电机设计工程培训

电机设计第一篇旋转电机设计3第一章电机设计概述311电机制造工业的近况与发展趋势312电机设计的任务与过程41314国家标准国际标准5第二章电机的主要参数之间的关系621电机的主要参数之间的关系式622电机中的几何相似定律概述1223电磁负荷的选择1424电机主要尺寸比的选择及确定主要尺寸的一般方法1725系列电机及其设计特点20第三章磁路计算2131概述2132空气隙磁压降的计算2333齿部磁压降的计算3034轭部磁压降的计算34第四章参数计算3941绕组电阻的计算4042绕组电抗的一般计算方法4343主电抗计算4444漏电抗计算4745漏抗标么值6046集肤效应对电机参数的影响6247饱和对电机参数的影响6348斜槽漏抗计算65第五章损耗与效率6751概述6752基本铁耗6853空载时铁心中的附加损耗7054电气损耗7455负载时的附加损耗7556机械损耗8157效率83第六章电机的冷却8461电机的冷却方式8463风扇8564径向通风系统中转子上其他风压元件参数的近似计算法86第七章发热计算8771电机允许的温升限度8772传热的基本定律8973电机稳定温升的计算93第八章结构设计和机械计算9881电机的基本结构型式（自学）9882结构设计的基本内容、原则和方法99第十章感应电机的电磁设计100101概述100102主要尺寸与气隙的确定102103定子绕组与铁心的设计105104转子绕组与铁心的设计109105工作性能的计算112106起动性能的计算114第十一章电子计算机在电机设计计算中的应用119111概述119112曲线和图表的数学处理方法之一插值法120113曲线和图表的数学处理方法之二公式法121114机辅设计中常用的数值计算方法122115设计分析程序122116设计综合程序123附录电机的电磁设计10点注意事项124第一篇旋转电机设计第一章电机设计概述11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。12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。1314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；GB75565电机基本技术要求各类电机技术要求、铭牌、线端标志；GB76065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；JB74266J2、JO2系列三相异步电动机技术条件；JB110468Z2系列小型直流电机技术条件。各类电机试验方法GB103268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EFL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EFL结构部件尺寸电枢直径D交流电机（定子内径）1I直流电机（转子外径）2二、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。21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。出线端输出的电功率发电机轴上输出的功率电动机输出功率额定功率NP额定转速同步速PFN60/2TBADMWIA值气隙中磁通密度的最大磁负荷米流电枢圆周单位长度上电线负荷电磁负荷电磁功率（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（）P二、交流电机中的关系BANPLDEF,与计算功率101033KWIEMKVMEIMM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4伏FNKEDPMKNM气隙磁场波形系数，当气隙磁场正弦分布时；12MNMEK平均值有效值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）；EPEFAVLLBBAV气隙磁密平均值；计算极弧系数；PLEF电枢计算长度；极距（米）；272063米PDBAVP电负荷AD电枢直径（米）；MWI把上面关系代入电机常数ADPNMPEFCBKPNLD32106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P小，CA一般为常数。三、直流电机计算功率103KWIEPA其中电势NPNA6每极磁通EFPEFAVLBLBPD2电负荷AMWI把上面关系代入ABPNLPEF32106比较直流电机中KPNLDDPNMPEF321061DPNMK四、的物理意义ACK1AC电机常数ADPNMPEFCBKPNLD32106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；ACPTLDNPLEFEFA260/是计算转矩T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。EFL2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，AC并在一定程度上反映了结构材料的耗用量。2AK是电机常数的倒数，叫作利用系数。ACNLDPLTKEFEFA22601物理意义AK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AK量的改进，将不断增大。A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CPLDCEFA2A和转矩应力则随电机功率的增大而增大。AK小结ADPNMPEFCBKPNLD32106确定主要尺寸的基本关系式找到确定A、B、根据之间的曲/NPFKA线EFL2五、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PN1异步电机输入功率10COS311KWIMUPN额定功率3N计算功率31KVAIE比较上两式NNPUPCOS满载电势标么值EK1额定负载时感应电势与端电压的比值么值定子绕组阻抗压降的标1111111XIRIIIUIEKQPLLNQPN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。