寿命也密切相关,因此必须全面考虑各种因素,才正确选择A,B 的值。 (1) 线负荷A 高,磁负荷B 不变 ① 电机体积减小,节约材料 ② B 一定时,由于铁心重量减小,铁耗减小 ③ 绕组用铜量增加 ④ 增大电枢单位表面上铜耗,绕组温升增高 ⑤ 影响电机参数和电机特性: q a =ρAJ (2) 磁负荷B 高,线负荷A 不变 ① 电机体积减小,节约材料 ② 基本铁耗增大 ③ 磁路饱和程度增大 ④ 影响电机参数和电机特性 电负荷A 与磁负荷B 与定子的内径D a 有关,根据已生产的电动机的经验数据绘制成曲线。 由于D a =5cm ,由张琛的《直流无刷电动机原理及应用》中图3.2电负荷A 与定子内径D 的关系得电负荷A=75~150A/cm ,取A =90。 由于D a =5cm ,由张琛的《直流无刷电动机原理及应用》中图3.3磁负荷B 与定子内径D 的关系得磁负荷B=0.50~0.65T ,取B=0.55T 3.2.3 转子磁钢计算长度L a 的确定 先确定极弧系数δα,由经验数据得确定9.0=δα。 转子磁钢计算长度: n p k AD B L D a a ???=ηαδδ27 101.6 ,则cm L a 0.7=

电机设计试卷

1. 若有两台电机的规格、材料、结构、绝缘等级与冷却条件均相同,若电机1 的线负荷A 选的比电机2的高,则两台电机的导体电流密度能否选一样,为什么?(10分) 2. 将一台感应电机的定子绕组匝数增加5%,同时将其铁心长度减少5%,其 余尺寸皆不变,试分析其空载电流、基本铁耗、性能指标的变化情况。(20分) 答:空载电流下降;基本铁耗减少;定子电抗、转子电抗、励磁电抗增加,定、转子电密增加;效率降低,功率因数增加,最大转矩倍数、起动转矩倍数、起动电流倍数减小。 3. 什么是电机主要尺寸关系式?根据它可以得出哪些重要结论。(10分) 4. 当电机气隙磁密()x B 为正弦分布时,即()x B x B sin δ=,极弧系数'p a 的值是 多少。(10分) 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,有关设计数据如何变化才好?不考虑饱和影响,变化值为多少?(15分) 答:要求维持原设计的冲片及励磁磁势不变,即是要保持F 及每极磁通Φ不变。 而L S L B HL F μμ Φ = = =, 所以Φ∝F 根据fN K K E dp Nm 4= Φ, 当f 改变时,要保持每极磁通Φ不变,需要改变每相串联 匝数N 。 不考虑饱和影响时,变化值为原来的5/6即可。 6. 要减少感应电机负载时的附加损耗,一般采取那些措施?(10分)

7. 气隙系数δK 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δK 是增大还是减少?(10分) 答:气隙系数δK 是因槽口影响使气隙磁阻增加而引入的系数。假定其他条件相同,而把电枢槽由半闭口槽改为开口槽,则δK 增大。 8. 在下表中填入“增大”、“减少”、“基本不变”字样,以正确反映感应电机设 计数据与参数之间的关系。(15分) 1. 感应电机满载时及空载时的磁化电流是怎样计算的?它们与哪些因素有关?若它们的数值过大,可从哪些方面去调整效果较为显著。(10分) 答:满载时时的磁化电流dp m mNK F I 0.90 = ,与满载时每极磁势F 0、、相数m ,每 相串联匝数N ,定子绕组系数dp K 有关。 空载时时的磁化电流dp m mNK F I 0.900 = ,与空载时每极磁势F 00、、相数m ,每相串 联匝数N ,定子绕组系数dp K 有关。 若它们的数值过大,调整每相串联匝数N 效果较为显著。 2. 将一台感应电机的定子绕组匝数增加5%,同时将其铁心长度减少5%,其余

电动车无刷电机控制器软件设计详解

电动车无刷电机控制器软件设计详解作者:谢渊斌原作发表在《电子报2007年合订本》下册版权保留,转帖请注明出处本文以MICROCHIP公司所生产的PIC16F72为基础说明软件编程方面所涉及的要点,此文所涉及的源程序均以PIC的汇编语言为例。由于软件不可避免需与硬件相结合,所以此文可能出现硬件电路图或示意图。本文适合在单片机编程方面有一定经验的读者,有些基础知识恕不一一介绍。我们先列一下电动车无刷马达控制器的基本要求:功能性要求:1.电子换相2.无级调速3.刹车断电4.附加功能a.限速b.1+1助力c.EBS柔性电磁刹车d.定速巡航e.其它功能(消除换相噪

