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1、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,对于一般构造的同步电机和感应电机,那么是指定子径。主褰尺2-1电机的主要参数之间的关系式1、电机进展能量转换时,能量都是以电磁能的形式通过定、转子之间的气隙进展传递的,与之对应的功率称之为电磁功率。P，=m日2、1)直流电机：P,=El2)电机常数CA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,并在一定程度上反映构造材料的耗用量。3、根据以上两个式子得出的重要结论：电机的主要尺寸由其计算功率，和转速之比P7n或计算转矩T所决定。功率较大、转速较高
2、的电机有可能和功率较小、转速较低的电机体积接近。电磁负荷A和B不变时,一样功率的电机,转速较高的,尺寸较小；尺寸一样的电机,转速较高的,那么功率较大。这说明提高转速可减小电机的体积和重量。(3)转速一定时,假设直径不变而采用不同的长度,那么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、Bb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：说明：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、本钱及产生的损耗,均与功率的1/4次方成反比,即随着电机容量的增大,
3、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h与转速n一定时,电机的主要尺寸决定于电磁负荷和A、B电磁负荷越高,电机的尺寸将越小,重量就越轻,本钱越低。从而,一般选取较高的A和B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B不变。(1)电机的尺寸利体积将较小,可节省钢铁材料。(2)B一定时,由于铁心重量减小,铁耗随之减少。绕组用铜量将增加,这是由于电机的尺寸小了,在B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。增大了电枢单位外表的铜铝)耗,使绕组温升增高。(5)影响电机参数与电机特性。
4、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B较高,线负荷A不变。电机的尺寸和体积将较小,可节省钢铁材料。(2)使电枢根本铁耗增大。B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B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B6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Bb值,以便使制造和运行的总费用最小,而且性能良好。除了不应选择过高的A、Bb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
5、耗的分布密切相关。电机的冷却条件对电磁负荷的选择也有重要的影响。电机所用的材料与绝缘构造的等级也直接影响电磁负荷的选择。绝缘构造的耐热等级越高,电机允许的温升高=也就越高,电磁负荷可选高些；(4)A.B6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B6后,即可初步确定电机的D2%f.但Dif一样的电机,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：入4f.1)假设D2%f不变而较大：(1)电机将较细长,即Ief较大而D较小。绕组端部变得较短,端部的用铜量相应减少,当人在正常围时,可提高绕
6、组的利用率。单位功率的材料损耗少、本钱较低。电机体积不变,那么铁耗也不变,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,那么端部漏抗减小,这将使总漏抗减小。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、B计算得D2Ief;参考推荐的数据选
7、用适当的人,即可由已算得的D2ef分别求得主要尺寸D与Ief,同时还要确定定子外径DL接着对定子径Dil与铁心计算长度Ief进展必要调整。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CA和利用系数KA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？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
8、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局部磁通密度选择得是否适宜。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、定子挽、转子挽,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Bb所在的磁极中心线处的气隙磁压降：2、计算极弧系数ap，确实定：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ap，p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,p越大。计算时,饱和程度用饱和