NPNCOS,EKP2同步电动机NPCOS3同步发电机10COSCOS31KWIMUPKNNNE输出功率是电功率4同步调相机3VAIPKVAPKE5并励直流发电机流而引入系数考虑电枢压降和绕组电GNGKWPK6并励直流电动机组电流而引入系数考虑电枢压降和并励绕MNMKP六、从确定主要尺寸关系式所得的结论选定A、B，063072ADPNMPEFCBKPNLD32106PTLNLCEFEFA2/1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。2A、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P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ACNPNP,和基本相同，基本相同；EFLD,2一定，一定，ANP一定EFL23、KNM、KDP一定，给定，决定于A、B，选A、B，；PNP,EFDEFLD24一定，N一定，D一定，LEF，P，可得不同容量。AC22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,分别指槽高和槽宽SSBABABHHLD2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GMEFCP反比的定律称几何相似定律。4/14/3PPPEF3证明条件保持不变FNBJ,长度与功率之间的关系LP4103导体裁面积电流密度CCFEEDPNMSJJSINBEFKKVAEIPIP代入，,CUCFEBJSNB保持不变4142PLLPSLCUFECU与的关系PCGEF,有效材料重量与体积成正比，也与长度的立方成正比；L有效材料的成本与损耗与成正比。EFPGM4/3/433PPPCCLEFEF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GEFP4/14/3PGEF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FNBJ,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。GMEFCP41P4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G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LL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。23电磁负荷的选择根据确定主要尺寸的关系式来看ABKPNLDDPNMPEF32106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DPNMPK,尺寸就决定于电磁负荷。EFLD2BA从上式看出，越大，越小，质量越轻，成本越低。因此希望一点好。,EFLD2BA,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，BA,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。,1,2运行启动参数对性能影响大一定时变化不大EFEFDPNMPCMBALDNPK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）DMNI21优点电机的尺寸和体积将减小，可节省钢铁材料；,12一定时变化不大NPKABLDPNMPEF（电机有效材料近似表示转子有效部分体积）EFLD2,EFL2B一定时，由于铁心质量减小，铁耗减小。（一定时）FEEFPLA,2B2缺点绕组用铜（铝）量将增加；用铜量一定时一定时,4,2NUEKFNEBLDADPMEF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）的铜耗为导体有效部分长度导体材料电阻率每根导体有效部分电阻LRJMILISLIRMPCEFCCEFCUT222电枢表面的铜（铝）耗为温升一定时当每相串联匝数导体电流密度导体截面积米瓦,/22ACCUTAQAJNJSJDLMNILPQEFL2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（）CCSJI,改变了电机参数和电机特性。由后面43可知交流绕组的电抗（互感电抗或漏电抗）的标么值,2NXBAXBAKK一定一定比例常数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。,12一定时变化不大NPKABLDDPNMPEF用铁量,2EFL2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电枢铁心质量,2EFLDBB比比PBFPFEF231温升铁耗电枢铁心质量且比,气隙磁位降和磁路饱和程度将增加；FHBFEI励磁电流磁路饱和程度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COS改变了电机参数和电机特性。,MMFEXRHBBXAKX饱和程度影响启动运行特性二、电负荷A和气隙磁密的选择1A、不应选择过高2A、的比值要适当B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AKX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。B（轻载I，PCU,可变损耗小，A，可变损耗不变损耗）3A、的选择要考虑冷却的条件B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B常可高出1520。