电机设计讲稿.doc

电机设计第一章 电机设计概述21-1 电机制造工业的近况与发展趋势21-2 电机设计的任务与过程31-3 1-4 国家标准 国际标准4第二章电机的主要参数之间的关系52-1 电机的主要参数之间的关系式62-2 电机中的几何相似定律概述112-3 电磁负荷的选择132-4 电机主要尺寸比的选择及确定主要尺寸的一般方法162-5 系列电机及其设计特点19第三章磁路计算203-1 概述203-2 空气隙磁压降的计算223-3 齿部磁压降的计算293-4 轭部磁压降的计算33第四章参数计算384-1 绕组电阻的计算394-2 绕组电抗的一般计算方法424-3 主电抗计算434-4 漏电抗计算464-5 漏抗标么值594-6 集肤效应对电机参数的影响614-7 饱和对电机参数的影响624-8 斜槽漏抗计算64第五章 损耗与效率665-1 概述665-2 基本铁耗675-3 空载时铁心中的附加损耗695-4 电气损耗735-5 负载时的附加损耗745-6 机械损耗805-7 效率82第六章 电机的冷却836-1 电机的冷却方式836-3 风扇846-4 径向通风系统中转子上其他风压元件参数的近似计算法85第七章 发热计算867-1 电机允许的温升限度867-2 传热的基本定律887-3 电机稳定温升的计算92第八章结构设计和机械计算978-1 电机的基本结构型式 （自学）978-2 结构设计的基本内容、原则和方法98第十章 感应电机的电磁设计9910-1 概述9910-2 主要尺寸与气隙的确定10110-3 定子绕组与铁心的设计10410-4 转子绕组与铁心的设计10810-5 工作性能的计算11110-6 起动性能的计算113第十一章 电子计算机在电机设计计算中的应用11811-1 概述11811-2 曲线和图表的数学处理方法之一插值法11911-3 曲线和图表的数学处理方法之二公式法12011-4 机辅设计中常用的数值计算方法12111-5 设计分析程序12111-6 设计综合程序122第一篇 旋转电机设计 第一章 电机设计概述1-1 电机制造工业的近况与发展趋势一、 单机容量迅速增长1 为什么单机容量要增加？从制造角度看，功率大，材料越省，效率高，电机材料选用率提高；从运行角度看，功率大，机组数目少，运行人员少，维修费用减小。2 国内单机容量3 国外单机容量二、 向多品种发展 我国中小型电机系列有72个系列，531个品种 J、JO 第一次统一设计 基本系列：异步电机 J2、JO2 第二次统一设计 Y、YO 第三次统一设计（性能好，效率高，噪声小）JS2 笼型 JR2 绕线型T2 同步电机Z3 直流电机派生和专用系列： 防爆、船用、潜水 单绕组多速、力矩、起重冶金等三、 积极采用新技术、新材料、新结构和新工艺 应用电子计算机计算新技术 异步电机单绕组多速和Y-混合绕组 直流机的可控硅供电、无槽电枢 双水内冷却技术、直线电机 绝缘材料：主要采用E、B级，向B、F级过渡 玻璃粉支母 无溶剂浸漆新材料 聚酰亚胺 DMD复合绝缘 玻璃钢 电工材料：向冷轧方面发展 自动化：自动下线、端部开槽 半自动化：总装自动线新工艺 静电喷漆 中型电机转子导条环氧粉末涂敷 机座射压造型四、 标准化、系列化、通用化程度不断提高五、 积极开展电机理论、测试技术和新型发电方式的研究对电机绕组、附加损耗、附加转矩、电机冷却、大型电机的端部磁场的研究；磁流体、地热、太阳能、风力和燃气轮机用于发电的研究。1-2 电机设计的任务与过程1 电机设计的任务 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）； 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。