电机设计精华版2.

1、 4-5漏抗标么值1、总漏抗槽漏抗：Xs4 fN 20l efspq谐波漏抗： X漏抗N 24 f0pqN 2lefX4 fN 20lefpq齿顶漏抗： Xt4 f0l eftpq端部漏抗： XE4 f0N 2lefEpq2、阻抗的基值ZNI N 1U NI N12FN12 fN NK dp1I N 1pmNK dp1Z2 fN NK dp1N2 mNKdp122m( NK dp1)fNFN1 pFN1 p3、漏抗标么值X4 f0N 2lefpq2FlX *Z N2m( NK2dp1 )fN0N 1 ef2N K dp11mqFN1FN 1 p2A K dp12NB 1X *20lefAK d

2、p1mqB 1或 : X *kA B 1k204、说明K dp1mq与A 成正比XAB 1qB 1与有关q如设计值与预设值相差较大, 采用调A ;相差太小采用调和q.B 1抗的调整：槽漏抗： Z，在总导体数一定时，每槽N， X， h 比值，实质上改变漏磁路的ssb磁导；谐波漏抗： q,s, X,0.8, X,；, N, X, X；, N, X。4-6集肤效应对电机参数的影响一、挤流效应槽中整块导体 通以交流电 槽漏磁通槽口局部磁通少漏抗小槽底局部磁通多漏抗大槽口局部导体中电密大 主磁通在导体中感应相同电势下 导体中电流槽底局部导体中电密小挤向外表 这种现象称挤流效应集肤效应 。a) 槽内导体b

3、) 电流密度的分布c) 计算交流电阻的等效导体二、挤流效应的主要影响1、使导体中交流电阻增大KF 倍。R交l直K F R直RS2、使导体的槽漏抗变小K X 倍。XK X X sLK X Ls 挤流作用使下部几乎没有电流，槽下部漏磁通少，使槽中导体的等效高度减小。h0h1sh1sbs3bs三、交流电机定子绕组考虑挤流效应后的参数修正系数四、异步电动机鼠笼绕组的挤流效应4-7饱和对电机参数的影响一、为什么要考虑饱和的影响：前面推导公式电抗计算公式中，假设Fe, Rml0, FFeA0 ，实际上，电机的主磁路或漏磁路某些局部处于饱和状态。饱和导致BH运行性能，那么必须考虑磁路铁心饱和对参数的影响。,

4、 Rm0 。为了精确计算电机相应的二、饱和对参数的影响由于饱和，B, RmH, X m1, XmmRm 在运行时，异步电机的励磁电抗、同步电机电枢反响电抗将会减少。1、对异步电机励磁电抗的影响N 2mq不考虑饱和时：Xm4 flefm0pqm2 K dp1ef考虑饱和时：X mX msksF0FksFFt1 FFt 21饱和系数E1或 : X msI mE1I0 ZmI 0I mZmX mrm2、对凸极同步电机的影响 交轴电枢反响电抗：E1I m X msE1是额定运行时定子绕组I m是额定运行时定子磁化中相电势电流q轴磁路：齿轭气隙只需考虑轭和齿的饱和影响。不同的 F, F j1 , Ft磁

5、路计算f ( FF j1Ft )由 ENFNksFj1FtFX aqsksXaqX aqs2EN ：由矢量图可知，忽略ENEN(U Ncos)2( I N XU Nsin)NEN4K Nm fNK dp1q 轴电枢反响小，引起转子磁势增加小，仍用X由磁化曲线f (FF j1Ft ) F , FFj1FFt ksF j1FtF交轴电枢反响磁路经过气隙、齿、轭ks查曲线求出，X aqsX aqks 图 4-28 X aqs 直轴电枢反响电抗d 轴磁路：气隙齿轭极身只需考虑齿、轭和极身的饱和影响。X adX adsksFksF j1FmFtFf ( FF j1FtFm ) F , FFj 1FtFm

6、 ENEN ：由矢量图可知在磁势- 电势图中，凸极同步电机中常用X p 代替 X 在凸极机中简单磁势电势图本身就是近似的，通过采用X p 反而使结果准确些。X adX aq ，对X ad 计算需要精确2些。用 X p 代替 X。NENEN4K Nm fNK dp1(U Ncos) 2(I N XU Nsin) F , FFj 1FtFFm ksF j1FtFmFXadsX adks注： d 轴负载时，电枢反响去磁，转子励磁绕组为了维持气隙磁通，必须克服Fad 比拟大。转子磁势，转子漏磁比空载时大，X pX4-8斜槽漏抗计算一、斜槽漏抗在异步电机中，为了削弱由齿谐波磁场引起的附加转矩及噪声，一般

7、笼型转子常采用斜槽，即把转子槽相对定子槽沿轴向扭斜一个角度。这样，定、转子绕组间耦合系数减小了，即定子电流产生的基波磁场有一局部不与转子导条耦合反之也时。相当于定、转子间互感电抗减小，定转子漏抗增加。这种由斜槽引起的附加漏抗称斜槽漏抗。sksin( bskt2bsk t2pZ 2)KpZ21感应电机互感电抗主电抗X mK sk X m 定、转子漏抗中分别增加一斜槽漏抗：(1K sk ) X mX sk二、斜槽漏抗的计算但实际计算斜槽漏抗不是这样计算定、转子漏抗的增加感应电机考虑斜槽影响的等效电路把定子斜槽漏抗归入转子回路时的等效电路而是将定、转子斜槽漏抗都归入转子回路内，如上图。这样变换励磁回

8、路电抗乘以系数：121(1K sk ) X m1K sk X mK sk12 K sk X mXm 与不考虑斜槽的励磁支路电抗相同。2转子回路内所有参数须乘以12定转子总斜槽漏抗：Xsk(1Ksk ) Xm122(1Ksk) Xm12定子边转子边1(2K skXm找出斜槽漏抗X sk 与谐波漏抗X 2 关系：X skbskX2t2的物理意义：由于斜槽后，基波漏磁场沿轴向分布不均匀，两端大中间小，两端的磁路较饱和， 使 X sk 有所减小；另外由于转子导条与铁心间没有很好绝缘，斜槽后相邻导条间产生横向电流也会使漏抗减小，实际值均为计算值小一半。故实际斜槽漏抗为：X sk0.5(bsk )2 X2