4A、的选择要考虑所用材料和绝缘结构的等级B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，；B电枢绕组用铝RAL大A、比铜要好5A、的选择要考虑和N的大小BP（圆周速度取决于）VDVND,60,可大点冷却条件有所改善BAVA小BAP,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。B随材料性能，冷却条件、电机结构不断改进，体积。BA,24电机主要尺寸比的选择及确定主要尺寸的一般方法ABKPNLDDPNMPEF32106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DPNMPK,磁负荷选定后，则可确定（主要尺寸比）大小影BA,EFL2设计粗短设计细长EFL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EFLD2EFLPD2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EFL（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EFLD2结构尺寸小重量轻绕组铜的利用率一定，EFL2P一定EFL2端部铜耗一定机械损耗附加铁耗,JP一定端部较短端部漏抗总漏抗EFLD2一定冷却条件变差导致轴向温度分布不均匀度增大F，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异步电机极数多时取较大值异步电机大型少数异步电机中小型异步电机53154140（一般113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。291,21804356极从用铜观点一般随功率汽轮发电机取小一点额定转速较低的水轮机选较大的大的水轮机额定转速较高及容量特水轮发电机宜大点一般同步电动机有脉动的同步电动机内燃驱动的同发及负载高速大型同步电机中小型同步电机同步电机3直流电机52160大型中小型直流电机四、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；NP利用推荐的数据或曲线选取电磁负荷；BA,由，N（交流机NN0，直流机NNN）、EFLD2一般可近似认为9206701双层短距单层整距DPPNMKK参考推荐的数据选用适当的；及，分别求得与和；EFLD2EFLEFLD确定交流电机定子外径、直流电机电枢外径。从表21、22按标准选取，对定子内径、进行必要调整。1IEFL2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2121NEFIPLD一般1II12112NNEFPSL25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PK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31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。40000FFFDPNMIEINFIFKE或，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ILDH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；DLL包围的电流是回路所包围的全电流，即每对极的励磁磁势。I3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。21JMJTLHLHLDLLH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0FLSBEU4电机中常用的磁性材料铸钢直流机极轭锻钢凸极同步机整块磁极低合金钢结构钢低碳钢板极轭磁极涂漆的硅钢片电枢铁心焊接性能好导磁导热价格低以下含硅量无硅钢片平整度高导磁性好比损耗小含硅量冷轧热轧硅钢片,53132空气隙磁压降的计算计算方法是LHFSBEU1每极磁通的确定直流电机中韦ANPNENAPN6060交流电机中韦FKFKEDPNMDPNM442确定气隙最大的磁密BEFPEFPLBLS3确定气隙磁场强度（极中心线处的气隙磁场强度）H6018BH4确定气隙磁位降F是单边气隙径向长度（M）HKLF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PEFLK一、计算极弧系数的确定P1的物理意义PEFPEFLBDXL2AVP21波幅系数AVPSBF1PB距之比表示极弧计算长度与极直流电机沿电枢圆周方向的气隙磁密分布BX2大小的决定P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XB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F则是正弦，XB63702P磁路越饱和，越平，越大，越大XAVBP（一）直流电机的确定P1均匀气隙PB而极弧实际长度PPB2应计及极靴尖处的边缘效P2不均匀气隙削角极弧两侧边缘效应削弱PBP偏心气隙极弧PB时3MAX但计算时要用FPEQB2507MAX等效气隙长（二）异步电机的确定P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AVB6370PP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FKTTS211,45121SSTSK初选2由与关系曲线找到PSKPAVSNMSNMPAVSPSBKXBF,1,正弦分布越大越大磁路越饱和（三）凸极同步电机的P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。FXBXFBXFHXXCOSCOS0100750512COS,MAXMAXPPPBXB一般选取当一般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EFL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EFL度。