音,倒车等)安全性要求:1.限流驱动2.过流保护3.堵转保护3.电池欠压保护4.节能和降低温升5.附加功能(防盗锁死,温升限制等)6.附加故障检测功能从上面的要求来看,功能性要求和安全性要求的前三项用专用的无刷马达驱动芯片加上适当的外围电路均不难解决,代表芯片是摩托罗拉的MC33035,早期的控制器方案均用该集成块解决。但后来随着竞争加剧,很多厂商都增加了不少附加功能,一些附加功能用硬件来实现就比较困难,所以使用单片机来做控制的控制器迅速取代了硬件电路芯片。但是硬件控制和软件控制有很大的区别,硬件控制的反应速度仅仅受限于逻辑门的开关速度,而软件的运

行则需要时间。要使软件跟得上电机控制的需求,就必须要求软件在最短的时间内能够正确处理换相,电流限制等各种复杂动作,这就涉及到一个对外部信号的采样频率,采样时机,信号的内部处理判断及处理结果的输出,还有一些抗干扰措施等,这些都是软件设计中需要再三仔细考虑的东西。PIC16F72是一款哈佛结构,精简指令集的MCU,由于其数据总线和指令总线分开,总共35条单字指令,0-20M的时钟速度,所以其运算速度和抗干扰性能都非常出色,2K 字长的FLASH程序空间,22个可用的IO 口,同时又附加了3个定时/计数器,5个8位AD口,1个比较/捕捉/脉宽调制器,8个

电机设计知识点总结

电机设计知识点总结 《电机设计》是XX年6月1日清华大学出版社出版的图书,作者是戴文进。以下是小编整理的电机设计知识点总结,欢迎阅读。 电机设计的任务是根据用户提出的产品规格、技术要求,结合技术经济方面国家的方针政策和生产实际情况,运用有关的理论和计算方法,正确处理设计是遇到的各种矛盾,从而设计出性能良好、体积小、结构简单、运行可靠、制造和使用维修方便的先进产品。 额定功率 额定电压 相数及相间连接方式 额定频率 额定转速或同步转速 额定功率因数 1、准备阶段 通常包括两个方面的内容:首先是熟悉相关打国家标准,手机相近电机的产品样本和技术资料,并听取生产和使用单位的意见和要求;其次是在国家标准及分析有过资料的基础上编制技术任务书或技术建议书。 2、电磁设计 本阶段的任务是根据技术任务书的规定,参照生产实践

经验,通过计算和方案比较来确定与所设计电机电磁性能有关的的尺寸和数据,选定有关材料,并和算其电磁性能。 3、结构设计 结构设计的任务是确定电机的机械结构、零部件尺寸、加工要求与材料的规格及性能要求,包括必要的机械计算及通风和温升计算。 结构设计通常在电磁设计之后进行,但有时也和电磁设计平行交叉的进行,以便相互调整。 一、负载的转矩特性:负载的转矩特性是指生产机械工作机构的负载转矩与转速之间的关系即:n=f___恒转矩负载特性恒转矩负载是指负载转矩为常数, 其大小与转速n无关,恒转矩负载分反抗性恒转矩负载和位能性恒转矩负载。反抗性恒转矩负载特性:恒值负载转矩Tf总是与转速nf的方向相反,即作用方向是阻碍运动的方向。当正转时nf为正, Tf与nf方向相反,应为正,即在第一象限,当反转时nf为负, Tf与nf方向相反,应为负,即在第三象限;当转速nf=0时外加转矩不足以使系统运动。位能性恒转矩负载特性特点:Tf的方向与nf的方向无关。 Tf具有固定不变的方向。例如:起重机的提升机构,不论是提升重物还是下放重物,重力的作用总是方向朝下的,即重力产生的负载转矩方向固定。当nf>0时, Tf>0,是阻碍运动的制动性转矩;当nf0,是帮助运动的拖动性转矩。故