2 设计的依据给定：额定功率、额定电压、相数、相间连接法、额定频率、额定转速、额定功率因数3 电机设计过程 准备阶段：熟悉国家标准； 收集相近电机样本和技术资料；听取生产使用单位的意见要求；编制技术任务或技术建议书。 电磁设计： 根据技术条件或技术任务书的规定，参照生产实践经验，通过计算方案比较来确定与所设计电磁性能有关的一些尺寸和数据，选定有关材料，并核算电磁性能。 结构设计：机械结构、零部件尺寸、加工要求、材料； 机械计算； 通风计算； 温升计算。4 对设计人员的要求 了解国家的技术经济政策； 本厂的工艺要了解； 要了解用户提出的规格要求； 要熟悉前人的经验知识。1-3 1-4 国家标准 国际标准国家标准（代号GB）：对电机的一般要求规定和技术要求；GB755-65 电机基本技术要求：各类电机技术要求、铭牌、线端标志；GB760-65 电机安装尺寸和外形尺寸的代号、规定各类电机的安装和外形尺寸代号。部颁标准（代号JB）：对某一类电机的技术要求、额定数据、使用条件；JB742-66 J2、JO2系列三相异步电动机技术条件；JB1104-68 Z2系列小型直流电机技术条件。各类电机试验方法：GB1032-68 中小型三相异步电动机试验。国际标准：指国际标准化组织（ISO）和国际电工委员会（IEC）所制订的有关标准。 IEC的第二技术委员会（简称TC2）是专门制订旋转电机标准的机构，它目前设有6个分技术委员会，分管汽轮发电机，尺寸和功率等级，电刷、刷握、换向器和集电环，试验方法和程序，外壳防护、冷却方式和安装以及电机绝缘分级等工作。第二章 电机的主要参数之间的关系一、 什么是主要尺寸？电机的几何尺寸很多，有铁心尺寸、绕组尺寸、外形尺寸、安装尺寸，其它各种结构部件的尺寸。但是究竟哪些是主要尺寸：电机的电磁过程主要是在气隙中进行的，其能量形式的转换则是通过“气隙主磁通”进行的。因此主要尺寸就必定与气隙有密切关系。实践证明，靠近气隙的电枢直径（D）与铁心有效长度（）是电机的主要尺寸，而气隙可以说是第三个尺寸。从几何角度看，这些尺寸一经确定了，其它尺寸就大体上确定了，而且不少电磁性能也就基本上为它们左右或稍许变动。 铁心尺寸 绕组尺寸 其它尺寸大体确定电机的几何尺寸 外形尺寸 主要尺寸 不少电磁性能变化不大 安装尺寸 （D、） 电机矢量确定 结构部件尺寸电枢直径D：交流电机（定子内径） 直流电机（转子外径）二、 本章研究内容1确定主要尺寸依据的基本关系式 选择电磁负荷 确定主要尺寸；2电磁负荷的选择；3确定主要尺寸的一般方法。2-1 电机的主要参数之间的关系式一、 几个物理量即找到主要尺寸与额定功率、转速及电磁负荷的关系。额定转速：同步速 电磁功率（计算功率）：电机将电能（机械能）转换成机械能（电能），能量都是以电磁能的形式通过定转子间的气隙进行传递的，与之相对应的功率称为电磁功率。 电磁功率在电机设计中用计算功率表示（）二、 交流电机中 的关系 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。其中电势： KNm 气隙磁场波形系数，当气隙磁场正弦分布 时； f 电流频率； N 电枢绕组每相串联匝数； Kdp 电枢绕组系数； 每极磁通（韦）。每极磁通： B 气隙磁密最大值（T）； Bav 气隙磁密平均值； 计算极弧系数； lef 电枢计算长度； 极距（米）； 电负荷A： D 电枢直径（米）； 把上面关系代入： 对一定功率和转速范围内的电机，B、A变动范围不大，、KNm、 Kdp变化范围更小，CA一般为常数。三、 直流电机计算功率： 其中电势： 每极磁通： 电负荷A： 把上面关系代入： 比较： 直流电机中四、 、的物理意义1是电机常数：对一定功率范围内电机B、A变动不大，、KNm、 Kdp变化范围更小； 近似地表示转子有效部分的体积，定子有效部分的体积也和它有关。的物理意义：反映产生单位计算转矩所耗用的有效材料（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。