电机设计 课件

3、设计人员应认真地听取有关人员的意见和建议，注意理论与实际、设 计与工艺相结合，认真进行调查研究、访问用户和查阅资料等； （二）电机设计时给定的数据和对电机的主要技术要求 电机设计时通常给定下列数据： （1）额定功率； （2）额定电压； （3）相数及相间的连接方式； （4）额定频率； （5）额定转速或同步转速； （6）额定功率因数。 二、电机设计过程和内容简介 （一）准备阶段 收集资料，即相关的国家标准、相近的电机技术资料包括试验数据。 在分析资料的基础上编制技术任务书。 （二）电磁设计 根据技术任务书的规定，进行电磁计算，确定所设计的电机的冲片 尺寸、铁心长度及电磁性能。 （三）结构设计 确定电机的机械结构、零部件尺寸、加工要求与材料的规格等。
Z
B
电机是：
合二为一，各伺其职！
定子 合二为一： 各伺其职： 定子：产生磁场 B f=BIL 转子：产生电流 I
转子
电机设计所要解决的主要矛盾：
所用材料（铁与铜）与电机效能之间的矛盾。
第一篇
•
第一章旋转电机设计电机设计概述• §1-1 电机制造工业的近况与发展趋势 • 一、我国电机制造业的发展概况 • （一）品种、规格不断增加，单机容量迅速增大，技术经济指标逐
励磁线圈（Cu)
磁轭（Fe)
交流电机 交流异步电动机
定子=定子铁心（Fe）+ 线圈(Cu)
i A I m cos 2f1t
Y C
iB I m cos(2f1t 120 ) iC I m cos(2f1t 240 )
X 转子=转子铁心（Fe）+ 线圈(Cu或Al)
n0
A n
代入P ' m EI , 化简后得:
D 2lef n P'
6.1 ' p K Nm K dp AB
6.1 P' 'p AB 该式可以视为相应的交 流电机的主要参数关系 式取K Nm Kdp 1而得到 . 对于直流电机同样有:
讨论：
D 2lef n
D 2lef n P'

步提高 • （二）积极采用新技术、新材料、新结构与新工艺 • （三）标准化、系列化和通用化程度不断提高 • （四）积极开展电机理论、测试技术和新型发电方式的研究
• 二、国外电机制造工业的近况与发展趋势 • §1-2电机设计的任务与过程 • 一、电机设计的任务与对设计人员的要求
• 1、具备过硬的电机设计技术； • 2、设计人员要注意贯彻国家的技术经济政策，努力使产品既满足使 用要求，又尽可能地降低成本；
4、由于电机细长，通风散热条件变差，从而导致轴向温度分布不均匀 度加大。
5、电机细长，则铁心冲片数目增多，冲片加工与铁心叠压工时增加； 因铁心直径较小，嵌线难度增大，嵌线工时增多。 6、电机细长，则转子转动惯量减小，对于要求频繁起动运行的电机是 有利的。 综上所述，当选择λ值时，通常要考虑的因数有：1）参数与温升；2） 节约用铜量；3）转子机械强度；4）转动惯量等。
1、电机尺寸和体积减小，可节省硅钢片材料； 2、由于Bδ一定，以及铁心重量减轻，铁耗也随之减小； 3、绕组的用铜量增加；
因为: 体积 AFe 'p B AFe N
E 用铜量 4K Nm fK dp
4、增大电枢单位表面上的铜耗，使绕组温升增高； 5、影响电机参数与特性。因为匝数N增多，导致电机绕组的电抗变大， 感应电机的最大转矩、起动转矩、起动电流均降低。对同步电机，电压 变化率增大等；对直流电机，则会使换向恶化。
（二）气隙磁密Bδ较高，线负荷A不变
1、电机尺寸和体积减小，可节省硅钢片材料； 2、使电枢基本铁耗增大； 3、气隙磁位降和磁路的饱和度增加； 4、影响电气参数与电机性能。 二、线负荷A和气隙磁密Bδ的选择 电磁负荷选择时关联的因数很多，很难单纯地从理论上加以确定。 要根据具体条件来选择。
1、电机所选用的绝缘材料的等级越高，电机允许的温升也就越高。 电磁负荷A、Bδ可选高些。 2、电机所选用的导磁材料（硅钢片）及导电材料性能好，则电磁负荷 可选高些。 3、电机的通风冷却条件好，则电磁负荷可选高些。 随着电工材料性能的不断提升及制造工艺的不断进步，电机的电磁 负荷一直逐步提高，从而使电机的体积、重量不断减小。 §2-4电机主要尺寸比的选择及确定主要尺寸的一般方法 一、主要尺寸比的选择 在选择了A和Bδ后，由式：
D 2lef n P'
6.1 ' CA p K Nm K dp AB
即可初步确定电机的D2lef。但是对相同的D2lef，可以设计得细长，也 可以设计得粗短。为了反映电机这种几何形状关系，引入一个尺寸比的系 数：

