感应电机的电磁设计
高温超导直线感应电机的设计和电磁分析
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固２高温超导直线感应电机结构目
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Ｓｔｒｗｔｕｒｅ‘ＪｆＩｈｅＩｒｌＴＳＬＩＭ
高温超导材料临界电流的Ａ小直接跌定了高
温超导直线感麻电机的通流能力。Ｂ１．２２２３高温超
导材料在７７Ｋ温度，白场环境Ｆ的临界ｆｎ流，．为 ９８Ａ，制成敢饼线圈后由于弯曲形变的影响ｆ将会
ｒ降５％左打，真止影响，，的是初级栉ｉ漏磁通，ｆ目
高温超导直线感应电机的设计和电磁分析
赵佳１，张威１，方进１，扬中平１，郑琼林‘，刘友梅
（１北京互通大学电气Ｉ程学院，北京市海淀区
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Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ＨＴＳ Ｌｉｎｅａｒ Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ
Ｚｈａｏ Ｊｉａｌ，ＺｈａｎｇＷｃｉｌ，Ｆａｎｚ Ｊｉｎｌ，ＹａｎＥＺｈｏｎｇ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ
图Ｉ高２超导线圈
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第网膈中国高枝电力电子与电力传动学术年会论文集
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高温超导直线感应电机的电磁优化设计
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如今 ， 直线感应电机正在得到越来越多的应用 ， 如何从设计上提高直线感应电机的性能是很多学者
正在 研究 的 问题 ． 随着 高温超 导带 材 的发展 ， 高温 超
在直流电机和交流 同步 电机方面 ， 高温超导直线电 机 的研究主要集 中在块材直线 电机和永磁同步电机
方面 ， 有关 初级绕 组 超 导 的高 温超 导直 线 感 应 电 机
高温 超 导 直 线 感 应 电机 的 电磁 优 化 设 计
赵 佳， 张 威， 方 进 ， 中平 ， 杨 郑琼林 ， 刘友梅
三相感应电动机电磁设计中转子电流的假设值
９
然 后 按 下 式 将 折 算 为 转 子 电 流 近 似 的
算 到 定 子 边 的转 子 电 流 ， 其 折 算 到 转 子 边 将 后 作 为 转 子 电 流 的 最 初 假 设 值 ， 后进 行 遗 代 然 计 算 ， 计 算 的 主 要 结 果 列 于表 １ 其 。 裹 １ 选 代 计 算 结果
电 路 的 参 数 ， 括 ＾。 包 和 在 内 的 电 阻 ， 抗 电
＾ 时 ， 二 次 是 在 起 动 性 能计 算 过 程 中 计 算 起 第
动 参 数 求 取 一 ， 两 次 转 子 电 流 的 假 设 值 时 这
是 不一样 的。
工 作 性 能 计 算 之 前 的 参 数 计 算 求 ｚ ， 时 首 先 可 以 把 定 子 电 流 的 初 步 估 计 值 近 似 地 作 为 折 算 到 定 子 边 的 转 子 电 流 ， 的 算 式 为
Ｔａ １ Ｉ ｅ ａ ｉ ｅ ｃ ｌ ｕｌｉ ｇ ｒ ｓ ［ｓ ｂ ｎｔ ｒ ｔ ａ ｃ ｔｎ ｅ ｕ ｔ ｖ
实 际值 ， 以便 查 取 文 献 ［ ］ ６ １ １ 图 — ２中 的 曲 线 。
电 动 机 的 电 磁 设 计 中 ， 定 其 转 子 槽 上 部 比漏 确 磁 导 。 和 一 ， 是 按 照 文 献 ［ ］ 图 ６ 时 都 １中 一