9、t2第五章损耗与效率 5-1概述一、损耗与效率的关系效率是电机的一个重要性能指标A, B:p, A, B尺寸, 耗材效率上下取决损耗大小p 材料性能、绕组型式、电机结构等高效电机就是设法降低电机的损耗、多用材料。二、电机损耗分类铁心中的根本损耗主要是主磁场在铁心中交变产生的磁滞、涡流损耗外表损耗：定转子开槽而引起的气隙磁导谐 波磁场在对方铁心外表产生的损耗空载铁心中附加损耗脉振损耗：定、转子开槽使对方齿中磁通因电机旋损耗转而变化所产生的损耗电气损耗：工作电机在绕组铜中产生的损耗，包括接触损耗负载时附加损耗：漏磁场包括谐波磁场在定、转子绕组中、铁心及结构件中引起的各种损耗机械损耗：通风损耗、轴承

10、磨擦损耗、电刷和换向器集电环磨擦损耗5-2根本铁耗产生的原因：由主磁场在铁心内发生变化时所产生的主磁场的变化：交变磁化性质：变压器铁心、定转子齿中发生旋转磁化性质：定、转子铁轭中发生的一、磁滞损耗1、磁滞损耗系数：单位质量铁磁物质内由交变磁化引起的磁滞损耗ph2、磁滞损耗耗系数计算在电机铁心内磁通密度1.0B1.6T 时：phhfB 2h取决于材料性能的常数f交变磁化的频率B磁密振幅(h在周波频率50HZ 下测)(ph 与 f 、 B 有关，与材料有关 )任意频率下：f2phhB 503、旋转磁化引起的磁滞损耗一般较交变磁化放大45-65%轭磁密一般在1.0-1.5T 这在以后计算根本铁耗时用

11、系数ka 考虑。二、涡流损耗1、产生的原因：铁心中的磁场发生变化时，在铁心中感应电势，会产生电流，这电流即涡流。由它引起的损耗为涡流损耗。2、涡流损耗系数计算pee22e( fB )2FeFe钢片厚度任意频率下：fpee (50B)26dFed Fe钢片密度电阻率涡流损耗系数pe 与 B 、 f 及材料厚度平方Fe 成正比。三、轭部及齿部的根本铁耗1、钢的损耗系数比损耗2、钢比损耗简便计算pFephpef2fBhe (505023、根本铁耗计算pFep102f1.3B ()5050瓦/ 公斤PFeka pFeGFeGFe: 交变或旋转磁化的钢质 量 定子或转子齿联轭中的根本铁耗考虑钢片加工后钢

12、自短B分布不均匀kaB随时间不按正弦变化旋转磁化与交变磁化不接同使p轭中的损耗系数：pFejp10250 B j (f1.3)50直流机: ka3.6轭中根本铁耗：PFejka pFej G j10 3(kW )PN隐, 异步机 :100kVAka1.5 齿中根本铁耗齿中的损耗系数：pFetp1050 Bt2 ( f50)1.3PN100kVAka1.3齿中的根本铁耗：PFetka pFet Gt10 3(kW)直流机异步机: ka: ka4.01.84、降低铁耗方法B 使各局部磁密不要过高B ；PN同步机 :PN100kVA100kVAka2.0ka1.7Fe p1050pe ；选用好材料D

13、31p1050D22p1050D12p10505-3空载时铁心中的附加损耗（一）空载时铁心中的附加损耗指的是：铁心外表损耗、齿中脉振损耗（二）附加损耗产生的原因：气隙中谐波磁场电机铁心开槽导致气隙磁导不均匀空载励磁磁势空间分布曲线中有谐波基波磁势铁心开槽气隙磁导不均匀气隙磁导齿谐波磁场I 0F0谐波磁势相带谐波磁势齿谐波磁势气隙均匀气隙不均匀高次谐波磁场 更高次谐波磁场磁势谐波磁场凸凹面间距(同步极距)比谐波波长大得多表面损耗涡流损耗凸凹面间距(异步齿距)比谐波波长小得多脉振涡流磁滞 损耗凸凹面间距介于它们之间表面损耗脉振损耗气隙谐波磁通的路径在极弧外表b) 深入齿部c) 在外表及齿中下面仅介

14、绍由铁心开槽引起的空载外表损耗及脉振损耗的计算方法空载励磁磁势谐波产生的这类损耗，一般在隐极同步机中方需考虑一、直流机及同步机整块或实心磁极的外表损耗1、产生原因： 是由气隙磁导齿谐波磁场与磁极外表相对运动在磁极外表引起的涡流损耗。因为频率很高，根本上集中在外表一薄层内，称外表损耗。fZ齿谐波磁场频率：Zn 60齿谐波磁密最大值：B0BmaxB(k1)BkB maxBB00 Bmax0k B由b0 查取曲线02、磁极外表涡流损耗计算 假设： a) 谐波磁密在空间按正弦分布，其幅值为B0 忽略极面涡流对B0 的削弱作用；磁极磁导为常数不考虑饱和 ；磁极轴向长度较长，磁极外表仅有轴向电流。 方法：

15、麦氏方程偏微分方程解方程通解代边界条件特解00 单位外表涡流损耗B222q0ZZ0224Z2k (B t )2 (Zn)1.5k(110460)1 .5实际上考虑假设引起误差，忽略磁滞，k0 要大按表 5-2如 B为正弦分布，那么气隙磁导齿谐波也将作正弦变化。qk1 ( B t) 2 ( Zn)1.5平均值 1( B sin x)2dx1 B 20002 外表损耗pFep03q0Ap10002(kW)3、外表损耗与哪些因素有关：2 与 B0成正比：B0(1k ) Bb0与B 大小有关 , Bb0, B0, pFep与有关, B0, B0, p Fep2 与t即磁密波长有关：t, 表面损耗,t,

