凸极同步发电机电磁计算程序

.凸极同步发电机电磁计算程序1额定数据及主要尺寸1.额定功率：pn75kw2.额定电压：u n400v3.额定转速：nn1500r/ min4.额定频率：f n50hz5. 额定功率因数 cos0.8;.6. 相数： m=37. 额定相电流（星形连接） ：p751038. 极数：i n3u nncos34000.8a135.3a2 p120 fnnn12050 =415009. 定子铁芯外径： dl=430mm10. 定子铁芯内径： dil =300mm在凸极同步电机中，dld il1.4211. 极距：dil300mm235.62mm2 p412. 圆周速度：v2 fn250235.62 m/s23.562m/s1000100013. 定子铁芯总长度：lt=300mm14. 定子铁芯净长度：lfet=kfet(lt-nkbk)=0.92 (300-0)mm=276mm式中， nk 为通风道数；bk 为通风道宽度；kfet 为定子铁芯叠压系数， 本设计中定子铁芯选用0.5mm 厚热轧硅钢片，取 kfet=0.9215. 磁极铁芯总长度：lm=300mm16. 磁极铁芯净长度：l fem=kfeml m=0.95 300mm=285mm式中， kfem=0.950.97(11.5mm 厚钢板)17. 铁芯计算长度：n b有径向通风道时，liltkkb式中，k 为通风道宽度无径向通风道时lillt21 (ll，定转子铁芯长度相等时) ，定转子铁芯长度不等时2itm本设计为无径向通风道且定转子长度相等时，故lil t230021.1302.2mm18. 最小气隙：kk c a0b10 30.527.563235.623(0.25 0.30)10mm0.7151.04 1.25mm按标准取1.1mm式中，k 0 为半经验系数，k 00.25 0.30 ；k c 为饱和短路比，对自励恒压发电机可取k c0.5 ；a=27.563a/mm 为定子线负荷， b0.715 t 为气隙磁密， 下文均会计算19. 最大气隙：m1.21.21.1mm1.32mm2 定子绕组20. 每极每相槽数： q=421. 定子（虚）槽数：z12 pmq4344822. 绕组节距： y1=10绕组节距比：y110= 5mq34623. 绕组短距系数（基波） ：pksin()sin( 5262)0.965924. 绕组分布系数（基波） ：sinkd2mqsin2mqsin60.95774sin2425. 绕组系数（基波）：k dpk d k p0.95770.96590.92526. 并联支路数： a=227. 每槽导体数： ns=828. 并绕导线根数： nt=329. 每相串联导体数：nnsz18486430. 槽满率：取sf=75%31. 槽面积（梨形槽）：ma32初定槽形尺寸： bs0=3mm，hs0=1mm， hs1=1.5mm，hs2=11mm，齿靴角=30bs1ts1bt119.962118.3962mm9mm式中， ts119.962mm 为定子齿距， bt111mm 为定子齿宽度，下文均会计算rbs1htan180911tan 1805.2mm ，槽楔厚 h=2.5mm2ss2z1248a2rss2bs1 ( hhh)2s1s2r2s32. 槽绝缘占面积：25.29(12.52.5)5.2222139.47mm2aici 2( hs1hs2 )(2)rsbs10.3212.5(2)5.29mm 218.22mm 2式中， ci=0.3mm 为单边槽绝缘厚度则槽有效面积：asefasai139.4718.22121.25mm 233. 导线直径：dasef sf nt ns121.2575%1.95mm38查表取铜对应的标称线规qz 得：漆包线最大外径d=1.93mm，导线 dc=1.81mm34. 定子导线截面积：qa=2.573mm235. 定子绕组电密：ji naant qa135.3a/mm 2232.5738.76a/mm 236. 线负荷：amni nd il364135.3 a/mm27.563a/mm30037. 发热参数：aajaj275.638.76 a 2cm-1mm22414.5 a 2cm-1mm23 磁路计算38. 定子铁芯拼片：nt266p2（应为偶数或分子为偶数的最简分数）式中， n 为每片重叠数；t 为每层叠片的重叠片数；p 为极对数。39. 定子齿距：stdilz1300mm19.635mm48ts1 dil2( hs0 z1hs1 )3002(11.5) mm19.962mm48ts2 dil2(hs0z1hs1hs2)3002(11.511) mm21.402mm48 d2 (hhh)3002(11.511)3ils0s1s2t 13sz13mm20.224mm4840. 定子齿宽度：bt1tsbk fe bts19.6350.715mm8.976 11.738mm0.92(1.20 1.60)式中， kfet 为铁芯叠压系数，取0.92 bts 为定子齿， 取 1.301.70 t取 bt1=11mmbt2ts22 rs21.40225.22110.96mm41. 定子齿计算宽度：btsbtmax2btmin11210.96 mm10.973mm3342. 定子槽深：hs=hs0+hs1+hs2+rs=1+1.5+11+5.2=18.7mm（适用圆底槽）43. 