TLEFPEFPLBLBS1为什么用而不用（沿轴向磁场分布不均匀，为什么）EFLTL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、TL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。TL2的物理意义EFL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。EFLB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2TEFL如不考虑边缘效应（如直流电机设计），则TF通风道的影响计算长度VTEFBNL铁心中径向通风道数V径向通风道的宽度通风道所损失的长度沿铁心长度因一个径向V损失长度（一边开风道）52VB（二边开风道）252VB综上所述VTEFBNL三、气隙系数K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。KEFK1物理意义为什么引入K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。MAXBB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。EF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KEF者的气隙长度为，而气隙磁密仍为。BFKKBTEFTMMT开槽后开槽后无槽有槽开槽后等效磁势AXAX从等效磁势观点出发KBKBKHEFEFFMAX66MAXAX1080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10MAXSBT一个齿距的最大磁通TBAX由于开槽后减少的磁通10S2）未开槽时一个齿距T内的磁通T3）保持同一个主磁通不变TB10MAXTSB卡氏系数101MAX01MAX0MAXAAX1STBTTKAX0和均与、槽口宽有关01S0B又可表示成20010LN24BBTGTK近似公式半闭口槽和半开口槽01B20754BTK开口槽205BTK经验公式1011定子齿宽ZZBTK定、转子都开槽的话，则2K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421083MJL残余气隙厘米（不包括压板的极身长度）2JLML残隙的磁密GSMJBLB磁极磁通极身宽MB残隙引起的磁位降安6108JJF有的直接用经验公式MJB533齿部磁压降的计算齿部磁路计算长度每极齿部磁压降TTTTLBHTF一、齿磁密的计算TB18000GS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TB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18T的场合1通过齿部的磁通因为齿磁密小于18T，齿磁路饱和程度不高，齿部导磁率槽部导磁率，齿部TB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MR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TBB空气隙磁通为。LEFSLRSLTMMT081槽齿槽齿一个齿下的气隙磁通全部由齿通过。TLBEFTTLBEFT2齿中的磁密TTLBSEFTTT3/1不含通风道铁心长度处齿宽平行槽取靠近最狭的如平行齿取齿宽计算齿宽TTFETLBBLK930250FETFEVTTFEFTKMNLB涂漆硅钢片对铁心叠压系数3每极齿部磁压降平行齿TTTLHBT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。SHTBTH因此我们取三个位置计算TTTTLBTF平均的TTTTTRTTTFEFTTTFEFTTRTEFTRLHHBLKBLBLB6121212121齿顶处齿中部齿根处SATSTSTRTSATBZDHZ21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TTTLHB31T31FTTTTTFEFTLHFBLKB313131注意11312SATBZHDB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18T的场合（对于热轧钢片）1为什么不行当齿磁密超过18T，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TSXTT磁密TB部磁通通过齿假想一个齿距范围内全齿视在磁密,TXTXSTTXBS齿实际磁密TXTXSTTXBSBSXSXTSXTSKHK0TTXSSXTTHB故等磁位面近似假设圆柱形表面为,0STTXTSTXTXTKHB25710STTT磁场强度T是下倾的直线方程，直线斜率为，可用作图STTKB2571SK25712571SKARCTG求得TTTLHTF或，SKTTTT查曲线如何求S由图直接查得，在不同情况下，曲线查出值。THSKTHFBT二、齿的磁路长度TL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）,3212少算一部分齿高磁密低处齿宽大RRHLT异步机梨形槽（或类似槽）,211少算一部分齿高磁密低处齿宽大RRT对半开口槽2忽略槽口处磁压降HLT对开口槽ST34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1035121同步机直流机M磁轭的磁通2J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。M2M2、轭部的磁密JMJJLHSB2JFEJJHLKS则如用薄钢片冲叠轭的轴向长度轭高,3、由查磁化曲线JJHB4、轭磁路长度是轭的平均直径一个极磁路长JAVJAVJDPDL215、轭部的磁压降221MINAXJJJAVJAVJJPLHF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00JB极间中心线上JM2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JL假设轭部截面上各点磁密沿半径方向均匀分布JB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J处（相邻两极中性线上）磁通为，磁密为最大；2X2处（磁极中心线上）磁通接近于0，磁密为0。