16、 pFepZZ 与 f 1.5 成正比： fZn60f Z, pFep 与磁极材料的导磁导电性能有关：, k0, pFep二、叠片磁极及异步机中的外表损耗1、叠片磁极的外表损耗计算为了减小磁极的外表损耗，直流机、凸极机磁极常做成叠片，利用冲片外表形成的天然氧化膜绝缘层增加涡流回路的电阻，电流，pI 2 RpFepq0Ap10 3(kW)0q0k0(B t )2 (Zn)1.5(W / m2 )叠片q0 小，大2、异步机中的外表损耗异步机定转子都有槽：定子槽气隙磁导齿谐波磁场转子外表损耗；转子槽气隙磁导齿谐波磁场定子外表损耗。一般异步机转子半闭口槽在定子外表引起损耗小，气隙小转子外表损耗：p02

17、q02t 2D2lt 2b02 t210 3(kW)t2 , b02转子齿距及槽口宽定子槽开口引起的齿谐波磁场在转子单位外表中损耗：D2 , lt 2转子铁心外径及长度q0.5k( B t)2 (Zn)1.5(W / m2 )f ( b01 )查图5502B01001k 1B01 11010.5气隙主磁场正弦分布,气隙磁导齿谐波磁场也近似正弦k0与材料,加工性能有关低含硅量高含硅量: k0: k01.50.7加工后k0加工后 k0351.53三、异步机齿中的脉振损耗1、产生原因：定转子齿槽 旋转时定、转子之间相对位置不断变化齿对齿 进入定子齿磁通最大 齿中磁通发生变化 脉振损耗转子槽对定子齿

18、进入定子齿磁通最小2、计算： 单位轴向长度磁通变化量：定子齿中磁通的脉振B02 S21022 kb02 BS2 B02022 b0202k2Bf ( b02 )有关 定子齿磁密脉振振幅：BB02S2b02p12kFebt1102025b021理论推出阻尼系数2脉振磁通在转子导条中引起环流，此环流产生相反磁场，力图阻尼脉振磁通穿过齿部，环流产生的其它次的谐波磁场也将产生阻尼作用。Bp1b02(5b02b02 )k2kFeB1t1bt11t12k2t1Bt1Bt12定子齿中平均磁密( b02 )2b502上式是根据定转子齿槽尺寸关系最不利的情况下得出的；如果我们只考虑脉振损耗中的涡流损耗，而频率较

19、高，齿钢片磁导率变化的影响，实际磁密脉振振幅要小一些，计算时可用k1来补偿。Bp12t1Bt 1 最后得出脉振损耗的计算公式：pp10.5k( f Z 1 )( B2e)Mp1t 15010 30.5考虑脉振磁场按正弦变化k考虑加工及磁场非正弦e取决于材料规格及性能引入的损耗增加系数常数fZ 1Z2 n60定子齿脉振磁通的交变频率M t1定子齿的质量近似以 k2.5,e0.5,f Z1229Z 2n 60代入：Bp1Bt12t1磁密脉振振幅pp10.07(Z2 n) ( Bp1 )Mt110定子类似：pp 20.07( Z1n) ( Bp2 ) M t 210转子229工厂实际计算空载附加损耗

20、：实验数据；用根本铁耗取大一点ka 计算3齿：PFetka pFet M t10 3轭：PFejka pFej M j10 ka 取大点考虑空载附加损耗5-4电气损耗一、绕组中的电气损耗p( I 2 R )10 3cuxx交流 m 相：pcumI 2 R10 3R 是换算到基准工作工作温度的绕组直流电阻二、电刷接触损耗pcbub I10 3(一个极下)对碳和石墨 :ub1V对金属 :ub0.3V 5-5负载时的附加损耗一、 负载时附加损耗产生的原因 电机带上负载后，绕组中通以电流，环绕着绕组存在漏磁场。漏磁场在绕组中附近所有的金属附件中产生涡流损耗； 定子和转子绕组在气隙的谐波磁势所产生的谐波

21、磁场以不同的速度相对转子和定子运动，在铁心中和鼠笼绕组中产生涡流附加损耗。空载附加损耗主要讨论基波磁场 气隙磁导齿谐波磁场负载时附加损耗一般难于精确计算，通常以额定功率的百分之几大约估算。二、 凸极同步电机负载时的附加损耗由额定负载电流引起的同步电机的附加损耗，约略等于短路试验 电枢电流为额定值、转子堵转时的附加损耗，所以又叫短路附加损耗。铁心中的根本损耗主要是主磁场在铁心中交变产生的磁滞、涡流损耗短路时由于漏磁场在定子绕组中引起的附加损耗短路时由于漏磁场在金属部件中引起的附加损耗相带谐波磁势短路附加定子谐波在转子外表引起外表损耗损耗齿谐波磁势磁场的三次谐波在定子齿产生的附加损耗磁势中假设含三

22、次谐波磁势，但由于凸极机气隙分布不均匀，使直轴三次谐波分量与转子磁势三次谐波分量叠加在定子齿中产生附加损耗（一）短路时由于漏磁场在定子绕组中引起的附加损耗短路 漏磁场 定子绕组挤流 增加的这个电阻上的损耗直流电阻：pcumI 2 R交流电阻：pcu2mIRp2mIK F RKF 绕组电阻增加系数附加损耗：pcuad( K Fpcuc（二）短路时漏磁场在定子绕组端部附近的金属部件中产生的附加损耗按经验公式计算：p pl35 Di1( f ) 2 p 50Di1极距(m)定子内径(m)p1.15( A1c105)2 .5pc损耗系数A1定子电负荷（三）定子绕组磁势谐波在转子磁极外表引起的外表损耗基