定子齿计算高度：hhhrs1.5115.214.23mm（适用圆底槽）tss1s23344. 定子轭高度：hdldilh43030018.746.3mm22jss45. 定子轭计算高度：hhrs46.35.248.03mm（适用圆底槽）jsjs3346. 定子轭磁路长度：( dhl jsljs4 p)(43048.03)mm=150.00mm847. 极靴宽度：bp( dil2 m )sinp1802 p0.716(30021.32)sin(180 )mm4159.73mm式中，p 为极弧系数，下文会计算48. 磁极偏心距：h2(mdil)( dilm)( d il)m ) cos122(1.321.1)(3001.321.1)mm2( 3001.1)( 3001.32) cos32.49 221.39mm式中，1arcsinbpdil2 marcsin159.7330021.3232.4949. 极靴圆弧半径：rpd ilh3001.391.1147.51mm50. 极靴边缘高度：22hp2.5mm51. 极靴中心高度：h( dilh)( dil)cosppm122( 3002.51.1)( 3001.32)cos32.492225.99mm52. 初取漏磁系数：53. 磁极宽度：1101101.1235.621.0467106bm1.04670.03564106mm84.45mml fem bm54. 磁极中心高度：2851.55h1 (dd)h1(300155)25.991.145.41mmmiljrp2255. 磁极侧高度：hhd jr(1cos)45.41155(1cos33.01 )57.92mmmm222式中，2arcsinbm d jrarcsin 84.4515533.0156. 转子轭内径： dir=90mm57. 转子轭外径： djr=155mm58. 转子轭高度：hjrd jrdir15590mm32.5mm2259. 转子轭计算高度：hh1 d32.519047.5mm(适用于转子轭直接套在轴上)jrjriir660. 转子轭磁路长度：(dhl jrjrjr4 p)(15547.5)mm42.215mm 861. 转子轭轴向长度：lr292mm62. 磁极与轭间残隙：l m22(8)10300(8)102 mm0.09mm63. 实际极弧系数：3003002rpbparcsin2r2147.51arcsin159.73p64. 气隙比：p2147.510.716180253.6218065. 最小气隙比极距：66. 基波磁场幅度系数：m1.321.21.11.10.00467235.621a1b11.0836（查中小型电机设计手册）67. 三次谐波磁场幅度系数：31( a3 b30.6)0.04855（查中小型电机设计手册）68. 磁场分布系数：(f2d13 )2(1.0860.04855)0.7003369. 磁场波形系数：f1b2 f d1.08361.094620.70070. 直轴电枢反应磁场幅度系数：ad1ad bd0.9156（查中小型电机设计手册）71. 交轴电枢反应磁场幅度系数：aq1aq bq0.46（查中小型电机设计手册）72. 电枢磁动势直轴折算系数：k adad110.91560.84501.083673. 电枢磁动势交轴折算系数：k aqaq110.460.42451.083674. 定子卡氏系数：kts (4.440.75bs0 )1t (4.440.75b)b 2ss0s019.635(4.441.10.753)19.635(4.441.10.753)321.0687（适用于半闭口或半开口槽，本设计为半开口槽）75. 阻尼笼卡氏系数：ktd (4.440.75bd )22t (4.440.75b )bddd17.12(4.441.10.752)17.12(4.441.10.752)221.0380式中， t d17.12mm 为阻尼槽距， 对于 q=整数的槽绕组， td 应符合如下关系：0.8 tstd0.9 t sbd=2mm 为阻尼槽口宽度76. 卡氏系数：k k 1k 21.06871.0380=1.109377. 空载每极总磁通：u n400 /3wb0.03564wb2 fb fk dp n21.0946500.9256478. 气隙磁密最大值：b79. 定子视在齿磁密106li fd0.03564106235.62302.20.7t0.715 tbtslib19.635302.20.715 t1.40 ttsbtslfet10.973276bbtsts1.40 t当 bbts1.8 t 时，应对ts 进行修正；当1.8 t 时，tsts 。bbbts80. 齿磁密修正系数：对平行齿(ts 1knts )2kfb(e tbt 1)t 2k f e(tbt 1b )t 2对平行槽kn81. 定子轭磁密：t 1kf e btt s s3kf ebtt sbjs1062h l0.03564 106t1.3442 t248.03276js fet82. 气隙磁压降：f0.8k b1030.81.11.10930.715103 a697.972a 83. 定子齿磁压降：fh h14.230.673a9.577atststs式中，h ts 对应于bts ，查磁化曲线得h ts0.67300a/mm84. 