ｌ ２的 曲 线 求 取 。查 该 曲 线 需 要 知 道 转 子 电 流 的 实 际 值 但 转 子 电流 的 实 际值 又 需 要 算 出等 值
性 能 指 标 也 是 不 准 确 的 ， 就 需 要 重 新 假 设 一 这
心 中传 导 槽 上 部 漏 磁 通 的 能 力 ， 仅 受 该 处 几 不 何 尺 寸 的影 响 ， 时还 受 槽 中 电流 大 小 的影 响 。 同 当桥 拱 处 的 几 何 尺 寸 一 定Biblioteka ， 子 电 流 越 大 ， 处 转 该
电机电磁设计方法
电机电磁设计方法电机电磁设计就像是一场精心的魔法创作呢。
咱们先来说说电机电磁设计的基础——电磁理论。
这就好比魔法的咒语一样，像什么法拉第电磁感应定律啦，这可是非常关键的。
这个定律告诉我们，当导体在磁场中运动或者磁场发生变化时，就会产生感应电动势。
在电机里呀，这个原理可是到处都在起作用的。
比如说，电机的转子在磁场里转动的时候，就会产生感应电动势，然后就有电流啦，这电流又和磁场相互作用，让电机能欢快地转起来。
再聊聊电机的磁路设计。
磁路就像是电机里的魔法通道，我们得让磁力线乖乖地按照我们想要的路线走。
这就需要合理地选择铁芯材料哦。
好的铁芯材料就像一个听话的小助手，能让磁力线顺畅通过，而且还能减少能量的损耗。
就像我们挑东西一样，要挑那种磁导率高的材料，这样磁力线就更容易通过啦。
同时呢，磁路的长度和截面积也得好好设计，要是磁路太长，磁力线走起来就累，能量损耗就大；截面积要是不合适，也会有各种问题。
绕组设计也是电机电磁设计里很有趣的一部分。
绕组就像是电机的神经脉络。
绕组的匝数、线径这些都得好好考虑。
匝数要是多了，感应电动势会大，但是电阻也大了，电流就可能受影响；线径要是小了，电阻大，发热就严重，电机可能就会像个生病的小娃娃，没力气干活。
而且绕组的连接方式也很重要呢，不同的连接方式会让电机有不同的性能表现。
还有气隙这个小细节。
气隙虽然看起来就是个小小的间隙，但它对电机的性能影响可不小。
气隙要是太大，就像两个人之间距离太远，磁场的相互作用就弱了，电机的转矩就小了。
气隙太小呢，又容易让转子和定子“打架”，也就是发生摩擦，这可不好。
电机电磁设计其实就是要在这么多因素之间找到一个最佳的平衡。
就像走钢丝一样，要小心翼翼地调整每个参数，让电机既能高效地工作，又能稳定可靠地运行。
这需要我们不断地学习、尝试，有时候可能要失败几次才能找到那个最合适的设计方法。
不过只要有耐心，就像照顾小宠物一样细心地对待电机的电磁设计，一定能设计出很棒的电机的。
电机电磁设计主要参数
电机电磁设计主要参数电机电磁设计是电机设计中的一个重要环节，它决定了电机的性能和效率。
电机电磁设计的主要参数包括磁极数、磁极弧度、气隙长度、磁场分布等。
首先，磁极数是指电机中磁极的数量。
磁极数的选择与电机的转速和输出功率有关。
一般来说，磁极数越多，电机的转速越高，输出功率也越大。
但是磁极数增加会增加电机的制造成本和体积，因此需要在转速和功率要求之间进行权衡。
其次，磁极弧度是指磁极的角度大小。
磁极弧度的选择与电机的转矩和输出功率有关。
一般来说，磁极弧度越大，电机的转矩越大，输出功率也越大。
但是磁极弧度增加会增加电机的制造难度和成本，因此需要在转矩和功率要求之间进行权衡。
再次，气隙长度是指电机中磁场产生的空气隙的长度。
气隙长度的选择与电机的效率和输出功率有关。
一般来说，气隙长度越小，电机的效率越高，输出功率也越大。
但是气隙长度减小会增加电机的制造难度和成本，并且容易导致磨损和噪音增加，因此需要在效率和功率要求之间进行权衡。
最后，磁场分布是指电机中磁场的分布情况。
磁场分布的选择与电机的转速、转矩和效率有关。
一般来说，均匀的磁场分布可以提高电机的效率和输出功率。
但是在实际设计中，由于制造工艺和材料特性等因素的限制，往往无法实现完全均匀的磁场分布，因此需要在效率、功率和制造成本之间进行权衡。