23、波磁势相带谐波磁势: 由于相带存在, 使沿电枢圆周边分布的IF谐波磁势导体中电流因属于不同相而大小不一产生齿谐波磁势:由于导体不均匀分布在一个槽中心而产生的电枢表面, 而集中在1、定子相带谐波磁势在磁极外表产生的附加损耗 一般根据工厂经验公式计算：p2.1 ( kx*ad )2 ppq S10 3 kW空载磁极表面损耗2 k3 qk1FepFep0pqk ( B t) 2 (Zn)1 .5000 xad*纵轴电枢反应电抗标么值k系数(表53)kp短距系数qZ12mp各相导体在槽中的分布情况b) 磁势曲线及其分解。其中阶梯形曲线表示当A 相电流达最大值时的三相合成磁势曲线c)齿谐波磁势曲线d)相

24、带谐波磁势曲线 相带谐波损耗与哪些因素有关？与短距系数 有关。谐波次数是5、7、11 当=0.8相带谐波中的较低次分量5 次及 7 次因绕组短距而被大大削弱 采用短距绕组可以降低转子外表损耗。外表损耗还与电负荷A1有关。A1， I ，谐波磁势大，损耗大。与有关。谐波磁势谐波磁通是经过气隙而与转子交链的相对气隙大磁阻越小同样磁势磁通大损耗大。2、定子齿谐波磁势在外表产生的附加损耗 一般工厂计算方法：p2 tkk2 pX ad*Z1 (k1)2pFeppFep3q0 Sp10kW空载磁极表面损耗q0k0(B0t )2 (Zn )1. 5Z1定子槽数max :1k0.3k比例系数max :max :

25、1.52k0.2k2.0max极尖处气隙 极靴中心处气隙t推导公式： p0.25kA2 A21( Z1n)1.5 k2 k 22tk0 与哪些因素有关？p012k4ef60与 q1 值有关。q1 ，齿谐波磁势，外表损耗4t1 有关。与A1有关。A1， I ，谐波磁势大，损耗大。与有关。（四）短路电流为额定值时磁场的三次谐波在定子齿中产生的附加损耗1、 凸极机气隙不均匀，转子励磁磁势Ff 与电枢反响磁势Fa 的基波分量均在气隙中产生 3 次谐波磁场。短路时，定、转子3 次谐波磁场互相叠加。凸极同步电机的三次谐波磁场直轴电枢反响磁场曲线b)励磁磁场曲线2、计算：pt10.7 p1050(Bt5)

26、4 Gt 110 3 kWGt1定子齿重量p1050B1, f50单位质量损耗X*Bt( A3md1.27 A3 dX * ad )Bt1Bt1 A3m A3d空载额定电压时定子齿磁极3次谐波磁场系数电枢反应谐波磁场系数平均磁密(查图511a,b)磁极及电枢反响3 次谐波磁场系数计算3、与哪些因素有关：尽量使励磁磁势分布接近正弦，电枢反响磁势。三、 异步机负载时的附加损耗1、影响：异步机负载时的附加损耗不进行详细计算，一般按0。5%Pe 计算，这是很不精确的。对于采用压力铸铝工艺的小型异步机，达2-3%，有的甚至达 4-5%。该损耗对电机的经济性、启动性能影响很大，造成温升过高。2、笼型转子异

27、步电机附加损耗包括哪几局部： 定子绕组的漏磁场在绕组内及端部附近金属部件中产生的附加损耗； 定子磁势谐波产生的磁场在转子绕组中感应电流引起的附加损耗； 定子磁势谐波产生的磁场在转子铁心外表引起的外表损耗，忽略脉振损耗； 没有槽绝缘的铸铝转子中，由泄漏电流产生的损耗。（一）在直槽的情况下，由定子磁势谐波在笼型转子内产生的附加损耗24 m2 N 2 K 2K 41、相带磁势p211dpZ22R2 I 1定子谐波磁势齿磁势pC m I 2 R2Zm1 12ZI1定子相电流R2转子导条交流电阻K 2假设转子绕组对次谐波的绕组系数K dpR2Z定子谐波绕组系数折算到定子边的转子导条交流电阻(对应于一阶齿

28、谐波频率 )Cm损耗系数,由图512查,与 Z2Z1 有关2、与哪些因素有关： 与定子绕组谐波绕组系数K dp，转子绕组假想绕组系数K 2有关。(K dp22K 2 ) 与谐波次数有关；, B, p2 与定转子槽数比值有关；Z2Z11, p2Z, 一般采用近槽配合。 与转子槽数有关； Z 2, p2( fei), Z 2p0.75Z1 , K2pZ 4 ，少槽。2（二）斜槽情况下，如导条未绝缘，由定子磁势谐波在转子中产生的损耗12sk4m2 N 2K 2K 4导条绝缘很好斜槽相带谐波磁势齿谐波磁势p2如斜一齿距11dpZ 2,eZ0,2p2ZRI 2 k 0,导条中e矢量相加导条绝缘不好横向电

29、流损耗 (决定于导条与铁心间的接触电阻 )（三）降低异步电动机负载附加损耗的措施节能 损耗附加损耗1、采用谐波含量较少的各种定子绕组型式双层短距分布、单双层、正弦、-Y 混合谐波磁势 损耗；2、采用少槽近槽配合；3、采用斜槽，增大导条与铁心间接触电阻；4、适当增大气隙；5、采用磁性槽楔或闭口槽。5-6机械损耗轴承摩擦损耗与摩擦面上压力、摩擦系数及相对运动速度有关机械损耗电刷摩擦损耗与速度有关通风损耗与电机结构、风扇型式、通风系统中的风阻速度有关机械损耗也难以准确计算，一般以已制好的试验数据估取，或按经验公式估算。四、轴承摩擦损耗滑动轴承的摩擦损耗：50pf2.3l j50pjdj (1dj1.