定子轭磁压降：fjsl jshjs150.000.538960.4134a33.421a式中，h js 对应于bjs ，查磁化曲线知h js0.53896a/mm为轭部磁路长度因数，查表知0.413485. 气隙、定子齿、轭磁压降之和：ftjfftsf js697.9729.57733.421740.970a86. 计算漏磁几何尺寸：1arctanbm2 hhd jrmmarctan84.45155245.4157.9224.202arctand jrbp2hmhparctan159.7332.75155245.412.5ab2( d2180)mmjrhm )sin(12 p2284.45(15545.41) sin(4524.20 )mm77.23mmab2( d2hh )2180sin()ppjrmp22 p159.73 262.65mm(155245.412.5) 2sin(4532.75 )mmpmpph1 (2 hh )1(225.992.5)mm18.16mm3387. 磁极压板厚：d 6mm88. 磁极压板宽：b86mm89. 磁极计算长度：l l2d30026312mmmm90. 极靴漏磁导：5lm hpm10 97.32hbplg(1)10 9ppmapap2530018.1610 97.3218.16lg(1159.73)10 962.6562.6525.277710 7 h91. 极身漏磁导：2.5l hbm m10 93.66hlg(1m)10 9mmamam22.531257.9210 93.6657.92lg(184.45)10 977.2377.2326.770210 7 h92. 磁极漏磁导：1.1(pm )1.1(5.27776.7702)107 h1.325310 6 h93. 每极漏磁通：ftj1.32531064740.970wb9.82010wb94. 漏磁系数：119.820356.41.0276与 之差应小于5%，否则应重新假定 再计算故假设成立95. 磁极磁通：100%1.04671.02761.0467100%1.82%5%2m3.564100.098210 20.03662wb96. 磁极极身截面积：smlfembm2d b 28584.452686251.00cm 297. 极身磁密：bmm104sm0.03662251.00104t1.4590 t98. 转子轭磁密：bjrm2h l1060.03662247.5292106t=1.3201 tjr r99. 残隙处磁密：b2mlm bm1060.0366230084.45106t1.4454 t100. 极身磁压降：fmhm h m45.411.82650a82.941a式中，h m 对应bm ，查磁化曲线得h m1.82650a/mm101. 转子轭磁压降：f jrl jr h jr42.2151.67050a70.520a式中，h jr 对应b jr，查磁化曲线得h jr1.67050a/mm102. 残隙磁压降：f0.8b1030.80.091.4454103 a104.069a222103. 空载每极磁压降：ff0ftjfmfjrf2740.97082.94170.520104.069998.500a4 稳态参数104. 定子线圈尺寸：arcsin bs12rs(2 4)cts1ts2arcsin 925.2(2 4)19.96221.40231.16 34.45取c32y dil2 p2(hs0hs1)hs2rs 3002(11.5)115.2546210.225mmfly210.225123.946mm2cosc2cos32l elf sinc123.946sin 32 mm65.68mml blt2l d300220340mm式中， ld 为线圈伸出铁芯直线长度，取 ld=20mm 105.线圈半匝平均长度：l calb2l f3402123.946587.892mm106.定子绕组相电阻：r75ocl ca na(75 o c)an t qa 0 (1an tqa103cu t )l ca n 10 30.0164(14.310 375)587.89264130.0529232.573103式中，cu4.310c为电阻温度系数；温度为 t 时导体材料的电阻率：t0 (1式中，0 为导体材料 0 c 时的电阻率，t )0cu0.0164mm 2 /m107. 定子槽比漏磁导：31 ( hs02hs1)97sl4bs0bs0bs116556631121.597()0.564339161.0179（适用圆底槽）式中，l 为下部单位漏磁导，查表得l0.56108. 定子绕组端部比漏磁导：0.3 m(31)0.33235.62(351)0.3350eli302.26109. 谐波比漏磁导：mh2k dp23235.620.9250.286812k mq121.11.109334（适用于有阻尼绕组的情况）110. 每相漏抗：x0.79f22l inss2 p100100100qeh0.7950302.2641.017941001001004220.33500.28680.09386111. 漏抗标幺值：x *xi n0.09386135.30.055ssu n400 /3112. 