2是电机常数的倒数，叫作利用系数。物理意义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。在设计方案比较时，往往是一项很好的比较指标，随着电机制造水平的提高，材料质量的改进，将不断增大。 并非是常数，转速一定时，。随着电机功率的增大百减小，利用系数和转矩应力则随电机功率的增大而增大。小结： 确定主要尺寸的基本关系式找到 确定A 、B、 根据之间的曲线 五、 计算功率与额定功率的关系在设计电机时，一般都是给定额定功率，因此应找出与的关系1 异步电机：输入功率：额定功率：计算功率：比较上两式：124满载电势标么值： 额定负载时感应电势与端电压的比值 感应电动机的相量图 给定，与给定，与可先假设再得到计算功率。2 同步电动机： 3 同步发电机： 4 同步调相机： 5 并励直流发电机： 6 并励直流电动机： 六、 从确定主要尺寸关系式所得的结论 选定A 、B，=0.630.721 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；可以看出：在其它条件相同时，计算转矩相近的电机所消耗的有效材料相近，功率大、转速高与功率小、转速低的电机其相近，则电机体积是接近。二者可采用相同的电枢直径与某些其它尺寸。2 A 、B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。说明：n，可减小电机的体积V和质量M，只能在一定转速下；当n太高的话，机械损耗，直流电机铁耗，于是只好使A 、B。如n太高，机械应力T；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 、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 、B有关，A 、B，电机的尺寸就愈小。结论：1 是常数，电机主要尺寸决定于（T），T相近（），电机体积上基本相同，基本相同；2 一定，一定，3 、KNm、 Kdp一定，给定，决定于A 、B，选A 、B，；4 一定，n一定，D一定，lef，P ，可得不同容量。2-2 电机中的几何相似定律概述1 什么是几何相似？指电机对应的尺寸具有相同的比值。如：A、B两台电机若是几何相似，则它们的对应尺寸成比例，即： 2 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，每单位功率所需有效材料的质量、成本及产生的损耗与功率的1/4次方成反比的定律称几何相似定律。3 证明：条件：保持不变 长度与功率之间的关系 代入， 与的关系有效材料重量与体积成正比，也与长度的立方成正比；有效材料的成本与损耗与成正比。 单位功率所需有效材料的质量、成本及产生的损耗与功率的关系即得：几何相似定律：在保持不变时，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、成本及产生的损耗与功率成正比。4 用途： 这定律可用来大体上估计与已制成电机几何相似，但功率不同的电机的质量、成本或损耗不同； 也可用来分析通常是几何相似的系列中各规格电机之间的对应关系。5 解释几个问题 为什么在可能的情况下尽可能采用大功率电机来代替总功率相等的数台小功率（为什么要提高单机容量）？随着单机容量增加，其有效材料的重量、成本的增加相对容量的增加要慢。因此有效材料的利用率提高了，损耗增加相对容量增加也慢，因此效率提高了。人们常说的电机怕效率也就是这个道理。 为何冷却问题对大功率电机比对小功率电机更显得重要（也就是人们常说的大电机怕温升）？ 电机损耗与长度的立方成正比，而冷却表面却与长度成正比，功率，长度，损耗冷却表面，故电机温升。因此就必须设法改变冷却系统或冷却方式，放弃它们的几何形状相似。