30、5)vjl j10 13kWp轴颈投影面上的压力或压强(N / m2 ) d j轴颈直径(m)jl j轴颈长度(m) 工作温度5050度时油的粘度(0.0150.02Ns/ m2)vj轴颈的圆周速度(m/ s)滚动轴承的摩擦损耗：Fpf0.15v d10 8 kWF轴承的速度负荷(N)d滚珠中心处的直径(m)v滚珠中心处圆周速度(m/ s)五、通风损耗2pw1.75 v10 3 kW通过电机的通风量(m3 / s)v风扇外圆的圆周速度 (m/ s)六、轴承摩擦和通风损耗的实际计算方法直流机 对于直径为，轴上没有风扇的电机p fwk( va10)1.6 P10 3kWk0.9 1.3Nva电枢圆

31、周速度(m/ s) 对于电枢直径为，采用滑动轴承的电机wp(1.75Qv25Ga vjn104N)gpj10 3 kWGa电枢旋转部分重量v风扇外圆的圆周速度 (m/ s)Q通过电机的风量(m3 / s)nN额定转速 ( r / min)vj轴颈圆周速度 (m/ s)p j轴颈投影面上的压力(N / m2 )对于采用滚动轴承且轴上装有风扇的中小型电机损耗pfw按图 5-14 的曲线确定异步电机 对径向通风的大型电机p fw对中小型异步电机2 极防护式：2.4 pp3 ( N11)32vNvpv3kW极距通风道数极对数4 极以上防护式：2 极封闭型自扇冷式：fwp fwp5.5(6.5()p3

32、)2p(D2 )3(D 2 )kW324kWfw13(1D1 )()4p( D1 )4 极以上封闭型自扇冷式：p fw( 3 )2p(D 4 )kW凸极同步电机径向通风的卧式同步电机的轴承摩擦和通风损耗：pfw16 plt1 (v )3kWv转子速度立式水轮发电机 通风损耗：1940lt1定子铁心总长pw0 。122K T (v ) 2 QkWQ通过发电机的风量 推力轴承摩擦损耗：F101 .51. 56v转子圆周速度KT考虑空气摩擦的经验系 数(1.4)p fl0.5A()nN10kWgF作用在轴承上总推力( kN)A与压力pj 有关系数 (图515) 导轴承摩擦损耗：p fgFr vkWv

33、导轴承工作表面的圆周速度当油温为 40的摩擦系数Fr作用导轴承上的负荷Fr0.02G24.7l t1Di1 gkWG2转子重量七、电刷摩擦损耗p fbb pbSbvkWb摩擦系数pb电刷压力换向器b集电环b0.2Sb电刷总工作面积( m2 )v换向器或集电环的圆周速度 5-7效率发电机额定负载时的效率：g(1PNp)100%pPN额定输出功率p电机额定负载时总损耗电动机的效率：m(1p )100%PPN 1额定负载时的输入功率N1第六章电机的冷却6-1电机的冷却方式近代电机大部采用较高的电磁负荷，以提高材料的利用率， 电机的单机容量也是益增大， 因此必须改良电机的冷却系统，

34、以提高其散热能力。一、冷却方式概述冷却方式按冷却介质分： 空气冷却开路或闭路；径向、轴向或混合式；吸入式或压入式；外冷式或内冷式 油冷却 氢冷却 水冷却二、空气冷却系统优点：电机结构简单、本钱较低缺点：冷却效果差、高速电机引起风摩损耗较大类型：（一）开路冷却或自由循环或闭路冷却或封闭循环1、开路冷却：其冷却空气由电机周围抽取，通过电机后再回到周围环境中去。2、闭路冷却：其初级冷却介质如空气通过电机，沿着闭合线路进行循环，初级冷却介质中的热量经结构或冷却器传递给第二冷却介质如水。（二）径向、轴向和混合式通风系统径向通风系统按电机内冷却空气流动的方向分轴向通风系统混合通风系统1、径向通风系统：通风

35、的冷却介质沿径向流动 优点：利用转子上能够产生风压的零部件如风道片，磁极等的鼓风作用，应用较广 缺点：通风能力较差2、轴向通风系统：通风的冷却介质沿轴向流动 优点：便于安装直径较大的风扇，以加大通风量 缺点：通风强，风压损失小，材料省；但沿轴向方向上冷却不均匀，且不便于利用转子上部件的鼓风作用3、混合通风系统：兼有轴向和径向两种通道，但往往是偏重一种 直流电机：以轴向为主的混合式系统 汽轮发电机：以径向为主的混合式系统特点：将气流分为多股，使冷却空气尽可能与电机的所有发热局部相接触，电机各局部得到均匀地冷却。（三）抽出式和鼓入式1、抽出式：冷空气首先和电机的发热局部接触再通过风扇，可采用直径较

36、大的风扇； 特点：冷却能力较高，将使换向器上所形成的灰尘带入电机中。2、鼓入式：冷空气首先通过风扇，被风扇的损耗加热后再和电机的发热局部接触特点：冷却能力较低，但它能防止电刷与换向器磨损耗的灰尘进入电机。（四）外冷与内冷1、外冷：空气冷却系统一般采用外冷。冷却介质空气吹拂过电机线圈绝缘和铁心外表，所以又叫外表冷却方式。2、内冷：冷却介质空气、水、氢直接冷却发热体的内部外表。冷却效果好，但冷却系统复杂，对冷却介质要求十分干净。因此很少采用空气作为冷却介质。6-3风扇一、概述1、风扇的作用：产生足够的压力以驱送所需的气体通过电机。2、风扇的类型：离心式：能产生较高压力但效率低按其原理来说：轴流式：

37、效率高，但不能产生较高的压力混合式：在中等压力下效率较高，制造复杂 离心式：在风扇转动时，处于其叶片间的气体受离心力的作用向外飞逸。因而在风扇叶轮出口处形成压力气流进出离心式风扇时，一般要发生运动方向的改变。优点：它能产生较高压力最适宜一般中小型电机的通风系统的需要； 缺点：效率较低。 轴流式：在风扇转动时，气体受其叶片煽动沿轴向运动，在风扇出口处形成压力。优点：效率高，气流进出时一般不改变运动方向；缺点：产生的压力较低，仅适应低压下供应大量气体一般用在高速电机。 复合式：工作原理介于前面二者。优点：在中等压力下具有较高的效率； 缺点：制造比拟复杂较少采用 。本节：离心式风扇的工作原理、特性、

