电机设计第2部分2.ppt

,2.7参数计算,电机的参数是指绕组的电阻及电抗。电机参数的大小与电机的经济性和性能有密切的关系。我们主要介绍稳态参数的计算。,2.7.1绕组电阻的计算,绕组中通以直流或交流电时，其电阻大小是不同的。通以直流对应的电阻称直流电阻，通以交流对应的电阻称交流电阻或有效电阻。直流电阻：,-导体材料的电阻率，-绕组,导体的长度，-绕组导体的截面积。电阻率的大小与温度有关，,如温度时铜的电阻率，在电机通常运行温度范围内，温度为在电机通常运行温度范围内，温度为在电机通常运行温度范围内，温度为的电阻率,-导体电阻的温度系数，铜的,，,。,2.7参数计算,按照国家标准GB755-81规定，用间接法测定效率时，电机各绕组的电损耗要换算到相应的绝缘等级的基准工作温度。对于E级及B级绝缘，基准工作温度为；对于F级及H级，基准工作温度为，即计算电损耗所用的电阻为基准工作温度时的电阻值。绕组中通以交流电时，由于集肤效应，使得其电阻值较之通直流时的增大，用电阻增加系数表示，,。,交流电阻,。,1、直流电机：电枢并联支路，电枢绕组电阻,；,-基准工作温度时导体的电阻率；-绕组的导体总数；,-线圈或元件的半匝平均长度；-导体的截面积。直流电机的其他绕组的电阻用类似方法计算。,2.7参数计算,2、感应电机：感应电机定子绕组每相的电阻,；,-每相串联的匝数，-定子每相绕组的并联支路数，-导体的截面积。感应电机转子每相电阻：绕线式转子，每相电阻的计算公式和定子的类似。但要注意，由于转子电路中的频率很小，集肤效应可忽略，即。折算到定子边，,。,笼型转子，如图。,转子每一槽构成一相，,，每槽即一,相的导体数为1，,2.7参数计算,即,，,。-转子槽数。由于一个端环的端环,段数等于槽数，端环各段电流有效值相等，相位依次相差一个槽距角，转子各导条的电流有效值相等，,相位依次相差一个槽距角，,（图a及b），,得,，将端环阻抗折算到导条中，得等效转子绕组,（图c），根据折算前后的功率不变，有：,，,；得到,，,；考虑到笼型电机,有两个端环，故转子每相电阻：,电抗；又转子槽数较多，槽距角很小，,，,2.7参数计算,-分别是转子导条的长度及截面积；,，,-分别是端环的平均直径及截面积。,，,3、同步电机：同步电机的电枢绕组每相电阻的计算和感应电机的一样。,2.7参数计算,2.7.2绕组电抗的一般计算方法,绕组的电抗分为主电抗和漏电抗（简称漏抗）两种。通常把它们表示成标幺值形式。漏抗的标幺值（但在感应电,机设计时，电流是以功电流作为电流的基值，,）。,电抗的计算方法有磁链法和能量法两种，以磁链法为多，主要介绍用磁链法的计算：任何一个电路的电抗,。,-交流电流的角频率。-电路的电感，包含自感和互感。,任何电路的电感等于交链该电路的磁链增量与电路里相应电流增量之比，。若电路所处媒介的磁导率与磁场强度无关，则磁链随电流成正比变化，即，-电路中电流,2.7参数计算,产生的与该电路交链的磁（通）链。电感的计算又归结为磁通链的计算。若电路所处媒介的磁导率与磁场强度有关，则磁通链不再随电流成正比变化，此时电感为电流变化一个周期内的电感平均值。,2.7.3主电抗计算,主电抗：相应于基波磁场的电抗。在感应电机中，主电抗又称励磁或激磁电抗。在同步电机里，主电抗也称电枢反应电抗。,1、励磁电抗的计算,为便于计算，假定电枢槽部导体中的电流集中在槽中心线上；铁磁材料磁导率为无穷大；槽开口的影响以气隙系数来记及。当多相对称绕组通过多相对称电流，电流所建立的气隙基波,径向磁密的幅值,2.7参数计算,，-有效气隙长度；,-每极电枢基波磁势幅值。,-电枢相电流的有效值。每极基波磁通,，,基波磁场产生的磁链,，,，整理得：,。绕组每相主电抗：,-主磁路的比磁导。,，,2.7参数计算,2、电枢反应电抗,凸极同步电机，采用双反应理论，主电抗分为直轴电枢反应电抗,与交轴电枢反应电抗,，,，,-电枢直轴磁场的基波幅值与电枢直轴磁场最大值之比；,-电枢交轴磁场的基波幅值与电枢交轴磁场最大值之比；,-由有关曲线查出p25图1-14。,隐极电机：气隙均匀，电枢反应电抗,。,2.7参数计算,2.7.4漏电抗或漏抗的计算,漏电抗：相应于漏磁场的电抗。根据绕组电流在电机中不同位置所建立的漏磁场情况及其产生的磁链情况不同。绕组的漏电抗通常分为槽漏抗、谐波漏抗、齿顶漏抗及端部漏抗四部分。