无刷直流永磁电动机设计流程和实例

无刷直流永磁电动机设计实例 一. 主要技术指标 1. 额定功率:W 30P N = 2. 额定电压:V U N 48=,直流 3. 额定电流:A I N 1< 3. 额定转速:m in /10000r n N = 4. 工作状态:短期运行 5. 设计方式:按方波设计 6. 外形尺寸:m 065.0036.0?φ 二. 主要尺寸的确定 1. 预取效率63.0='η、 2. 计算功率i P ' 直流电动机 W P K P N N m i 48.4063 .030 85.0'=?= = η,按陈世坤书。 长期运行 N i P P ?'' += 'ηη321 短期运行 N i P P ?'' += 'η η431 3. 预取线负荷m A A s /11000'= 4. 预取气隙磁感应强度T B 55.0'=δ 5. 预取计算极弧系数8.0=i α 6. 预取长径比(L/D )λ′=2

7.计算电枢内径 m n B A P D N s i i i 233 11037.110000 255.0110008.048 .401.61.6-?=?????=''''='λαδ 根据计算电枢内径取电枢内径值m D i 21104.1-?= 8. 气隙长度m 3107.0-?=δ 9. 电枢外径m D 211095.2-?= 10. 极对数p=1 11. 计算电枢铁芯长 m D L i 221108.2104.12--?=??='='λ 根据计算电枢铁芯长取电枢铁芯长L= m 2108.2-? 12. 极距 m p D i 22 1 102.22 104.114.32--?=??==πτ 13. 输入永磁体轴向长m L L m 2108.2-?== 三.定子结构 1. 齿数 Z=6 2. 齿距 m z D t i 22 1 10733.06 104.114.3--?=??==π 3. 槽形选择 梯形口扇形槽,见下图。 4. 预估齿宽: m K B tB b Fe t t 2210294.096 .043.155 .010733.0--?=???==δ ,t B 可由 设计者经验得1.43T ,t b 由工艺取m 210295.0-? 5. 预估轭高: m B K B a K lB h j Fe i Fe j j 211110323.056 .196.0255 .08.02.222-?=????=≈Φ= δδτ

(完整版)无刷电机的设计最终版

9-10 直流无刷电机的设计 9-10-1直流无刷电机的概述 直流电机有无可伦比的优点,体积小,重量轻,结构简单,速度变化范围大,供源简单,移动方便,价格低廉,制造简单,工艺性好等等,是我国用量最大的一种电机。 但是直流电机由于换向的需要,因此必需要由电刷和换向器来换向。由于换向器和电刷的作用,就给电机带来各种不良的影响,如噪声,电刷运行寿命,电机干扰和电机本身体积等问题。直流电机最大的缺点是电机寿命远远不如交流电机,交流同步电机等等无刷电机。 交流电机,交流同步电机是交流供电的,由于用的是交流电源,在50HZ 的交流电源中,一对极的交流异步电机的同步理论转速是:m in /30001 50 6060r p f n =?=?= ,在交 流同步电机中的同步转速也应该为m in /3000r ,如果把电源的频率调高或调低,则电 机的工作转速也可以很高或者较低的。但这个电机的供源是交流电,如果把直流电源通过电 路的转换,变成可以交变的波形供给交流电机或交流同步电机,那么交流异步电机或交流同步电机也可以很好的转动起来的,这就是直流无刷电机的最直观的概念。 要把直流电转换成单相或三相交变电源,在上世纪中叶还是一个非常麻烦的事,那时只有电子真空管,体积很大,输出电流很小,那时台式收音机就有12英寸的电视机那么大,无法和现在手指那么大的MP3相比拟。后来发明了半导体和相应的各种半导体技术使电子控制技术推向了一个新纪元。各种电源逆变,分配技术,换相技术的相继出现,许多高性能,高功率的半导体器件的研制成功,从而使电机领域出现了机电一体化的步进电机,直流无刷电机,并迅速在各个领域得到了广泛的应用。 当出现了永磁直流无刷电机后,就体现了它强大的生命力,永磁直流无刷电机有许多优点,如干扰小,(电路部分有一定的电磁干扰的),运行寿命长,调速性能好,控制方法多,输出力矩大,过载能力强,调速范围宽,起动响应快,运行平稳,效率高等。永磁无刷直流电机有许多交流异步电机,步进电机和直流电机不具备的优点。它广泛应用于办公机械,电脑,音响,通风行业,自动控制,仪器仪表,汽车,国防工业等等领域,特别一提的是,在电脑中,光驱动器,硬盘,DVD 等大量用了非常精密的形式不一的永磁无刷直流电机,目前社会上人们所骑的电动自行车上的电机绝大都数是采用了永磁直流无刷电机,这个量非常可观,这些也是用得最广泛,生产量最多的直流无刷电机。永磁直流无刷电机已经在时刻影响着人们的生活,在左右人类的生活的历史。 随着控制器的小型化,模块化,以前做得较大的控制器现在可以做得更小,有的可以和电机做在一起,使永磁无刷电机使用起来那么方便,那么的得心应手。许多永磁直流电机日益被永磁无刷直流电机所替代。在电机界,研究,开发永磁直流无刷电机是一种新的趋势。这方面的论著也比以往多起来了。 9-10-2永磁直流无刷电机工作原理 从电磁原理看,电机中如果一个永磁多极磁钢的转子(一对极也可以),外面的定子是由相对应极数的线圈组成,定子线圈如果能够产生一个单向的旋转磁场(不是脉振磁场)的话,转子因为该磁场的磁极作用而跟转,这样电机就可以转动起来,如果转子上加了个负载,为