38、风扇负载运行时所产生的压力与流量之间的关系；轴流式风扇的工作原理及特性。二、理想的离心式风扇所产生的压力1、理想的离心式风扇：即风扇工作时没有任何损耗，流过叶片的气流与叶片的外形平行；或者说叶片多达无穷、叶片厚度达无穷。2、工作原理：当叶轮旋转时，叶片间的气被的所产生的离心力向叶轮外缘方向甩出去，新的 气体又不断地从叶轮内径处补充进来，形成气体的不断流动； 从而获得气体压力以使其顺利通过风路。三、理想的离心式风扇的外特性四、实际离心式风扇的外特性和功率五、离心式风扇的计算要点六、理想的轴流式风扇所产生的压力七、轴流式风扇压力的实用计算方法八、风扇的联合运行 6-4径向通风系统中转子上其他风压元

39、件参数的近似计算法在采用径向通风系统的电机中，通常借助： 放置在通风道中的风道片 安装在转子绕组端部的翼片感应电机或绕组端部及其支架本身直流电机， 安装在凸极同步机转子端部的斗形或称杓形翼片来产生风压。计算时，这些通风装置都当作等效的离心式风扇来考虑。工厂中常采用较为简便的近似计算方法，以较快判定利用这些风压元件的可能性与适宜性，并估计出所设计电机的冷却情况。第七章发热计算7-1电机允许的温升限度一、概述1、温升：电机运行时要产生损耗，这些损耗都转变为热能，使电机各局部的温度升高。电机某部件的温度与周围介质温度之差叫该部件的温升。2、温升随时间如何变化？对均质物体发热，其温升随时间的变化是指数

40、曲线关系。t0：起始时物体的温度与周围介质相同，0,t，物体产生的全部损耗都将用以提高物体的温度，因此起始时温度上升很快。t：物体到达最终稳定温升，热量全部散发到周围介质中去 t(3 T3、温升限制：温升受到电机材料限制不能超过一定数值，必须设法降低温升， 减少损耗，提高电机散热能力。4、温升计算目的：核算电机中几个发热部件在额定运行时温升是否超过允许的极限值。二、我国电机温升限度1、温升限度：电机在额定状态下长期运行而其温度到达稳定时，电机各部件温 升的允许极限称为温升限度。 温升限度在国家标准 “电机根本技术要求中已作出规定如表7-1 示。2、温升限度取决于：（一）电机绕组绝缘结构所采用的

41、材料 耐热一般分级： AEBFH极限温度：105120130155180（二）绝缘结构在规定的极限温度下工作，能够获得经济的使用寿命。（三）冷却介质的温度温度随所用的冷却系统和冷却介质不同而有所不同。我国规定 40作为冷却介质的温度，表7-1 的温升限值就是按此规定的。（四）测量温度的方法不同会造成测得的温度与被测部件中最热点温度之间 的差异也不同； 而被测部件中最热点的温度才是判断电机是否能长期平安运行的关键。如 E级绝缘定子绕组，电阻法测量温升限度为75120 -40冷却介质-5平均温度与最高温度差值= 75平均温度和最高温度差值：A、E： 5 B：10H：15（五）海拔温升限度是对海拔不

42、超过1000 米，最高环境温度为40地区规定的。如高于 1000 米小于 4000 米，海拔增加 100 米，温升为表 7-1 中规定的温升减去它的 1%海拔高空气稀薄，散热条件差（六）其它因素对电机温升的影响 提高电机绕组的温度一般意味着电机损耗的增大和效率的下降，受经济限制。 绕组温度的提高，可能引起轴承润滑系统工作的困难。 绕组温度提高，会引起换向的困难。 绕组温度的提高，引起某些相关零部件材料中的热应力的增大。 其他因素，如对绝缘的介电性能、导体金属材料的机械强度等，都会带来不利影响。小结：温升温升的变化温升计算目的温升的限度：什么叫温升限度温升限度取决于什么 7-2传热的根本定律一、

43、概述热量由发热体内部借传导作用传到发热体外表从发热体外表通过幅射和借助于空气和其它冷却介质的对流散发到周围介质。从讨论热传导方式传导、对流、幅射的根本规律，对发热体某些近似的温升计算方法。二、热传导定律1、 等温面：热传导只发生在空间中温度有上下差异的温度场中，把具有相同温度的点联接起来便得到等温面线 。2、热流密度：单位时间内通过单位等温面的热量q单位时间内通过等温面A的总热量,即热流A等温面的面积(即与热流方向垂直的面积)3、热传导定律：热流强度与各点在等温面的法线方向上的间空间温度变化率或即各点的温度梯度成正比。qgradq热流密度比例常数,即热导率“表示温度梯度的正方向为温度上升的方向

44、，而热量的传播方向总是从高温到低温的为温度下降的方向。当热流只有一个方向，并把其取为x 轴时qddxdAdx4、热阻dAdxdxAd两边积分：xAC假定为如图的单方向平面热传导，且当 x0 时，1 ，那么有 CA 11xA从上式可见平面热传导传导温度分布是一条直线。x,221A温差为：12R A其中： R称为热阻A比照：热路R电路uIR 热阻的串并联与电路一样n串联时的合成热阻：RR n1n并联时的合成热阻：11R1R n三、热传导方程温度场的场问题分析1、热传导方程建立温度场和热源之间的关系式叫热传导方程式。简单的温度场问题可以近似用路来代替的方法进行近似的计算，可是有些复 杂的温度场问题如

45、计算绕组导体或铁心沿轴向的温度分布时，就必须用热传导方程来求解。2、热传导方程的推导根据能量守恒原理热传导的微分方程边界条件时间的起始条件 定解p2ct2222x2y2z23、热传导方程的应用一根载流铜棒长为l，截面积为 S，通过铜棒的电流为I。假定铜棒外面的绝缘较厚，通过绝缘散出去的热量忽略不计。铜棒两端的的维持为0 不变，求铜棒中的稳定最高温度和平均温度。四、对流和辐射散热一般情况下热量从发热体散发到周围介质中去的主要是通过两个方式：对流和辐射一辐射散热1、辐射定律：每秒从每平方米发热体外表辐射出去的热量为q5.710 8(T 4T 4 )瓦/ 米2T发热体表面的温度( K )0T0周围介