2-3 电磁负荷的选择根据确定主要尺寸的关系式来看：在正常的电机中，实际上变化不大，因此在计算功率和转速一定时，主要尺寸就决定于电磁负荷。从上式看出，越大，越小，质量越轻，成本越低。因此希望一点好。但是选择与许多因素有关，它将影响电机的其它性能，它不但影响有效材料的耗用量，对电机的参数、启动和运行影响较大。究竟如何选择才好？下面介绍具体选择方法。一、 电磁负荷对电机性能和经济性能的影响（一） 电负荷A较高 沿电枢圆周单位长度上的总电流（安/米）1优点： 电机的尺寸和体积将减小，可节省钢铁材料； （电机有效材料近似表示转子有效部分体积） B一定时，由于铁心质量减小，铁耗减小。 （一定时）2 缺点： 绕组用铜（铝）量将增加； 增大了电枢单位表面上的铜（铝）耗，使绕组温升增大； 绕组有效部分（即槽内部分）的铜耗为：电枢表面的铜（铝）耗为：电机温升 AJ热负荷的大小 温升不超过一定限度 AJ不能超过一定限度 A，J 有铜量 （） 改变了电机参数和电机特性。由后面4-3可知交流绕组的电抗（互感电抗或漏电抗）的标么值 1） 异步电机：启动转矩，最大转矩，启动电流；2） 同步电机：电压变化率，短路电流，短路比，稳定度；3） 直流电机：换向恶化，换向时电抗电势和电枢反应电势影响换向电流的变化。（二） 气隙磁密B较高1优点：电机的尺寸和体积较小，可节省钢铁材料。 2 缺点： 使电枢基本铁耗增大；基本铁耗 = 铁心质量 比损耗 （单位质量铁心中损耗）a) b) 气隙磁位降和磁路饱和程度将增加； a) 同步机、直流机：由于上面两原因使励磁磁势励磁绕组用铜量励磁损耗效率、励磁绕组温升，使励磁绕组排列困难或导致磁极和电机外形尺寸加大。b) 异步机：励磁电流 改变了电机参数和电机特性。 二、 电负荷A和气隙磁密的选择1 A、不应选择过高2 A、的比值要适当 这比值影响电机的参数和特性；影响铜、铁的分配，即影响电机效率曲线上出现最高效率的位置（可变损耗=不变损耗，效率最大）。一般轻载电机A大点，小点，使效率较率。（轻载I，pcu,可变损耗小，A，可变损耗=不变损耗）3 A、的选择要考虑冷却的条件 防护式冷却方式条件较好，A、选择一般比同规格封闭式的高，对一般小型异步电机通常可高出15-20%。4 A、的选择要考虑所用材料和绝缘结构的等级 绝缘结构的耐热等级愈高，电机允许温升愈高，A； 导磁材料（包括结构部件材料）性能越好，； 电枢绕组用铝 RAl大 A、比铜要好5 A、的选择要考虑和n的大小 （圆周速度取决于） 总的说，电磁负荷的选择要考虑的因素很多，很难从理论上来确定。通常主要参考电机工业长期积累的经验数据，并分析对比设计电机与已有电机之间在使用材料、结构、技术条件、要求等方面的异同后进行选取。关于A、的具体选用值可参看后序文章。随材料性能，冷却条件、电机结构不断改进， 体积。2-4 电机主要尺寸比的选择及确定主要尺寸的一般方法在正常的电机中，实际上变化不大，因此在计算功率和转速一定时，当电磁负荷选定后，则可确定 （主要尺寸比） 大小影响电机运行性能、经济性、工艺性。一、大小的影响 一定，（极距），较大时： 大，电机较细长（较大、较小），线圈的跨距较小；绕组端部变短，端训用铜（铝）量相应减少；在正常范围内可提高绕组铜的利用率。各结构部件尺寸较小，重量轻，因此单位功率的材料消耗较少，成本低。一定： 单位功率耗材 成本一定：， 一定： 一定： 端部较短 端部漏抗总漏抗一定： 冷却条件变差 导致轴向温度分布不均匀度增大 ，在采用气体作为冷却介质时，风路加长，冷却条件变差，导致轴向温度分布不均匀度增大，必须加强冷却措施。如主要依靠机座表面散热的封闭式电机，热量主要通过定子机座向外散热，对散热有利。对无径向通风道开启式或防护式电机，为了充分利用端部散热效果，端部。 