重庆大学825机械设计基础清单

重庆大学825机械设计基础一全套考研资料<精品套餐> 第一部分历年真题(买全套送此项) ?1-1 重庆大学机械设计基础一真题历年真题主要用来研究考研的考点, 重点和出题思路,为考研最重要的必备资料。注:近几年部分学校官方不公开历年真题,若本店没有,市场上很难找到,如果自己购买到的话,本店报销购买真题的费用(以市场价格)! 同时试卷如无特别注明均没有答案。 第二部分笔记课件等重要资料 ?2-1 2014年考研复习规划指导:包含专业课复习计划和整体各阶段复习计划将基础、强化、冲刺阶段的复习方法和复习规划进行深度讲解,使考生整个专业课复习过程有目标、有秩序,运用科学的时间分配方案提高备考效率,并推理性分析择校择专业,免费赠送(E-mail发送) ? ?2-2 《机械原理》笔记由考取本校本专业高分研究生总结而来,重点突出,借助此笔记可以大大提高复习效率,是复习的绝佳参考资料,被考生亲切的称为“考研指南针”。 ?选择 ?2-3 《机械设计》笔记由考取本校本专业高分研究生总结而来,重点突出,借助此笔记可以大大提高复习效率,是复习的绝佳参考资料,被考生亲切的称为“考研指南针”。 ?选择 ?2-4 《机械设计》课件目标院校本科老师的授课精品课件,涵盖考研大纲所有重难点,内容详尽,因授课老师参与出题,所以参考价值很大,可以帮助考生把握报考院校的教 ?选择 ?2-5 《机械原理》课件目标院校本科老师的授课精品课件,涵盖考研大纲所有重难点,内容详尽,因授课老师参与出题,所以参考价值很大,可以帮助考生把握报考院校的教 ?选择 第三部分内部复习题等重要资料

?3-1 《机械原理》复习题,内部复习题库及答案由导师提供,涵盖重要考点、难点, ?选择 ?3-2 《机械设计》复习题,内部复习题库及答案由导师提供,涵盖重要考点、难点, ?选择 ?3-3 《机械设计》期末试题,本科期末考试题及答案,在一定程度上能反映学校考试重点,教学重点,部分学校期末题在考研试题有出现过,同时期末题一般也是目标院校考研 ?选择 ?3-4 《机械原理》期末试题,本科期末考试题及答案,在一定程度上能反映学校考试重点,教学重点,部分学校期末题在考研试题有出现过,同时期末题一般也是目标院校考研 ?选择 ?3-5 《机械原理》模拟题,考研复习模拟题及答案,冲刺阶段适用更为合适,参考价 ?选择 选择 ?全套资料包含上述所有,原价¥310 ?选择 指定/推荐参考书 ?1,《机械设计》濮良贵主编,高等教育出版社 2,《机械原理》黄茂林,秦伟主编机械工业出版社 3,《机械原理》孙恒主编高等教育出版社 适用专业 ?机械工程学院:车辆工程,机械电子工程,机械设计及理论,机械制造及其自动化