46、质的温度(K )5.710 8从实验得出纯黑物体的辐射常数因数 ,其值随发热物体表面情况的不同而异2、辐射所带走的热量与哪些因素有关决定于发热外表的特性， 值，晦暗的物体的辐射能力大于外表有光泽的物体。决定于发热体外表与周围介质的温度。二对流散热1、对流散热：当固体外表的温度与流体的温度不相等时，它们之间产生热交换，热量将由高温物体传向低温物体，这种交换实际上是传导和对流两种作用，总称为对流换热。如电机、铁心绕组或其它部件的散热方式就是这种。2、对流散热能力与哪些因素有关 与固体外表的流动状态有关固体外表的流动是层流的话： 流体仅与固体外表平行， 流体仅与固体外表进行流动层；各层之间有流体交换

47、，这时与固体外表垂直方向的热量主要靠 传导作用，但流体的导热系数差，所以层流外表散热情况很差。流体作紊流： 流体中大局部质点不再保持平行于壁的运动，热量传递主要依靠对流的作用，对流传热时热阻较小，所以紊流时散热能力大大提高。 与冷却介质的物理性能有关 固体外表的几何形状尺寸及在流体中的位置有关五、牛顿散热定律和散热系数实际计算由对流作用带走的热量时，为了方便都采用牛顿散热定律。1、牛顿散热定律q( 12 )q热流强度(瓦/ 米2 )散热系数,当表面与周围介质温差为1时单位时间内由单位表面散发到周围传授的 热量1 ,2固体和流体的温度2、散热系数确实定决定外表散热能力的因素很多，很复杂，要十分精

48、确地确定散热系数是很困难的，可通过实验由下式近似决定。空气流速v525米/ 秒 ：0 (1k0 v)或0 (1kv)式中：0 发热外表在平静空气中的散热系数；v 空气吹拂外表的速度；k0 ,k 考虑气流吹拂效率的系数。q所以牛顿定律可写成：Ra AR1称为散热外表到流体的热阻，为散热系数AR传导热阻A3、等效热路图引入热阻把温度场路计算如从电机绕组端部传给冷却空气时要经过两个热阻，即端部绝缘中的传导热阻和绕组外表散热热阻，总热阻RRR(RR )7-3电机稳定温升的计算一、电机中的温度分布在电机的温升计算中， 主要是计算绕组和铁心的温升。这些部件既是导热介质，其中又有分布热源， 它们的温度一般来

49、在空间上总是按一定规律呈曲线分布， 出现了最高温升和平均温升之分。 平均温升与最高温升之间是有一定的规律性联系的，因而也可用平均温升来衡量电机的发热情况。（一）采用对称径向通风系统的电机中定子绕组沿轴向的温度分布定子绕组中部pCu铁心和径向通风沟空气热量沿绕组传导端部空气由于两端散热对绕组的冷却显著，温度低；中间局部冷却差，温度高温度发布定子铁心中部温度高两端温度低（二）采用轴向通风系统或混合式通风系统电机中定子绕组沿轴向的温度分布铁心 径向通风沟 空气绕组热量端部 空气绕组铁心外表轴向通风道 空气温度发布靠近电机热风口处靠近电机冷风入口处温度最高温度最低（三）外表冷却的封闭式交流电机中定子绕

50、组温度沿轴向的分布绕组热量 铁心 机座 空气端部散热能力差两端温度最高温度发布中部温度低（四）励磁绕组中的温度分布励磁绕组 铜损耗 热量 沿着厚度方向传导外表 散热 空气温度发布靠近磁极铁心部分靠近绕组外面温度高温度低（五）铁心叠片组中的温度分布铁心叠片pFe热量轴向导热表面散热空气 靠近通风沟中部温度低温度高径向导热表面散热空气近似认为温度沿径向分布不均匀二、用热路法计算电机的平均温升1、假设：绕组铜和铁的热导率为无穷大，即铜和铁是等温体，且它们的的等于平均温度。2、绕组和铁心平均温升的计算 采用热路法计算在上面假设的前提下，外冷式电机中的温度降将集中在绕组绝缘和有关散热外表处作为冷却介质的

51、流体层中。因为绝缘和冷却介质本身都没有热源，因此可以用热路法进行计算。 目的：计算绝缘内温度降、计算散热外表处冷却介质温度降，以计算绕组和铁心的平均温升。 二源热路法：定转子积各自组成独立的二个热源热路以采用空气冷却径向通风系统的交流电机定子为例来说明。热路： 热阻：定子绕组散热途径pCu热量从绕组端部表面从通风道中的绕组表面冷却介质空气热阻 RC1热阻 RC 2传导铁心空气RCF (绕组与铁心之间热阻)定子铁心散热途径pFe热量从通风道表面 从铁心内圆表面空气RF 1空气RF 2从铁心外圆表面空气RF 3先传递绕组空气铁心和绕组之间RCF热源：定子绕组中铜耗产生的热量； 铁心损耗所产生的热量

52、。热路图列方程铜的温升、铁的温升节点 a:流进节点热量 =流出节点的热量流入节点的热量=pCuRCuCuFeCu流出节点热量：Cu(CuCu RCu热传导定律 )CFRCF节点 b:流入节点的热量=pFeCuFeCFRCF流出节点的热量：FeFeRFepCuCuFeCuRCuRC1RC 2列方程：RCuCuRRCFFepFeFeRRC1RC 211R111CFFeFeRF 1RF 2RF 3解方程：pCupFe (RFeRFe) RCFpCupFe (RFeRFe) RCFCu1RCuRFe1RCF1RCuRFe1RCF1RCuRFe1RCFCuCup FepCu (RCuRCu) RCFFe