线圈数目 线圈制造工时绝缘材料但 铁心长 冲片数目冲剪叠压工时，冲模易损坏 D 机座加工工时下线难度大（跨距小）工时 D 转轴加粗（为了保证足够的转子刚度） 转子转动惯量小，va 大 转速较高的电机或要求时间常数较小的电机是有利二、选择时的考虑 考虑参数与温升 考虑节约用铜（铝） 考虑转子机械强度 考虑转动惯量三、多种不同电机大致的范围1异步电机（一般=1-1.3为好）极数多的电机，绕组跨距小，电机端部较短，铁心可以长，大些；极数少的电机，为了保证轭磁密不过高，轭厚，D大，小。2同步电机 一般随极数增加而。3直流电机四、确定主要尺寸的一般方法 这里只介绍电机主要尺寸确定的一般方法。某些电机可根据其本身特点而采用不同的步骤，甚至将主要尺寸的关系式写成其它的形式。1 确定主要尺寸的步骤 由电机额定功率计算功率； 利用推荐的数据或曲线选取电磁负荷； 由，n（交流机n=n0，直流机n=nN）、一般可近似认为： 参考推荐的数据选用适当的； 及，分别求得与和； 确定交流电机定子外径、直流电机电枢外径。从表2-1、2-2按标准选取，对定子内径、进行必要调整。2 用“类比法”来确定主要尺寸 类比法：根据所设计电机的具体条件（结构、材料、技术经济指标、工艺等），参照已生产过的同类型相似规格电机的设计和试验数据，直接初选主要尺寸及某些其它数据。 如异步电机一般： 2-5 系列电机及其设计特点1 系列电机就是指技术要求、应用范围、结构型式、冷却方式、生产工艺基本上相同，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。2 系列电机的优点 由此减少材料与工设计时，消耗、降低成本：由于它们的生产工艺过程与另部件型式相同，可以充分利用冲模、模具、量具、卡具等工艺装配； 缩短生产周期：由于充分利用了原有的工模具等工艺装配图纸等条件； 可以减少设计、制造、使用、维修方面的许多工作； 可以腾出手来提高产品的质量。3 系列电机的分类 基本系列：使用面广，生产量大的一般用途的系列如JO2、T2、Z2系列； 派生系列：适按使用的不同要求进行部分改动而由基本系列派生出来的系列，它与基本 系列有较多的通用性如JDO2 三相多速异步电动机，JHO2 一相高转差率异步电动机； 专用系列：适用某种特殊条件但使用面很窄的系列如JG2 辊道电动机。4 系列电机设计的特点 功率等级的确定要根据用户的要求、选用的方便、经济性等多方面全面综合分析来确定。（功率按一定规律递增）同一系列中相邻两功率等级之比（大功率比小功率），称功率递增系数或容量递增系数，其数值直接影响到整个功率等级数目的确定，而且对系列电机的经济性有很重要的影响。 安装尺寸的确定及功率等级与安装尺寸的对应关系。电机的安装尺寸是指电机与配套机械进行安装时的有关尺寸，系列电机的安装尺寸一般按轴中心高分级，它的确定必须综合考虑配套机械和电机本身的具体情况，原则上是按优先数系递增。安装尺寸是轴中心高，对端盖式轴承的电机，确定功率等级与安装尺寸的对应关系时，主要是确定功率等级与轴中心高的对应关系。功率等级确定后，选取轴中心高等级，必须全面考虑（工艺装备、用户要求、电磁设计、材料利用）。 交流电机系列定子冲片外径的确定1） 与规定的轴中心高数值的一致性；2） 硅钢片利用的经济合理性；3） 整个系列外形的均称性，并在条件允许的情况下，能充分利用已有的工艺装备。 零部件的标准化、系列化和通用化； 派生的可能性。第三章 磁路计算3-1 概述1 磁路计算的目的在于确定电机中感应一定电势所对应的主磁场所必需的磁化力或励磁磁动势，进而计算励磁电流及电机的空载特性，校核电机各部分磁密选择得是否合适，确定一部分有关尺寸。 校核电机各部分磁密选择得是否合适； 确定一部分有关尺寸。2 磁路计算所依据的基本原理 （安培环路定律）全电流定律 积分路径：积分路径是沿着磁场强度矢量取向（即沿磁力线）选择通过一对极的中心线 构成闭合回路； 包围的电流：是回路所包围的全电流，即每对极的励磁磁势。