除了上述主要参数外，电机电磁设计还需要考虑其他因素，如铁心形状、绕组形式、绝缘材料等。
这些因素都会对电机的性能和效率产生影响，并且相互之间存在复杂的相互作用关系。
总之，电机电磁设计是电机设计中至关重要的一环。
合理选择和优化主要参数，可以提高电机的性能和效率，满足不同应用场景的需求。
同时，还需要综合考虑其他因素，实现性能、效率和成本之间的平衡。
电机电磁兼容性设计原理
电机电磁兼容性设计原理电机电磁兼容性（EMC）设计是一种确保电机正确运行并避免对周围电子设备造成干扰的重要原理。
在设计电机系统时，我们需要考虑各种因素，以确保整个系统在电磁环境中的稳定工作。
本文将介绍电机电磁兼容性设计的原理以及一些常用的方法。
一、电机电磁干扰源分析在进行电机电磁兼容性设计之前，首先需要对电机系统的电磁干扰源进行分析。
电机系统中可能存在着各种电磁干扰源，比如电机本身的辐射、电磁波等。
通过对这些干扰源的分析，我们可以有针对性地采取措施来减少电磁干扰。
二、设计电机系统的地线地线是电机系统中非常重要的一个组成部分，它可以有效地减少电磁干扰。
在设计电机系统时，应当合理规划地线的布局，确保每个部分都有良好的接地。
同时，地线的长度也要控制在合适的范围内，以减小电磁回路的面积。
三、滤波器的应用滤波器是电机系统中常用的一种降噪装置，能够滤除电磁波等干扰信号，提高系统的稳定性。
在设计电机系统时，应当考虑在适当的位置设置滤波器，以减少电磁干扰的影响。
四、合理设计电机系统的线路线路的设计直接影响着电机系统的电磁兼容性。
在设计电机系统的线路时，应当尽量减少回路的面积，避免形成大面积的回路，从而减小电磁干扰的可能性。
同时，线路的设计也应当合理布局，避免出现干扰信号的交叉。
五、屏蔽的使用在一些特殊情况下，可以考虑使用屏蔽来减少电磁干扰。
屏蔽可以有效地隔绝电磁波等干扰信号，提高系统的电磁兼容性。
在设计电机系统时，可以考虑在敏感部位设置屏蔽，减少干扰信号的影响。
六、定期测试和检查为了确保电机系统的电磁兼容性设计符合要求，应当定期进行测试和检查。
通过测试可以检测系统中存在的电磁干扰，并及时采取相应的措施。
定期检查也可以确保系统的稳定性和可靠性。
综上所述，电机电磁兼容性设计是电机系统设计中非常重要的一个环节。
通过合理设计电机系统的地线、使用滤波器、合理设计线路等方法，可以有效地提高系统的电磁兼容性，确保系统在电磁环境中正确运行。
感应电机工作原理
感应电机工作原理
感应电机工作原理是基于法拉第电磁感应定律和摩擦力等原理。
当感应电机通电时，电流通过定子绕组，形成磁场。
定子磁场的存在会导致转子中的铝或铜条产生感应电流，并且在转子产生的感应电流与定子磁场之间会产生摩擦力。
根据法拉第电磁感应定律，感应电动机的定子和转子之间产生的感应电流所产生的磁场与定子磁场相互作用，产生摩擦力。
这种摩擦力会导致转子开始旋转。
转子的旋转使得铝或铜条相对于定子磁场产生运动，进而产生感应电流，形成闭合电路。
通过不断施加电流，感应电机的定子磁场会保持稳定，并且转子会随着摩擦力的作用而旋转。
这种旋转运动可用于驱动机械装置或产生电力。
根据感应电动机的工作原理，可以调节定子的电流大小和方向来控制转子的转速和方向。
此外，转子的设计和材料也会影响到感应电机的工作效果。
总的来说，感应电机的工作原理是通过电磁感应和摩擦力相互作用，实现定子与转子之间的能量转换和机械运动。
电动机的电磁设计与性能优化方法
电动机的电磁设计与性能优化方法电动机作为一种能够将电能转化为机械能的装置，广泛应用于各个领域。
在电动机的设计过程中，电磁设计是其中至关重要的一环，它直接决定了电动机的性能。
本文将介绍电动机的电磁设计原理，并探讨几种常用的性能优化方法。
一、电磁设计原理电动机的电磁设计是根据电动机工作原理和要求，通过合理配置导磁、绕组和气隙等参数，使电动机能够产生所需的磁场和转矩。
下面将介绍几个影响电动机性能的关键参数。
1.1 导磁材料导磁材料的选择对电动机的性能有着直接的影响。