相电阻标幺值：r*ri n0.0529135.30.0310ua(75 oc)a(75o c)n400 /3113. 每极电枢反应磁动势：0.45mi n nk dpfa2 p114. 电枢反应直轴折算磁动势：0.453135.3640.9254a2703.29afadkad fa0.84502703.29a2284.28a115. 电枢反应交轴折算磁动势：faqk aq fa0.42452703.29a1147.55a116. 直轴电枢反应电抗标幺值：x adfad2284.282.8481ff2697.972104.069117. 交轴电枢反应电抗标幺值：x aqfaq1147.551.4308f118. 直轴同步电抗标幺值：xx *f2x *673.244103.9682.84810.0552.9031dads119. 交轴同步电抗标幺值：xx *x *1.43080.0551.4858qaqs120. 短路比：ckff0fad998.5000.43712284.28121. 内功率因数角：= arctan122. 额定功角：sin cos* qxr*a(75o c)arctan0.61.48580.80.031068.2868.2836.8731.415 额定负载时励磁磁动势和励磁绕组123. 额定负载时内电动势标幺值：*ei1rocosx s sinj( x scosrosin)a(75 c)a(75 c)w 2q 21.05811.38式中， w1r* a(75oc)cos* sin10.03100.80.0550.61.0578xsqx* cosr*sin0.0550.80.03100.60.0254sa(75oc)q0 . 0 2 5 4a r c t a na r c t a n1 . 3 8w124. 额定工况时磁路计算：1 . 0 5 7 8*nei1.05810.03564wb0.03771wbbe b*ni1.05810.715 t0.7565 tbe* b1.05811.40 t1.4813 ttsnits式中，btsn1.80 t ，故bbtsntsn1.4813 tbe b*jsnijs1.0581 1.3442 t1.4223tfe f*ni1.0581697.972a738.524afh h14.230.94207a13.406atsntstsn式中，h tsn 对应btsn ，查磁化曲线得h tsn0.94207a/mmfjsnl js h jsnn150.000.738130.3666a40.590a式中，h jsn 对 应b jsn ，查磁化曲线得h jsn0.73813a/mmn0.3666 为额定工况时轭部磁路长度因数ftjnfnftsnf jsn738.52413.40640.590792.520a6nftjn1.325310792.520wb1.0503103 wb11n1.0503nn37.711.0279mnnn3.77110mn43.87601020.1050310 2243.8760102 wbbmn1010t1.5442 tsm251.00bmn6jrn103.876010 2610t1.3973 t2hjr lr247.5292b2nmn1063.876010 2106t1.5299 tl mbm30084.45f jrnl jr hjrn42.2152.07380a87.545a式中，h jrn对应 b jrn，查磁化曲线得h jrn2.07380a/mmfmnhm h mn45.412.95140a134.023a式中， h mn 对应 bmn ，查磁化曲线得h mn2.95140a/mmf2n0.8b22n10 30.80.091.5299103 a110.153a125.额定负载时每极磁压降：fei1.1( ftjnf jrn1.1(792.520fmnf2n )87.545134.023110.153)a1236.665a126.额定负载时励磁磁动势：2ffn1.05 fei1fadfei2 fad sin( fei)21.051236.66512284.2801236.66522284.280 sin(36.871236.6651.38 )a3360.765a127. 励磁绕组每极匝数：wf=136128. 额定励磁电流：i fnffnwf3360.765136a24.712a129.空载励磁电流：if0ff0wf998.500 a 1367.342a130.励磁绕组线规（漆包扁线） ：ab1.68mm3.80mm131.励磁绕组导线截面积：qf6.17mm2132.第 n 层线圈平均匝长度：lfn2qmwm(rm2 n1b)2式中， qm=82mm，为线圈框架直线宽度； wm=300mm，为线圈框架直线长度； rm=5mm， 为 框 架 圆 角 半 径 ； b=3.80mm，为导线长边尺寸133.励磁绕组平均匝长度：l cfnf lfnw f11467.0866cm84.3168cm136励磁绕组每极136 匝， 4 层，每层34 匝， 式中， nf 为第 n 层线圈的匝数。134. 励磁绕组电阻：rf(75 o c)2 pcu(75 o)wf lcf100 qf40.02168913684.31681006.17135. 励磁绕组电密：jfi fnqf1.612424.712 a/mm 26.174.0052a/mm 2136. 