3 电机设计中磁路计算的一般步骤 为简化计算，通常把电机各部分磁场分成等值的各段磁路。所谓等值的磁路是指各段磁路上的磁位降等于磁场内对应点之间的磁位降，并认为各段中磁通沿截面均匀分布，各该段的磁场强度保持为恒值。 由于电机中一对极磁路中两个极的磁路情况相似，所以只需计算半条回路上的各段磁位降，它们的总和就等于每个评级的励磁磁势。以下叙述磁位降或磁势均为每极的。步骤： 4 电机中常用的磁性材料3-2 空气隙磁压降的计算计算方法是：1 每极磁通的确定直流电机中：韦交流电机中：韦2 确定气隙最大的磁密 3 确定气隙磁场强度（极中心线处的气隙磁场强度）4 确定气隙磁位降 是单边气隙径向长度（m） 是气隙系数，因槽口影响使气隙磁阻增加而引入的系数。下面要解决、如何确定：一、 计算极弧系数的确定1 的物理意义 直流电机沿电枢圆周方向的气隙磁密分布B(x)2 大小的决定 计算极弧系数的大小决定气隙磁密形状，因而它决定于励磁磁势分布曲线的形状、气隙的均匀程度及磁路饱和程度。如：是正弦分布，均匀，磁路不饱和 则是正弦， 磁路越饱和，越平，越大，越大（一） 直流电机的确定1 均匀气隙： 而 2不均匀气隙 削角极弧 偏心气隙极弧但计算时要用：（二） 异步电机的确定 一般异步电机气隙较小，由于磁路钢部分的饱和，气隙磁场已不是正弦波，而是比较扃平形状。此时比正弦分布大，。决定定子齿及转子齿的饱和程度。齿部越饱和，气隙磁场波形愈平，愈大，因异步机由下面决定。1 确定饱和系数 2由与关系曲线找到（三） 凸极同步电机的 凸极同步电机采用集中励磁绕组，励磁磁势在空间分布是矩形。如略去钢中磁位降，的空间分布也为矩形。一般力图使为正弦分布，气隙本应做成正弦分布。 凸极同步气隙磁密分布曲线二、 电枢或气隙的轴向计算长度 在计算空气隙磁密最大值时，用的是电枢或气隙的轴向计算长度，而不是铁心的总长度。1 为什么用而不用：（沿轴向磁场分布不均匀，为什么？） 边缘效应的影响：主磁通不仅在铁心总长的范围穿过空气隙，而且有一小部分从定、转子端面进入，这种现象称为边缘效应。 径向通风道的影响 在实际上，定、转子都具有径向通风，气隙磁场沿轴向分布不均匀；由于径向通风道没有钢片，磁通较少，因此也不能用。2 的物理意义：由于边缘效应和径向通风沟的影响，使气隙磁场沿轴向分布不均匀，在铁心中磁密大，在通风沟及定、转子端部磁密较小。为了计算方便，从等效磁道的观点出发，引入计算长度的概念，即在这个长度内它的磁密为不变。无径向通风道电机气隙磁场的轴向分布 有径向通风道电机气隙磁场的轴向分布3 计算方法 边缘效应的影响（无径向通风沟）如考虑边缘效应，经过作图和分析证明：如不考虑边缘效应（如直流电机设计），则： 通风道的影响计算长度： 损失长度： （一边开风道） （二边开风道） 综上所述：三、 气隙系数 在计算气隙磁路长时，引入，就是由于电枢开槽后而引起的气隙系数。1 物理意义 为什么引入：由于电枢开槽后，使气隙磁导分布不均匀，在齿冠处气隙磁导较槽口处的磁导大，故较之光滑电枢，磁力线集中于齿冠。因此，在靠近齿冠处的大于光滑电枢中所得到的。在同一磁通下，有槽电枢之气隙磁压降大于无槽电枢的气隙磁压降。考虑这种有槽电枢气隙磁压降的增大，就把气隙由增至。 物理意义： 从等效计算气隙磁势的角度上看，把一个有槽的电枢看成为一台无槽电枢，后者的气隙长度为，而气隙磁密仍为。从等效磁势观点出发： 直流电机转子有槽而定子 一个齿距内的气隙磁通密度分布表面光滑时气隙磁密的分布2 计算方法 分析法1） 开槽后一个齿距t内的磁通：一个齿距的最大磁通：由于开槽后减少的磁通：2） 未开槽时一个齿距t内的磁通：3） 保持同一个主磁通不变： 卡氏系数： 和均与、槽口宽有关又可表示成： 近似公式 半闭口槽和半开口槽： 开口槽： 经验公式 定、转子都开槽的话，则四、 极轭间残余气隙磁位降的计算1 引入：由于工艺上的原因及旋转时的离心力作用，凸极同步电机转子磁极与磁轭的接触面间不可能形成处处密合，而在局部出现残隙，在磁路计算时可把它看成磁路中附加一均匀等值气隙。