常见的导磁材料有硅钢片、铁氧体和软磁复合材料等。
硅钢片具有低磁滞损耗和低铁损耗的特性，适合用于低频电磁设备。
而铁氧体材料的饱和磁感应强度高，适合用于高频电磁设备。
软磁复合材料是一种新型材料，具有优异的导磁性能和机械性能，是未来电动机设计的发展方向之一。
1.2 绕组设计绕组是电动机中起到传递电能和产生磁场的关键部件。
在绕组设计中，需要合理选择导线截面积和绕组方式，并考虑电压、电流和导线阻抗等参数。
合理的绕组设计可以提高电动机的效率和输出功率。
1.3 气隙设计气隙是指转子和定子之间的间隙，对电动机的磁路和转矩产生重要影响。
合理设计气隙可以提高电动机的输出功率和转矩密度。
在气隙设计中，需要考虑转速、负载和绕组参数等因素，通过数值模拟和实验验证，得出最佳的气隙设计参数。
二、性能优化方法在电动机的设计过程中，为了提高其性能，常常需要采取一些优化方法。
下面将介绍几种常见的性能优化方法。
2.1 材料优化通过选择合适的导磁材料和绝缘材料，可以提高电动机的效率和输出功率。
例如，在高频电磁设备中，可以选用高频导磁材料来减小磁损耗。
在绝缘材料方面，可以选择高温耐受性好的材料，以提高电动机的工作温度。
2.2 结构优化电动机的结构优化可以通过改变导磁路径、绕组结构和定子转子结构等方式进行。
例如，在电动机的铁芯结构中采用分段式绕组，可以减小铁芯的磁滞损耗。
同时，对于大型电动机来说，可以采用分段定子的结构，以提高绕组的散热性能。
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3、经验公式： 小功率电机： ? ? 0..3(0.4 ? 7 Di1lt ) ? 10?3 m
lt : 铁心长度
大、中型电机：
?
?
Di1(1 ?
9 ) ? 10? 3 2p
m
§10-3 定子绕组与铁心的设计
定子槽数的选择
q1
?
Z1 2 pm
1、q1 值大小对电机的参数、附加损耗、温升、绝缘材
料耗量等有影响
第十章 感应电机的电磁设计
§10-1 概述 主要内容： ① 主要尺寸与气隙的确定； ② 定转子绕组与冲片设计； ③ 工作性能的计算； ④ 起动性能的计算； ⑤ 深槽式、双笼转子感应电机的设计特点。
一、 我国感应电机主要系列 100个系列，500多个品种，5000多个规格 大型： H ? 630mm D1 ? 1m P ? 400kW U ? 3000.6000V
Tm in
起动电流倍数 绕组、铁心温升 起动过程中最小转矩
Tst TN
起动转矩倍数
（二） 额定数据
PN 额定功率 fN 额定频率
U N 额定电压
nN 额定转速
基值：
电压： U N?
功率： PN
电流： IKW
?
PN m1U N?
阻抗： ZKW
?
U N?
I KW
?
m1U N? 2 PN
转矩： TN ? 9550 PN nN
2 pV
??
?
参考表10 ? 3达式 Di1 ? D1
D1 ?
按标准外径调整 Di1 ?
lef
?
V Di12
五、空气隙的确定
1、影响： ? ?? I m ?? cos ? ?
?过小 ? 影响机械可靠性 ? X? ? ,Tst ? ,Tmax ? ,损耗,温升 ?
2、气隙? 基本上决定于定子内径、轴直径、轴承间的转子长度。
二、 定子绕组型式和节距的选择 （一）单层绕组 优点：① 槽内无层间绝缘，槽利用率高； ② 同槽内导线同相，不会发生相间击穿； ③ 线圈总数比双层少一半，嵌线方便。 缺点：① 不易做成短距，磁势波形较双层为差； ② 电机导线粗时，绕组嵌放和端部整形较困难。
§10-2 主要尺寸与气隙的确定
主要尺寸和计算功率
D 2lef
?
?
6.1 p?KNmKdp
?1 AB?
?P?? n
CA
P? n
计算功率：P?? m1E1I1
额定功率： PN ? m1U N? I1? cos ?
P??
E1 U N?
?1
? cos?
