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,递的,与之对应的功率称之为电磁功率。
P’=mEI2、1)直流电机：P’=EαIα2)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,反映结构材料的耗用量。
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Kδ1)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：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Φm包括穿过空气隙的主磁通Φ和不穿过空气隙而在极间空间闭合的漏磁通Φσ两部分,则有：2)磁极磁压降的计算：先算出极身中的磁密B m,并认为沿极身高度的不同截面磁密都是B m：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Φ；(2)计算磁路各部分的磁压降,各部分磁压降的总和便是每极所需磁势；(3)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,就可以得出一条完整的空载特性曲线：复习思考题1、气隙系数Kδ的引入是考虑什么问题假定其他条件相同,而把电枢槽由半闭口槽改为开口槽,则Kδ将增大还是减小2、当齿磁通密度超过时,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若其数值过大,从哪些方面去调整效果显著5、若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,该数值变化值为多大第四章参数计算4-1 绕组电阻的计算一般说来,绕组中通以直流或交流时,其电阻是不同的。
1、绕组中通以交流时,由于集肤效应,使得其电阻值较通直流时大,用K F’表示电阻增加系数,则有：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,谐波磁场的电抗则是整个漏抗的一部分,称为谐波漏抗或差别漏抗。
在感应电机中,习惯上称主电抗为励磁电抗,在同步电机里,则称为电枢反应电抗。
1、感应电机主电抗的计算方法：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：隐极同步电机：主电抗标幺值表示为：结论：在τ/δef一定下,主电抗标幺值与A/Bδ1成正比；线负荷A= Bδ1=可知：A选用的较大,说明绕组匝数较多；Bδ1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Bδ1或A/ Bδ1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部分计算：(1)通过h0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/Bδ1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部分处于某种程度的饱和状态,铁心的磁阻不可忽略。