lef

现分别说明不同类型电机对λ值的选择。 若D2lef不变而λ较大： 1、电机将较细长。好处是绕组的端部变得较短，端部用铜量相应减少， 可提高绕组的铜的利用率。因此单位功率材料消耗较少，成本较低。 2、电机体积未变，因而铁的重量不变，在同一磁密下的基本铁耗不变。 但是附加铁耗有所下降，机械损耗也因直径的变小而减小。因此电机总 损耗下降，效率提高。 3、绕组端部较短，因此端部漏抗减小。
P' m EI
交流电机电枢绕组的相电势为：
E 4.44 fNK dp 4 K Nm fNK dp 式中 K Nm为气隙磁场的波形系数 ,当气隙磁场为正弦分布 时等于 1.11
每极磁通 Bavlef B 'plef
气隙磁密波形示意图
'p
Bav , 为计算极弧系数, B 为气隙磁密的最大值 , Bav为气隙磁密的平均值 . B
60D 2lef 2T '
n
60 2
P' T , 称之为计算转矩 .
'
电机常数CA大体上反映了产生单位计算转矩所耗用的有效材料的体积。 反映了材料的消耗量。
1 2T ' P' C A的倒数为: K A 2 2 CA 60D lef D lef n
KA表示单位体积有效材料所能产生的计算转矩。它的大小反应了电机材 料的利用率，通常称之为利用系数。 利用系数的高低取决于两方面：其一是材料的质量；其二是制造工艺水 平。 对于不同类型的电机，其计算功率可按给定的额定功率PN来决定：
§1-4国际标准
交流电动机总体结构
定子铁心 定子绕组 机壳 端盖
底座
转轴
转子
f=Bδi2L
定子轭部磁密：1.5T 定子齿部磁密：1.5T
气隙磁密：0.6~0.7T
转子齿部磁密：1.5T 转子轭部磁密：1.5T
U≈E=4.44fkwWΦ
第二章 电机主要参数之间的关系
• 电机主要尺寸 • 电机主要尺寸是指电枢铁心的直径和长度。对于直流电机， 电枢直径是指转子外径；对于感应电机和同步电机，则是指定子 外径。 • 确定主要尺寸是设计电机的第一步。因为主要尺寸确定以后， 电机的重量、价格、工作特性等方方面面也随之而定。 • §2-1 电机主要参数之间的关系式 • 电机的主要尺寸与电磁功率有着密切的关系，后者可以用电 机的计算功率来表示。交流电机的计算功率为：
面积AFe与ACu 各 l 2， 因此有 AFe ACu l 2l 2 l 4， 由于几何形状相似 ， 于是有B与J一定， 可得 p' l 4 或 l p'
14
由于材料重量 G l3 故有G l p
3 '3 4 '3 4
换算到单位容量 （ 功率） 下的电机重量， 则有 G p 1 '1 4 p' p' p
以下对不同种类的电机给出λ值的范围。 （一）感应电机即异步电机 通常λ=0.4~1.5，对大型感应电机则为λ=1~3.5， （二）同步电机 对于凸极同步电机，通常，中小型同步电机的λ=0.6~2.5，其上限为多极 电机。对于高速或大型同步电机，由于转子材料机械强度的限制，λ值选 得较高，达3~4。 （三）直流电机 通常，中小型直流电机的λ=0.6~1.2，大型直流电机的λ=1.25~2.5 实际设计时，λ值的选择往往需要通过若干计算方案的全面比较分析， 才能作出正确的判断。 二、确定主要尺寸的一般方法
极距
D
2p
通常将沿电枢圆周单位 长度上的电流导体数称 为线负荷A : 2m NI A D
将E 4 K Nm fNK dp 4 K Nm 4 K Nm
pn NK dp B 'plef 60 pn D pn AD D NK dp B 'p lef 4 K Nm K dp B 'p lef 60 2p 60 2m I 2p
根据上式，由于αp′、KNm、Kdp实际上变化不大，因此当计算功率 ′ P′与转速n一定时，电机的主要尺寸取决于电磁负荷 A、Bδ。显然：
A , B CA D2lef 体积 重量 成本
所以，人们总希望选取较高的A和Bδ，但是，过高的A和Bδ也带来负 面影响。 一、电磁负荷对电机性能和经济性的影响 (一）线负荷A较高，气隙磁密Bδ不变
§2-2电机中的几何相似定律
案例讨论： 有二台电机，容量均为1.1Kw，转速为1450r/min，对比另 一台电机容量为2.2Kw，转速也为1450r/min，问从经济因素考虑， 应选择二台容量较小的电机还是选择总容量相同的一台电机？
一般而言，对于相同转速（即极数也相同），不同容量 的电机间，有相似的几何形状，对应尺寸有相同的比值，即：
电机设计
电机无处不在
一、发电机提供强大的电力 二、工业设备需要电机 三、家用电器不能没有电机
四、时尚尖端数码产品离不开电机
五、未来交通动力更有赖于电机
电机，它究竟是什么？
电机的基本结构与原理
基本原理的公式体现： f 一、直流电机
BLI