胡跃伟-电机现代设计.doc

电机现代设计理论 姓名：胡跃伟学院：电气与自动化学院专业：电机与电器学号：2008203054电机设计电机主要参数关系胡跃伟 电机与电器 2008203054设计一台电机时，必须确定许多尺寸，但其中起主要与决定作用的是电机的主要尺寸。电机的主要尺寸是指电枢铁心的直径和长度。主要尺寸确定后，其他尺寸也就可以大体确定。电机的重量、价格、工作特性和运行可靠性等也都和主要尺寸以及他们的比值有密切关系。一电机的主要参数之间的关系式电机在进行能量转换时，能量以电磁能的形式通过定、转子之间的气隙进行传递，与之对应的功率称为电磁功率。因此电机的主要尺寸应与电磁功率有密切关系，后者可用电机的计算功率表示。1）交流电机的计算功率，考虑各关系式，可得交流电机主要关系式： （1-1）上式中D、的单位为；的单位为；的单位为VA；A的单位是A/m；的单位为T。2）直流电机的计算功率为，同样可得直流电机主要关系式：比较可知，直流电机的主要关系式可由交流电机的主要关系式写出，只是。定义为电机常数，电机常数大体上反映了产生单位计算转矩所耗用的有关材料的体积，并在一定程度上反映了结构材料的耗用量。电机的主要尺寸由其计算功率和转速之比或计算转矩所决定。因此在其他条件相同时，计算转矩相近的电机所耗用的有效材料也相近；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。和不变时，提高转速可减小电机的体积和重量；转速一定时，若直径不变而采用不同的长度，可以得到不同功率的电机。二电磁负荷由电机常数的公式可知，系数、与的数值一般变化不大，因此在计算功率与转速一定时，电机的主要尺寸决定与电磁负荷、，两者的关系如下：线负荷较高，气隙磁密不变：电机的尺寸和体积将较小，可节省钢铁材料；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，这是由于电机尺寸小了，在不变的条件下，每极磁通将减小，为了产生一定得感应电势，绕组匝数必须增多；增大了电枢单位表面的铜耗，使绕组温升增高。气隙磁密较高，线负荷不变：(1)电机的尺寸和体积将减小，可节省钢铁材料；(2)使电枢基本铁耗增大。这是因为提高后，在其他条件不变时，虽会使与电枢铁心重量减小，但因电枢铁心中的磁密与有一定的比例关系，铁内磁密将相应的增加，铁的比损耗是与铁内磁密的平方成正比的。因此随着的提高，比损耗增加的速度比电枢铁心重量减小的速度为快。而电枢的基本铁耗系数等于其铁心重量和比损耗的乘积，因此提高后，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)气隙磁位降和磁路的饱和程度将增加。提高后一方面直接增大了气隙磁位降得数值；另一方面由于铁内磁密增大而使磁路饱和程度增加。这样对于直电机和同步电机，会因励磁磁势增大而引起励磁绕组用铜量与励磁损耗增加，效率降低。对于感应电机，会因励磁电流增加而使功率因数变坏；(4)影响电气参数和电机特性。随着的增大，绕组电抗()的标么值将减小，从而影响电机的起动特性和运行特性。2.2电磁负荷的选择由上可见，应该从电机综合技术经济指标出发来选取合适的和值，除了不应选择过高的和数值外，还应考虑它们的比值要适当。电磁负荷的选用不仅与电机的冷却条件、所用材料绝缘等级有关，还与电机的功率及转速有关。因此很难单纯从理论上确定，通常主要参考电机工业长期积累的经验数据，并分析对比所设计电机与已有电机之间在使用材料、结构、技术要求等方面的异同后进行选取。三电机主要尺寸选择在选定和后，由式1-1即可初步确定电机的。但相同的电机，可以设计的细长，也可以设计的粗短。为了反应电机的这种几何形状关系，通常采用主要尺寸比。的大小与电机运行性能、经济性、工艺性等均有密切的关系。若不变而较大：(1)电机将较细长，即较大而较小。这样，绕组端部变得较短，端部的用铜量相应较少，当仍在正常范围内时，可提高绕组铜的利用率。端盖、轴承、刷架、换向器和绕组支架等结构部件的尺寸较小，重量较轻；(2)同一磁密下基本铁耗不变，但附加铁耗有所降低，机械损耗则因直径变小而减少；(3)由于绕组端部较短，因此，端部漏抗减小；(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)线圈数目常比粗短的电机少，因而使线圈制造工时和绝缘材料的消耗减少；(6)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。选择值时，通常主要考虑：(1)参数与温升；(2)节约用铜（铝）；(3)转子的机械强度；(4)转动惯量方面的限制和要求。不同电机所考虑的因素不同，取值不同。在中小型感应电机中，通常，少数；大型感应电机则为；感应电机的过载能力与功率因数等性能都和漏抗有关，因而就与有一定关系。对于凸极同步电机，一般随极对数的增加而增大。通常，中小型同步电机的，其上限属于多极电机。对于大型同步电机，由于转子材料机械强度的限制，极距不能太大，因而值较大，可达。对于一般同步电动机，的选择则应考虑异步起动和过载能力问题。由于其起动性能比感应电机的要差，因而需要牵入同步，故转动惯量不应太大，即一般宜取得大些。对于直流电机，越大，则电枢越长，换向器片间电压和换向元件的电抗电势均将增大，使换向条件变差。过大的还会导致磁极铁心的截面形状变得狭长，使励磁绕组金属的利用率下降。一般说，小型直流