电机设计期末复习总结教案资料

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,

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C A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,

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D2l ef.但D2l ef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=l ef/τ.

1)若D2l 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D2l ef；参考推荐的数据选用适当的λ,即可由已算得的D2l ef分别求得主要尺寸D与l ef,同时还要确定定子外径D1,接着对定子内径D i1与铁心计算长度l ef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C A和利用系数K A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l ef

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l i,因为主磁通Φ不仅在铁心总长l i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：