2 计算方法：小型凸极同步机： 米残余气隙： 厘米（不包括压板的极身长度）残隙的磁密： GS 残隙引起的磁位降： 安有的直接用经验公式： 3-3 齿部磁压降的计算一、 齿磁密的计算 18000GS：齿部磁路比较饱和，磁导小，主磁通大部分由齿通过，但有小部分则经过槽进入轭部。 因此分析时必须分两种情况来讨论。（一） 齿磁密小于1.8T的场合1 通过齿部的磁通因为齿磁密小于1.8T，齿磁路饱和程度不高，齿部导磁率槽部导磁率，齿部槽部。因此可认为在一个齿距范围内的主磁通从空气隙进入铁心表面后，几乎全部从齿通过。又因为选择的积分路径是通过磁极的中心线，因此要计算处于主极中心线上的那个齿内磁密。显然这个齿所在地区的空气隙刚好是最大值，该处一个齿距的范围内的空气隙磁通为。 一个齿下的气隙磁通全部由齿通过。 2 齿中的磁密 3 每极齿部磁压降 平行齿： 平行槽： 沿槽高上各点齿宽度是变化的，因此齿磁密与也相应变化。因此我们取三个位置计算 在齿不太饱和以及齿宽沿其高度上的变化不大时，可采用近似的公式计算。 求出离齿最狭部分1/3处齿高处的注意：矩形槽尺寸及齿部磁场强度分布 用图解法求取实际齿磁密和相应磁场强度（二） 齿磁密大于1.8T的场合（对于热轧钢片）1 为什么不行？ 当齿磁密超过1.8T，这时齿部磁路比较饱和，铁的导磁率下降，此时齿部磁阻与槽的磁阻相差不大，磁通大部分将由齿通过，小部分则经过槽部进入轭部。因此按上面方法来算的比实际齿的磁密大，算出的齿部磁密及磁压降都会大一些。2 实际齿磁密计算方法 一个齿距范围内磁通： 磁密： 磁场强度： 是下倾的直线方程，直线斜率为，可用作图求得或：， 如何求：由图直接查得，在不同情况下，曲线查出值。二、 齿的磁路长度对每一极的磁路而言，定子或转子电枢齿的磁路计算长度，按工厂习惯。 直流电机电枢梨形槽（或类似槽） 异步机梨形槽（或类似槽） 对半开口槽： 对开口槽： 3-4 轭部磁压降的计算 极联轭（磁轭）：直流电机定子轭、转场式凸极同步电机转子轭轭的类型 齿联轭（心轭）：异步电机定转子轭、 交流电机齿联轭同步机、直流机电枢轭 直流电机齿联轭少极 轭的磁路长度较长，轭磁位降较大；多极 轭的磁路长度较矩，轭磁位降较小。一、 极联轭磁压降的计算1、 轭部的磁通 磁极的磁通： 磁轭的磁通：经过磁极分成两路分别进入左右两边轭，经过极联轭每个截面之磁通数认为都是。2、 轭部的磁密 3、 由4、 轭磁路长度 5、 轭部的磁压降 二、 齿联轭磁压降的计算（一） 交流电机的齿联轭的磁压降1、与前面有何不同交流电机的齿联轭在一个极距的气隙磁通分散地进入齿部及轭部，所以经过由齿磁轭各个截面穿过的磁通是不同的，即沿轭部积分路径上的磁密分布不均匀；并在每一处的截面中沿径向上的磁密分布也是不均匀的。磁极中心线上：极间中心线上：靠近内径磁路短，磁通多，磁密高；靠近外径磁路长，磁通少，磁密低。2、 假设 假设以轭部平均弧长（每极）作为轭的磁路计算长度 假设轭部截面上各点磁密沿半径方向均匀分布 如异步机负载时的磁路，忽略槽漏磁的影响。3、 计算 轭部的磁通 处（相邻两极中性线上）：磁通为，磁密为最大；处 （磁极中心线上）：磁通接近于0，磁密为0。 轭部的磁密 轭部切向磁密与轭截面垂直 若转子铁心直接套在轴上的两极异步机，转子电流频率低，部分磁通渗入转轴，此时 轭部磁压降 由于齿联轭中磁密分布不均匀，全长的轭磁路的磁压降需各段相加，太麻烦。从等效磁压降出发，用等效磁场强度来计算。因此从等效磁势观点引入（二） 直流电机的齿联轭的磁压降1、 与交流电机的齿联轭有何不同？直流电机齿联轭中的磁通分布与交流电机分布是相同的，也不是处在轭截面中穿过的磁通是，只有在两主极极尖之间的那段电枢轭中穿过了；在极弧下的那段电枢轭中，穿过每个截面的磁通均小于。