53、1RFeRCu1RCFCuCuCu短路试验 pFe0测得Cu4热阻的计算a、定子绕组铜和铁心之间的绝缘热阻空载试验 pCu0RCF测得CuRCFCF CF ACFCF铜铁之间绝缘(包括气隙层)总厚度CFACF铜铁所用绝缘合成导热率绝缘和铁心接触总面积b、绕组端部铜和空气之间热阻RC1绕组pCu端部绝缘RC1端部表面散热空气散热热阻RC 1RC1RC1RC1C1RC1C 1绕组端部绝缘厚度C1端部绝缘热导率RC1C1 AC 11C1 AC1C1AC1端部表面散热系数散热面积绕组端部的散热面积或导热面积不易确切计算，一般认为端部绝缘的导热面积和端部的外表散热面积相同，因此上二式中面积都用AC1 计

54、算。在通风情况良好时，可取AC1l EuZl E端部长u导体边同绝缘的表面周长Z槽数c、径向通风道中绕组局部和空气之间的热阻的计算RC 2RC 2RC2RC 2传导热阻 表面散热热阻RC 2RC 2C 2C 2 AC21C2 AC 2d、铁心径向通风道内外圆外表对空气的外表散热热阻计算RF 11F 1AF 1RF 21F 2 AF 2RF 31F 3 AF 3F , AF 分别为相应部分的表面散热系数 ,散热面积.三源热路法在外表冷却的封闭式感应电机中，定子铁心、定子绕组铜和转子构成了有三个热源的热路。三、用简化法计算电机的平均温升用热路法计算温升热阻散热系数0 (1k0v) 与v 有关通风计

55、算但风量分布与散热系数都不易精确计算简化法1、假设： 全部铁心损耗pFe 及有效局部铜耗pCut只通过定子或转子 圆柱形冷却外表散热； 电枢绕组铜的有效局部和端接局部之间无热的交换。2、简化热路图：R1定子圆柱形表面散热面积A A定子圆柱形表面散热系数3、计算温升节点 b：铁的温升：pFeFepCut( pFeFeRpCut ) RpFepCut A铜铁之间温度差：CFpCut RCF铜的温升：CutFeCF绕组端部的温升：CuEpCuE REpCuE端部铜耗 ,假定全部从端部散出整个铜的平均温升：Cut ltltCuE lElERE AC1端部散热热阻端部散热面积, RE1E AC1lt 、

56、 l E 分别为电机的有效局部，端部的长度。温升决定于哪些因素：电枢外表单位外表的铜耗qAJpCuAJ第八章结构设计和机械计算结构设计和机械计算是电机设计的一个组成局部，它主要在电磁设计完成后进行，以解决机械局部的设计问题。内容：电机的根本结构，结构设计的根本内容、原那么和方法，电机主要零部件机座、转轴、换向器及厚壁圆筒的机械计算。 8-1电机的根本结构型式自学一、总体结构的分类（一）按通风冷却系统分类空冷：自冷、自扇冷、他扇冷、管道通风、自由循环通风、封闭循环通风等；氢、水等：封闭循环（二）按防护型式分类开启、防护、封闭、防爆、防水、水密、潜水、潜油等（三）按安装结构型式分类IM1 IM9二

57、、主要类型电机的典型结构简述（一）感应电机1、封闭式2、防护式3、箱型结构（二）同步电机1、凸极同步电机）卧式凸极同步电机）立式凸极同步电机2、隐极同步电机（三）直流电机 8-2结构设计的根本内容、原那么和方法一、结构设计的根本内容和原那么1、结构设计的根本内容 确定电机的总体结构型式，包括防护型式、轴承型式和数目、轴伸型式、安装方式、通风系统等。 确定零部件的结构型式、材料、形状、尺寸、加工精度、形位公差、外表粗糙度和技术要求等。 确定某些零部件之间的机械连接方式、配合种类等。 核算零部件的机械性能。2、设计原那么应保证电机在规定期限内能平安可靠地运行；所有结构型式一般应符合有关国家标准规定

58、，如防护型式、 轴承型式、 中心高、外形尺寸、安装尺寸等； 尽量使零部件符合“标准化、系列化、通用化的要求； 应具有良好的结构工艺性； 应考虑电机装拆和维修方便； 适当注意外形美观。二、结构设计的方法（一）交流电机的结构设计1、确定总体结构2、确定定转子的结构 定子结构设计的内容和方法定子铁心：确定轴向和周向固紧方式；径向通风道元件的结构；如采用扇形片时，确定扇形片划分、鸽尾槽数目、尺寸、布型； 大型还要确定铁心两端阶梯局部的具体结构；定子绕组：应先计算和作图求得端部尺寸；确定固定方式； 作出定子的分装草图。 转子结构设计转子铁心：如同步机确定磁极和磁轭的详细结构尺寸固紧方式；如其它转子铁心，

59、除具有轴向通风道时要确定相应的结构外， 其它与定子铁心情况相似；转轴：设计转轴各档局部尺寸，加工精度，形位公差，外表光洁度； 核算转轴的机械强度。转子铁心与转轴组合：套轴式、支架式。决定转子铁心和转国的径向尺寸的关系；作出转子草图。 端盖结构和尺寸主要根据通风系统、 绕组对地绝缘距离轴承套结构及端盖的刚度与强度等方面的要求确定。 作出总装草图，同时布置风扇校核各部件的相对位置， 必要间隙是否适当， 安装、外形尺寸是否符合要求； 制造装配拆卸维修是否方便，进行必要的修改，逐步给出零件图，详细准确的总装配图，校核总装尺寸。（二）直流电机的结构设计直流电机与交流电机大体相似，只是电枢在转子上磁极在定

60、子上，且有换向极。第十章感应电机的电磁设计10-1概述主要内容：主要尺寸与气隙确实定； 定转子绕组与冲片设计； 工作性能的计算； 起动性能的计算； 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：H630mmD11mP400kWU3000.6000V中型：H(355630)mmD1(0.51.0) mP( 451250)kWU380,3000.6000V小型：H(80315)mmD1(0.120.5)mP(0.55132)kWU380V根本系列：YIP44 小型三相感应电动机J2，JO2小型三相感应感应电动机JS三相笼型转