0XEFJXDBLS的磁通中任意轭截面轭部的磁密轭部切向磁密与轭截面垂直JFEJFEFJXJEFJEJLHKDBLHKXLLB22020当222113DVRHDSIJIJJ转子圆底槽定子圆底槽轭计算长度其中0,22DVDVBNLLVTJJ如无通风道转子轴向通风道直径轭轴向长度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222331DVRHDHSIJ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。JJJJAVBHHC由曲线查取轭部磁压降校正系数,21JJAVJJJJCPDLF磁密大靠槽底处路径短均匀轭部磁密沿径向分布不计算最大值轭部磁密用的是,JJBC因此从等效磁势观点引入JAVH,JJJJJJJJCBCHCHHC越会走小圆走磁路分布越不均匀轭部磁路越饱和有关与比值有关与的影响就相应小大但走小圆磁通多分布越不均匀有关与（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，22穿过每个截面的磁通均小于。所不同的是计算方法不一样。2交流机JJJJJJJFEMJLHCFCHBLHK影响修正磁场分布不均匀的采用系最大22、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2MJ轭部最大磁密同交流JJFEJFEJHTLKLHB极弧范围两极尖之间1112223JJJJJJJJLH总的磁压降JPJJPJJLHF21JPJJ2其中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。JJJJFEJLHLHKB由图直接查得，在不同情况下，曲线查出值THSTFT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22111022111LXENIIM差漏抗谐波主电抗基波影响对经济性能和运行性能有很大影响RRLTICU,2异步机XSTMSTI,O同步机稳定性差短路比,K直流机电抗电势，换向条件差点RE41绕组电阻的计算直流机2AALNRCWA定子绕组1112ANALKRCWF绕线式转子1,222FCFKSFL很低22112RKNMKRDP电阻异步机鼠笼式转子RB2222SIN4ZPRIRBBWRWRALAZD242210RBPL2KR21ZKNMDP同步机11ANALCWF直流电阻导体材料电阻率导体截面积绕组导体长度CCALLRGB75581规定要换算到相应绝缘等级的基准工作温度。1155TTA、E、B7F、HT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。电流电阻电阻增加系数RKKRFFFC1一、流电机并联支路数导体截面积线圈或元件平均半匝长导体总数AALNAALNCACWA22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相绕组并联支路数双单定子每相串联匝数1111122AAPQSNNALKRKCWF2、感应电机转子绕组每相电阻绕线式转子1,2122FCWFKSFAALNKR很低22LC基波绕组系数每相串联匝数定转子相数折合到定子边212122112,DPDPKNMRKNMKR鼠笼绕组特点）是多相绕组，相数等于转子槽数；2ZM2124KNDPDP）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端环平均直径RRWDAZD2端环面积每槽距周长RWAZ22导条电阻BWALR端环折合到导条中的折合原则折合前后电损耗不变。RBRI22如何求的关系BRI每相邻导条电流之间相位差等于槽距电角2ZP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）RRBRBBRPZIIPIII222SIN2I）鼠笼式转子电阻RWRRBWBRRAZDAPDZLL2222）转子电阻折合到定子边RBWDPDPPLZKNMZKNR2212124422三、同步电机与异步机定子绕组计算方法一样。42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、22111022111LXENIIM差漏抗谐波主电抗基波2、交流电机中主电抗菌素NMUI槽漏抗电抗齿顶漏抗漏电抗端部漏抗NUXI谐波漏抗3、电抗的一般计算方法（磁链法、能量法）磁链法LXILNFLSLNIFI,磁路43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MX步骤I21FBIL2FLX电枢相电流的幅值每极电枢基波磁势幅值INKPMIPFDD22111由定子额定电流建立的气隙基波径向磁密幅值EFB1011NI正弦112LFSLEFPP2有效匝数DPMKN1DEFDPDPEFPEFLIKNL2210101MEFMLQFIX2014主磁路的比磁导EFDPMEFDPQKLNF212104NNMNFUEXIUX111由定子额定电流产生的基波磁势、基波磁通及所感生电势（1,EF1I假想）10NIMMNNXIRIZE10额定电压、在定子绕组中感应电势时所需基波磁通、相应NU,NUE的气隙磁势。011111222EFNDPDPNDPNBFKADMIKIMEFDPMMEFDPNKKBAK101112说明在一定时，与成正比EFMXBA而DNIA12EFEFDPNMEFNDLLFKELB124EFLA2大，说明绕组匝数多；（）MXNLSX,2小，小，感应一定电势所需匝数多。B不同条件下，随的变化曲线AQDK,PABC1MAX51MX02MAX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