所不同的是计算方法不一样。交流机：2、 直流机计算方法 二极小型直流电机 由于轭部磁路较长，且极数少，每极磁通量大，为使轭的高度不超过，一般选用较高的轭部磁密。轭部常用二段来计算。 轭部的磁通： 轭部最大磁密： 总的磁压降： 四极和四极以上的直流电机 极数多的电机，由于轭部磁压降在整个磁路磁压降中占的比例不大，可采用近似方法进行计算。由图直接查得，在不同情况下，曲线查出值第四章 参数计算 直流电阻 电 阻 交流电阻参数 异步机：励磁电抗 主电抗 电 抗 同步机：电枢反应电抗 槽漏抗 谐波漏抗漏电抗 端部漏抗 齿顶漏抗影响：对经济性能和运行性能有很大影响 异步机：同步机：直流机：电抗电势，换向条件差点4-1 绕组电阻的计算 直流机： 定子绕组： 绕线式转子： 电阻 异步机 鼠笼式转子： 同步机： 直流电阻：GB755-81规定：要换算到相应绝缘等级的基准工作温度。 A、E、B： F、H： 交流电阻：绕组通以交流时，由于集肤效应，电阻值较通直流时增大。一、 流电机适用于：电枢电阻、励磁绕组、换向极绕组、补偿绕组二、 感应电机1、 感应电机定子绕组每相电阻2、 感应电机转子绕组每相电阻 绕线式转子： 鼠笼绕组特点：）是多相绕组，相数等于转子槽数； ）鼠笼转子的电阻包括两部分：导条电阻和端环电阻。由于导条中电流与端环电流是不一样的，因此这两部分不能简单相加，而须将端环电阻折合到导条边，再由导条边折合到定子边。 折合 折合端环电阻 导条 定子）端环电阻 导条端环电阻： 导条电阻： 端环折合到导条中的折合原则：折合前后电损耗不变。 如何求的关系： 每相邻导条电流之间相位差等于槽距电角 相邻两段端环的电流相位差也等于导条电流等于相邻两端环电流之差（ 很小）鼠笼式转子电阻）转子电阻折合到定子边三、 同步电机与异步机定子绕组计算方法一样。4-2 绕组电抗的一般计算方法 在分析交流电机的运行原理时，大多数可把它们看作为等效的双绕组变压器，这样可以利用与双绕组变压器类似的等效电路来计算交流电机的运行性能。1、2、交流电机中： 主电抗菌素 槽漏抗 电 抗 齿顶漏抗 漏电抗 端部漏抗 谐波漏抗3、电抗的一般计算方法（磁链法、能量法） 磁链法： 4-3 主电抗计算一、 主电抗多相交流电机电枢电流产生的气隙磁场中，相应于基波磁场对应的电抗叫主电抗。在异步机中称励磁电抗，同步机中为电枢反应电抗。二、 异步电机励磁电抗的计算方法1、 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； 槽开中的影响以气隙系数计及。2、 计算步骤： 电枢相电流的幅值 每极电枢基波磁势幅值 由定子额定电流建立的气隙基波径向磁密幅值 正弦 有效匝数 由定子额定电流产生的基波磁势、基波磁通及所感生电势（假想） 额定电压、在定子绕组中感应电势时所需基波磁通、相应的气隙磁势。 说明：在 一定时， 与 成正比 而 大，说明绕组匝数多； （）小，小，感应一定电势所需匝数多。不同条件下，随的变化曲线a) b) c) 三、 同步电机电枢反应电抗1、 凸极同步电机的电枢反应电抗采用双反应理论，把主电抗分成直轴电枢反应电抗与交轴电枢反应电抗。2、 直、交轴电枢反应电抗的标么值 根据前面推导：3、 隐极同步电机电枢反应电抗4-4 漏电抗计算漏电抗：槽漏抗、谐波漏抗、齿顶漏抗、端部漏抗一、 槽漏抗的计算（一） 单层整距绕组的槽漏抗4、 假设： 电流在导体截面上均匀分布； 铁磁物质磁导率； 槽内磁力线与槽底平行。2、矩形开口槽单层整距绕组的槽漏抗 3、其它槽形亦可采取同样的推导方法，抗前面都与槽形尺寸无关。因此，只需求出不同槽形比漏磁导，则可求出不同槽形的槽漏抗。不同槽的磁导可推出：槽口部分（）槽高部分（）单层整距绕组槽漏电抗：矩形槽：槽宽：槽口高：槽底高：每槽导体数：每相串联导体数：一 一个槽总的磁链： 一个槽漏电感系数：槽漏抗： 一相槽漏抗： 每相 a个支路