开关磁阻电机的电磁设计方法样本

年5 月 摘要 开关型磁阻电动机驱动系统(Switched Reluctance Drive,简称SRD电动机)。是20世纪80年代迅猛发展起来一种新型调速电机驱动系统。它是由功率变换电路、双凸极磁阻电机、控制器及位置检测器构成。它构造极其简朴,调速范畴宽,调速性能优秀,并且在整个调速范畴内都具备较高效率,系统可靠性高,是各国研究和开发热点之一。 本文简介了开关磁阻电机发展历史,应用领域以及它长处;对三相6/4构造开关磁阻电机与四相8/6构造开关磁阻电机进行了比较;对开关磁阻电机电磁设计与参数优化进行了分析与研究,简朴简介了ANSYS软件在开关磁阻电机电磁分析中应用;提出8/6构造开关磁阻电机一种设计方案;并对开关磁阻电机磁通波形和电机损耗进行了分析。 核心词:开关磁阻电机,磁场,电磁设计,参数优化

ABSTRACT The switched reluctance drive (SRD) is a new-type drived-electromotor system which develops rapidly since 1980,and consists of power converter circuits、the doubly-salient reluctance motor、the controller and the examination of position. The structure of the SRD is simple. It has a wide range and excellent performance in speed. It also has a high efficiency and high reliability. So the SRD is one of the hot spots which is studied and designed all over the world. This thesie introduced the SRD development history,the application domain as well as its merit;comparison to the three-phase 6/4 structure SRD with four-phase 8/6 structure SRD overall performance. also analysis and research SRD electromagnetism design and parameter optimization,and introduced ANSYS software in SRD electromagnetism analysis application;Proposes 8/6 structure SRD one kind of design proposal;And analysis to the switched reluctance drive magnetic flux profile and the loss of machine.

无感无刷电机基础

] ~ 无感无刷直流电机 基础原理 $ ;

前言 1.本文主要讲解无感无刷直流电机的基础原理部分,后续深入理解强烈推荐<<无感无刷电调设计全攻略>> 2. 如果发现我哪些内容讲错了,请加QQ不吝指正。 永夜极光 2017年 2 月

1. 无刷直流电机基础知识 三个基本定则 搞电调不是设计电机,不要被无刷电机教材的磁路、磁导率、去磁曲线等术语吓倒,那些东西对搞电调的人来说,意义不大。对入门开发者来说,只需要记牢三个基本定则:左手定则,右手定则,右手螺旋定则。 左手定则--通电导体在磁场中受到力的作用 导体受力方向 1.伸开左手,使大拇指和其余四指垂直 2.把手心面向 N 极,四指顺着电流的方向,那么大拇指所指方 向就是导体受力方向。 力的大小:F = BILsinθ B为磁感应强度(单位 T) I为电流大小(单位 A) L 为导体有效长度(单位 m) F 为力的大小(单位 N),θ为: B 和I 的夹角。 右手定则--导体切割磁感线,产生感应电动势 电动势大小:E = vBLsinθ v 为导体的运动速度(单位m/s) B 为磁感应强度(单位 T) L 为导体长度(单位m) θ为B和L的夹角。

右手螺旋定则--通电螺线管能够产生磁场 磁场方向 1.右手握住通电螺线管 2.使四指弯曲与电流方向一致 3.大拇指所指的那一端就是通电螺旋管的 N 极。 磁铁静止时的指向 静止时,条形磁铁方向与磁场方向相同

电机基本概念 电动机: 电动机也叫马达,电动机是将电能转换成机 械能的部件。 转子: 电动机工作时转动的部分。 定子: 电动机工作时不转动的部分。 内转子电机:转子在定子内部 外转子电机:转子在定子外部 绕组: 绕组就是定子或者转子上的线圈,通电后就会形成一 定的磁场,从而推动转子旋转 磁极结构:后文的磁极只标明了表面的磁极,省略了不起作用的磁极 极数: N极,S级的总数,右图电机有6极 极对数: 一个南极(S极) ,一个北极(N极) ,算一对磁极极对数=级数÷2,右图电机有3极对 机械角度: 就是数学中的“空间几何角度”,恒等于360度。 电角度: 磁场每转过一对磁极,导体的电动势变化一个周期,定义一个周期为360°电角度。 电角度=机械角度*极对数 若电机有K对极,那么整个定子内圆有K*360°电角度,右图电机有4对极,因此一圈是360°机械角度,1440°电角度