PN
由前推导（相量图）： ? ? (E?1,U?N? ) ? 0
引入电势系数 ?L
KE
? E1 U N?
? 1 ? (I1*P R1* ? I1*Q X?* 1) ? 1 ? ?L
P??
(1
?
?
L
)
?
?
1
cos ?
PN
设计方法：
? , cos? 已知， R1*, X?*1 未知，需先假定一个 (1 ? ?L?) 值。
预估 (1 ? ?L?) ? 0.85 ~ 0.95 ，完成磁路参数计算后，偏差
J2，JO2 小型三相感应感应电动机
JS
三相笼型转子感应电动机（中型）
JR
三相绕线转子感应电动机（中型）
JS2，JSL2 三相感应电动机（中型、低压）
JR2，JRL2 三相感应电动机（中型、低压）
Y
三相笼型转子感应电动机（大型）
YR
三相绕线转子感应电动机（大型）
YK
大型高速感应电动机
派生、专用系列：
q1 大
定子谐波磁场减小， pad ? X? ↓
每槽导体数减少，
Xs
? , Z1
? , hs bs
? , Xs
?
槽中线圈边总散热面积↑，利于散热
绝缘材料用量、工时↑，槽利用率↓
一般感应电动机： q1 =（2~6） 取整数
2、
极数少，功率大电机：q1 取大些 （2极取 q1 =（6~9））
极数多电机：q1 取小些
(1
?
?
L
)
?
?
1
cos ?
PN
?? ?
?
n
??
参考图10 ? 2,表10 ? 1 ?
选择A, B?
Di12lef
1、
Di12lef
?
Байду номын сангаас
?
6.1 p?K NmKdp
?1 AB?
?P?? V n
KNm── 气隙磁场波形系数，当气隙磁场正弦分布时； KNm ? 1.11
K dp1
?
? 定子基波绕组系数
?0.96 ? ?0.92
中型：
H ? (355 ? 630)mm
小型：
D1 ? (0.5 ? 1.0)m
P ? (45 ? 1250)kW
U ? 380,3000.6000V
H ? (80 ? 315)mm D1 ? (0.12 ? 0.5)m P ? (0.55 ? 132)kW U ? 380V
基本系列：
Y（IP44） 小型三相感应电动机
二、电磁负荷的选择
磁化电流：I m
?
2 pF0 0.9m1N1Kdp1
① 每极磁势 F0 主要用来克服 F? ，I m 决定于 B? ，
I m ? B?
I KW
A
B? ? , A??
I
* m
? ,cos?
?
②
X? * ? I KW X? U N? ?
A B?
B? ? , A ?? X? * ? ,Tst ? ,Tmax ? , I st ?
选取方法： 中小型：A ? (15 ? 103 ~ 50 ? 103) A/ m
B? ? (0.5 ~ 0.8)T
大 型： A, B? 可略高
三、主要尺寸比的选择
对于一定的极数，定子铁心外径 D1 与内径 Di1
存在一定比例（表10-3）
? ? D1
Di1
变动范围在5%左右。
四、主要尺寸的确定
P ??
(1? ?L) ? (1? ?L?) ? 0.5%
(1 ? ?L?) 经验公式估算：
2极小型：1 ? ?L? ? 0.92 ? 0.0866ln PN 非2极小型：1 ? ?L? ? 0.931 ? 0.0108ln PN ? 0.013 p
中型： 1 ? ?L? ? 0.892 ? 0.0109 ln PN ? 0.01p
YQ
高起动转矩感应电动机（小型）
YH
高转差率感应电动机（小型）
YD
变极多速感应电动机
YZ
起重及冶金用感应电动机
YQS 潜水感应电机
YLB
立式深井泵用感应电动机
二、 感应电动机的主要性能指标和额定数据
（一）主要性能指标
? 效率
cos? 功率因数
TM
最大转矩倍数
TN
I st IN
? ?cu , ? ? Fe
单层 双层
? ?p ── 计算极弧系数；
? ?p ?
B?av B?
?
?? 2
??
?
0.637
??(0.66 ~ 0.71)
正弦不饱和 饱和
? 2、参考表10-2选择 值， lef ? ??
Di12lef
?
Di13??
?
?? 2p
Di13
?V
Di1
?
3
2 pV
??
? ? ? Di1 2 p
初步计算
Di1 ? 3