额定励磁电压：u fni fn rf(120 o c)0.61.15 i fn rf(75 oc)0.6（适用于有刷发电机）1.1524.7121.61240.646.4225v式中， 0.6v 为电刷压降；对于 b 级绝缘的励磁绕组，rf(120 o c)1.15 rf(75 o c)137. 空载励磁电压：u f0i f0 rf(25 o c)0.67.3421.35030.610.5138v（适用于有刷发电机） 式中， 0.6v 为电刷压降6 阻尼绕组设计138. 每极阻尼条数： nd=4139. 每极定子绕组截面积：samqn t nsqa34382.573mm 2741.024mm 2140. 每根阻尼条截面积：sdk sa nd0.2741.024 mm 2437.051mm 2式中， k 为系数，当阻尼条选用紫铜时141.阻尼条直径：k=0.2dy1.13sd1.1337.051mm6.8783mm取 dy=7mmdd(1.05 1.1) d y1.057mm7.35mm142.阻尼条节距：tdpdd2 cnd0.7161235.6247.352155 mm17.12mm对于 q 为整数的槽绕组，td 应符合如下关系：0.8 tstd0.9 t s式中， c=55mm 为极靴边缘处的齿宽，c 应大于 5mm143.阻尼齿的最大磁密：bt ddbnt dd dl il fem0.756517.1217.127.35302.2285t1.4056t144.端环尺寸：本设计中，取高度ay14mm ，厚度 by6mmay2 dyby0.75 dyay by(0.4 0.6) nd sday即byayby14mm 5.25mm88.9224mm27 损耗与效率145. 定子齿钢片重：gz lh b7.710 6146. 定子轭钢片重：t1 fettsts4827614.2310.9737.71015.9284kg6 kgg( dh )h l7.710 6jsljsjs fet(43048.03)48.032767.710 122.4874kg6 kg147.材料单位损耗：p10/502.20w/kg148. 齿部单位损耗：ppb2t10/50tsn2.201.48132 w/kg4.8273w/kg22149. 轭部单位损耗：pjsp10/50 bjsn2.201.4223 w/kg4.4505w/kg150. 定子铁损耗：pfekt pt gtk js pjsgjs24.8273 15.92841.54.4505122.4874971.4776w式中，kt 、 kjs 为经验系数。当pn100kvacos时， kt=2 ， kjs=1.5；当pn100 kva时， kt =1.7，kjs=1.3cos151. 磁极单位表面损耗：pkz1 nn322( b t )10000bmbm0 s32481500210000(0.171419.635) 2 w/m 2437.6351w/m 2式中， b0 为齿谐波磁通密度最大值。b00 k bn0.20431.10930.7565 t0.1714 t1111110.20432021bs02221321.1kbm 为表面损耗系数， 与材料厚度及加工工艺有关， 叠片磁极，钢片厚度 1mm时， kbm=2；叠片磁极，钢片厚度1.5mm 是， kbm=2.6；叠片磁极，硅钢片厚度0.5mm 时，表面切削加工，kbm=1.7； 叠片磁极，硅钢片厚度0.5mm 时，表面不切削加工，kbm=0.7。152. 磁极表面损耗：p feb2 pplm pbm10 6153. 定子绕组铜损耗：40.716235.62300437.635110 6 w88.5969wpmir2cu1na(x)3135.320.0529w2905.1765w式中， e、b 级绝缘，ra(x)roa(75 c)；f、h 级绝缘，ra(x)roa(115 c)154. 励磁损耗：i 2 r0.6 ipcuffnf(x)fnf24.712 21.61240.624.7120.87w （适用于有刷发电机）1147.1928w式中，f0.87 为励磁系统效率；rf(x) 155.机械损耗：rf(75 o c)rf(115 o c)e、b级绝缘f、h级绝缘3pmec0.82 pvlm1030.8440190323.56230040190103 w821.8457w156. 附加损耗：pnpadk1030.01275000w1125wcos0.8式中， k0.0150.01275kw 0.010pn75kwpn200kwpn200kw157. 总损耗：ppfepfebpcu1pcufpmecpad158. 效率：971.477688.59692905.17651147.1928821.845711257059.2895wpnpnp100%75000750007059.2895100%91.40%8瞬态参数和时间常数159. 励磁绕组漏抗标幺值：x *6.4k 2 lfa10 94 k1x *fsad ifsadad6.40.8450 20.2865302.20.67162703.290.0356410 940.845012.8481式中，fs 为励磁绕组比漏磁导h hpm2 h 0.5 bmmmfs3 a ma p4 l m57.9218.16257.920.