无刷直流电动机设计

无刷直流电动机硬件设计 3.1 逆变主电路设计 3.1.1 功率开关主电路 图3-1 功率开关主电路原理图 逆变器将直流电转换成交流电向电机供电。与一般逆变器不同,它的输出频率不是独立调节的,而是受控于转子位置信号,是一个“自控式逆变器”。由于采用自控式逆变器,无刷直流电动机输入电流的频率和电机转速始终保持同步,电机和逆变器不会产生振荡和失步,这也是无刷直流电动机的重要优点之一。 3.1.2 逆变开关元件选择和计算 MOSFET在1960年由贝尔实验室(Bell Lab.)的D. Kahng和 Martin Atalla 首次实验成功,这种元件的操作原理和1947年萧克莱(William Shockley)等人发明的双载子晶体管(Bipolar Junction Transistor, BJT)截然不同,且因为制造成本低廉与使用面积较小、高整合度的优势,在大型积体电路(Large-Scale Integrated Circuits, LSI)或是超大型积体电路(Very Large-Scale Integrated Circuits, VLSI)的领域里,重要性远超过BJT。 近年来由于MOSFET元件的性能逐渐提升,除了传统上应用于诸如微处理器、微控制器等数位讯号处理的场合上,也有越来越多类比讯号处理的积体电路可以用MOSFET来实现。 表3-1对IGBT、GTR、GTO 和电力MOSFET的优缺点的比较 器件优点缺点

IGBT 开关速度高,开关损耗小,具有耐脉冲电流冲击的能力,通态压降较低,输入阻抗高,为电压驱 动,驱动功率小 开关速度低于电力MOSFET,电压,电流容量 不及GTO GTR 耐压高,电流大,开关特性好,通流能力强,饱和压降低 开关速度低,为电流驱动,所需驱动功率大,驱 动电路复杂,存在二次击 穿问题 GTO 电压、电流容量大,适用 于大功率场合,具有电导 调制效应,其通流能力很 强 电流关断增益很小,关断时门极负脉冲电流大,开关速度低,驱动功率大,驱动电路复杂,开关频率 低 电 力 MOSFET 开关速度快,输入阻抗高,热稳定性好,所需驱动功率小且驱动电路简单,工作频率高,不存在 二次击穿问题 电流容量小,耐压低,一般只适用于功率不超过 10kW 的电力电子装置 通过上述的比较,我选择MOSFET 。 电枢额定电流I aH =8.5A ,因为每个控制元件导通120o ,所以控制元件的峰值电 流可以由以下方程算出。 2/3018.52Idt ππ =?,通过计算可得I=25.5A , 额定电压U H =36V ,峰值电压应有一个百分之40的余量所以 U M =U H *1.4=36*1.4=50.4V 通过以上计算,可得出选择的MOSFET 峰值电流为25A,峰值电压为50V 。 3.2 逆变开关管驱动电路设计 3.2.1 IR2110功能介绍 (1) IR2110的特点有:输出驱动隔离电压可达500V ;芯片自身的门输入驱动范围为10~20V ;输入端带施密特触发电器;可实现两路分立的驱动输出,可驱 动高压高频器件,如IGBT 、功率MOSFET 等,且工作频率高可达500KHz ,开通、关断延迟小,分别为120ns 和94ns ;逻辑电源的输入范围(脚9)5~15V ,可方便的与TTL ,CMOS 电平相匹配。 (2) IR2110 主要功能及技术参数

电机绝缘设计基础知识

电机绝缘设计基础知识 1、常用术语解释 电机内各种绝缘材料的使用寿命与其工作温度密切相关。温度过高,就会加速绝缘材料的老化,甚至电机烧毁。电机绝缘设计中常用的一些术语解释如下: ◆绝缘材料:用来使器件在电气上绝缘的材料。 ◆绝缘结构:一种或几种绝缘材料的组合。 ◆耐热等级:表示绝缘结构的最高允许工作温度,并在这样的温度下它能在预定的 使用期内维持其性能,在允许的范围内及其所分的等级。 ◆绝缘材料的允许温度:超过某个限度,绝缘材料的寿命就急剧缩短,甚至会烧毁。 该温度限度,即为绝缘材料的允许温度。 ◆温升:某一点的温度与参考(或基准)温度之差。 ◆部件温升:电机某部件与周围介质温度之差。 ◆温升限度:电机在额定负载下长期运行达到热稳定状态时,电机各部件温升的允 许极限。 ◆极限工作温度:电机在设计预期寿命内,运行时绕组绝缘中最热点的温度。 2、绝缘等级和绝缘材料 按照允许温度的高低,常用的耐热等级分为A、E、B、F、H和C级共6个等级,不同绝缘等级所对应的常用绝缘材料、允许温度及允许温升如表1所示(为适应我国大部分地区不同季节的运行环境,国家统一制定的环境温度标准为40℃)。 表1 绝缘等级与绝缘材料