9、系数来标识：4、电枢或气隙的轴向计算长度Ief计算空气隙磁密最大值B时,用的是电枢或气隙轴向计算长度,而不是铁心总长度Ii,因为主磁通不仅在铁心总长Ii的围穿过空气隙,而且有一小局部从定子面越过,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26。5、气隙系数KS1）引入原因：因槽开口影响而映入了气隙系数Kb分析：假设先假定转子铁心外表有齿、槽,而定子圆外表光滑,那么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。为维持主磁通为既定值,那么齿顶处气隙最大磁密必须由无槽时的B增加到B6max,定义气隙系数K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
10、1）每极齿部磁压降计算公式：3-4短部磁压降的计算按所衔接的是齿或是磁极可把轨分为极联轨和齿联挽。在极少数电机中,由于匏的磁路长度较长,挽磁压降可能超过齿磁压降；在多极电机中,牝磁压降通常只占磁路总磁压降的很小一局部。1）极联挽磁压降的计算通过磁极中的磁通按磁通连续性定理应是气隙主磁通和相邻极间的漏磁通。之和；m经过磁极之后,分成两路,分别进入左右两边的腕,经过极联班每个截面中磁通通常认为都是（Dm/2；2）齿联枕的磁压降计交流电机的齿联挽磁压降由于齿联辄中磁密分布不均匀,齿联聊磁路全长上的磁压降:3-5磁极漏磁系数与磁极磁压降的计算1）磁极漏磁系数：电机主极极身的磁通Bm包括穿过空气隙的主磁
11、通和不穿过空气隙而在极间空间闭合的漏磁通。两局部,那么有：2）磁极磁压降的计算：先算出极身中的磁密Bm,并认为沿极身高度的不同截面磁密都是Bm：每极的磁压降为：3-6励磁电流和空载特性计算1、各类电机励磁电流或空载特性的计算步骤：（1）根据感应电势E确定每极气隙磁通；（2）计算磁路各局部的磁压降,各局部磁压降的总和便是每极所需磁势;计算磁化电流或空载特性。2、每极励磁磁势各类电机的每极磁势为：直流电机：感应电机：凸极同步电机：3、励磁电流和空载特性：对于直流电机和凸极同步电机的集中励磁绕组,空载励磁电流为：对于多相交流分布绕组,交流磁化电流：取不同的电势值,并分别求出相应的励磁电流,就可以得出
12、一条完整的空载特性曲线：复习思考题1、气隙系数K的引入是考虑什么问题？假定其他条件一样,而把电枢槽由半闭口槽改为开口槽,那么K将增大还是减小？2、当齿磁通密度超过1.8T时,对计算齿磁位降的方法为什么要作矫正？3、在不均匀磁场的计算中,为什么常把磁场看做是均匀的？而将磁路长度加以较正？校正系数有的大于1,有的小于1,试说明其物理意义？4、感应电机满载时及空载时的磁化曲线是怎样计算的？他们与哪些因素有关？假设其数值过大,从哪些方面去调整效果显著？5、假设将一台感应电动机的额定频率由50HZ改为60HZ,并要求维持原设计的冲片及励磁磁势不变,有关数据应如何变化才好？不考虑饱和影响时,该数值变化值为
13、多大？第四章参数计算4-1绕组电阻的计算一般说来,绕组以直流或交流时,其电阻是不同的。1、绕组以交流时,由于集肤效应,使得其电阻值较通直流时大,用“表示电阻增加系数,那么有：4-2绕组电抗的一般计算方法绕组电抗分为：主电抗和漏电抗（漏抗）；主电抗的标幺值表示为：绕组漏抗的标幺值表示为：1、电抗的计算方法有：（1）磁链法、（2）能量法4-3主电抗计算多相交流电机电枢电流产生的气息磁场中,有基波磁场,也有谐波磁场;相应于基波磁场的电抗,属于主电抗,谐波磁场的电抗那么是整个漏抗的一局部,称为谐波漏抗或差异漏抗。在感应电机中,习惯上称主电抗为励磁电抗,在同步电机里,那么称为电枢反响电抗。1、感应电机主
14、电抗的计算方法：预先假设：电枢槽部导体中电流集中在槽中心线上；铁磁物质磁导率趋向于无穷大；槽开口的影响以气隙系数来计算。多相电枢绕组中,通以多相对称电流后,由电枢电流建立的气隙基波径向磁密的幅值为：r,s在朝PL朴我m、粮救2p定度电祖JI轨主矍与维册每相二N:J一*.K.*1.-.,mk关.隐极同步电机：主电抗标幺值表示为：结论：在6ef一定下,主电抗标幺值与A/B61成正比；线负荷A=Bl=可知：A选用的较大,说明绕组匝数较多；Bl选用的较小,感生一定电动势所需的匝数也较多或电机尺寸较大。因而,选取较大的A及较小的Bbl或A/BSl越大将使电机的主电抗变大。4-4漏电抗计算由于绕组电流在电
15、机中的不同位置所建立的漏磁场情况不同,绕组的漏抗通常分为：1）槽漏抗、2）谐波漏抗、3）齿顶漏抗和4）端部漏抗,然后相加得到总漏抗值；1、槽漏抗计算1）单层整距绕组的槽漏抗槽漏磁通分为两局部计算：（1）通过ho高度上的漏磁通：（2）通过h1高度上的漏磁通：4-5漏抗标幺值漏抗标幺值表达式：结论：在q和一定的情况下,它也和主电抗一样,与A/B61成正比关系。4-7饱和对电机参数的影响电机的主磁路或漏磁路的某些局部处于某种程度的饱和状态,铁心的磁阻不可忽略。复习思考题1、漏抗大小对于交流电机性能有何影响？2、槽漏抗与谐波漏抗的大小主要与哪些因素有关？3、感应电机励磁电抗的大小主要与哪些因素有关？它对电机性能有何影响？4、设计电机时漏抗太大,欲使之下降,应改变哪些数据最有效？5、齿顶漏抗与谐波漏抗有何区别？在哪种电机里需要计算齿顶漏抗？为什么？第五章损耗与效率损耗的大小与选择的电磁负荷有很大关系,为了降低损耗,就得选取较低的电磁负荷以及电流密度等：损耗大小还与材料性能