3、温升和温度 衡量电机发热程度是用“温升”而不是用“温度”,温升是电机与环境的温度差,是由电机发热引起的。运行中的电机铁芯处在交变磁场中会产生铁损,绕组通电后会产生铜损,还有其它杂散损耗等。这些都会使电机温度升高。另一方面电机也会散热。当发热与散热相等时即达到平衡状态,温度不再上升而稳定在一个水平上。当发热增加或散热减少时就会破坏平衡,使温度继续上升,扩大温差,则增加散热,在另一个较高的温度下达到新的平衡。但这时的温差即温升已比以前增大了,所以说温升是电机设计及运行中的一项重要指标,标志着电机的发热程度,在运行中,如电机温升突然增大,说明电机有故障,或风道阻塞或负荷太重。 4、极限工作温度与最高允许工作温度 通常说A级的极限工作温度为105℃,A级的最高允许工作温度是90℃。其实,这与测量方法有关,不同的测量方法,其反映出的数值不同,含义也不一样。 (1) 温度计法:其测量结果反映的是绕组绝缘的局部表面温度。这个数字平均比绕组绝缘的实际最高温度即“最热点”低15℃左右。该法最简单,在中、小电机现场应用最广。 (2)电阻法:其测量结果反映的是整个绕组铜线温度的平均值。该数比实际最高温度按不同的绝缘等级降低5~15℃。该法是测出导体的冷态及热态电阻,按有关公式算出平均温升。 (3) 埋置温度计:试验时将铜或铂电阻温度计或热电偶埋置在绕组、铁心或其它需要测量预期温度最高的部件里。其测量结果反映出测温元件接触处的温度。大型电机常采用此法来监视电机的运行温度。 各种测量方法所测量到的温度与实际最高温度都有一定差值,因此需将绝缘材料的“极限工作温度”减去此差值才是“最高允许工作温度”。

电机设计试卷

1.若有两台电机的规格、材料、结构、绝缘等级与冷却条件均相同,若电机1的线负荷A选 的比电机2的高,则两台电机的导体电流密度能否选一样,为什么?(10分) 2.将一台感应电机的定子绕组匝数增加5%,同时将其铁心长度减少5%,其余尺寸皆不变,试分 析其空载电流、基本铁耗、性能指标的变化情况。(20分) 答:空载电流下降;基本铁耗减少;定子电抗、转子电抗、励磁电抗增加,定、转子电密增加;效率降低,功率因数增加,最大转矩倍数、起动转矩倍数、起动电流倍数减小。 3.什么是电机主要尺寸关系式?根据它可以得出哪些重要结论。(10分) 4. 10分) 5. 而F= 根据= Φ 6. 7. 则K 8. 之间的关系。(15分)

1. 感应电机满载时及空载时的磁化电流是怎样计算的?它们与哪些因素有关?若它们的数值过大,可从哪些方面去调整效果较为显着。(10分) 答:满载时时的磁化电流dp m mNK F I 0.90 =,与满载时每极磁势F 0、、相数m ,每相串联匝数N ,定子 定子绕组 系数dp K 2. 试分析3. 4. 分) 5. 根据= Φ E 3'=,要保证其冲片尺寸及磁化电流不变,可将每相串联匝数N 变为N N 3'=。 6. 要减少感应电机负载时的附加损耗,一般采取那些措施?(10分) 7. 槽数越多,为什么每相漏抗变小?试从物理概念上进行说明。(10分) 答:根据漏抗计算公式λμπσ∑?=ef l pq N f X 204,可知漏抗大小与每极每相槽数q 有关,若槽数Z 越 多,则每极每相槽数q =Z/(2pm )越大,故每相漏抗变小。

8.三相感应电动机的电磁计算中应考核哪些性能指标?如果计算结果发现功率因数 cos太低,不能满足技术中规定的指标,应从哪些方面着手调整?(10分) 9. 正常的三相感应电机中,对于采用双层绕组的电机,通常选什么样的节距来削弱磁势的5次和7次谐波分量。(10分)

相关文档
最新文档