,由于主电抗,；,漏（电）抗也可对应的表示为：,，,，-槽比漏磁导；,-谐波比漏磁导；,-齿顶比漏磁导；,-端部比漏磁导；即漏抗的计算可归,结是相应的比漏磁导的计算。,2.7参数计算,1、槽漏抗的计算,单层整距绕组的槽漏抗,为便于分析，以矩形开口槽为例，如图。设槽内有根串联,导体，导体电流随时间按正弦变化，,有效值。槽漏磁通可分为两部分计,算：a）通过高度上的漏磁通；,b)通过高度上的漏磁通。计算时假定：1）电流在在导体截面上均匀分布；2)铁心磁阻忽略不计；3）槽内漏磁力线与槽底平行。,2.7参数计算,a）高度范围内的漏磁通和全部导体匝链，产生的漏磁链（幅值，下同）：,b),高度上的漏磁通：以距线圈底部处取一根高度为,的磁力管（见图），其中的磁通：,，式中括号内斜线上的值为产生,漏磁通的磁势，与根导体匝链，即,。,2.7参数计算,高度范围内槽中电流产生的漏磁链：,槽漏磁链总和为：,。,。,每槽漏感,，每槽漏抗,。若绕组每相并联支路,数为，则每一条支路有个槽中的导体串联组成故每一,条支路的槽漏抗等于,每相串联匝数,2.7参数计算,代入上式整理得：,，,-矩形,开口槽的槽比漏磁导。,故每槽漏感：,，,槽漏磁链,双层绕组的槽漏抗,仍以矩形开口槽为例，如图。槽内安放有上、下层两个线圈边。令上、下层线圈边中串联的导体数各为，即,，,上层线圈边的自感,，,2.7参数计算,下层线圈边的自感，上、下层线圈边的互感。则根,据电磁场理论及上述推导结论，有：,，,，,-相应于上层边自感的比磁导，,-相应于下层边自感的比磁导，,-相应于上、下层线圈边互感的比磁导。,2.7参数计算,对于，推导如下：下层边导体电流产生交链上层边导体的槽漏磁通或互感槽漏磁通分为两部分计算：a）通过高度上的漏磁通；b)通过高度上的漏磁通。,a）高度范围内的漏磁通和上层边全部导体匝链，产生的磁链（幅值，下同）：,b)通过高度上的漏磁通：以距上层线圈边底部处，下层边,导体电流，在高度内产生的磁通为,，括号内斜线上的值为下层边电流产生漏磁通的磁势，与上,2.7参数计算,层边根导体匝链，即。高度范围,内下层边电流产生匝链上层边的磁链：,故总的互感磁链,相应于上、下层线圈边互感的比磁导,。,。,槽中上层边的电流和下层边的电流不一定同相位，槽,中上层边的总磁链（用相量表示）,2.7参数计算,槽中下层边的总磁链,；,1）双层整距绕组的槽漏抗,整距时，每槽中上、下层线圈边属于同一相，电流同相位，即,，则每槽中的磁链,（注意，槽中上、下层线圈边属于同一相，上层边和下层边的磁链才能叠加），用幅值表示,。,所以每槽漏感,每相槽漏抗,，又每槽导体数,，,代入整理得：,。,2.7参数计算,槽比漏磁导,，,；,和单层绕组的槽比漏磁导算式一样。,2）双层短距绕组的槽漏抗,交流电机中，常采用双层短距绕组，这时，有的槽内上、下层线圈边属于同一相，有的不属于同一相。设每极每相绕组有个槽，则每极每相绕组有个上层线圈边和个下层线圈边（对应一个线圈组）。绕组节距比，在时，三相电机,在一个极距范围内，每相有个上层线圈边中的电流与其同槽的下层线圈边的电流不属于同一相，同样每相有个下层线圈边中的电流与其同槽的上层线圈边的电流不属于同一相。其余个上、下层线圈边电流属,2.7参数计算,于同一相，如图。因此，在一个极距范围内，一相（如图中A相）绕组（相等一个线圈组）的总磁链：,2.7参数计算,-A相线圈边中的电流；,-与A相线圈边处于同槽的B相线圈边中的电流；,-与A相线圈边处于同槽的C相线圈边中的电流；其相量如图。,2.7参数计算,且,；,。,代入表达式得一相在每极下的磁链：,。,2.7参数计算,每相在每极下的一个线圈组中的个上层边和个下层边是串联的，故一相在每极下的槽漏磁电感等效地看成是一个线圈组的的槽漏磁电感为,，,若各极极距范围内的线圈互相串联，则一相如A相绕组的槽漏磁电感。若绕组并联支路数，则每相每条支路的槽漏,磁电感为,；,该相槽漏磁电感,又每槽导体数,，,，整理得：,2.7参数计算,故每相槽漏抗,，,-双层短距绕组的槽比漏磁导，,。,-槽口比漏磁导，,-安放导体的槽下部比漏磁导；,-由于短距对槽口比漏磁导引入的节距漏抗系数，,-由于短距对槽下部比漏磁导引入的节距漏抗系数。,2.7参数计算,当,时，,双层整距绕组，,。单层及,；工程上绘出与关系曲,线，便于查取，如图p154图2B-12。,2、谐波漏抗计算,多相对称的交流电机绕组（如感应电机定子绕组）通以多相对称电流时，在气隙中产生的旋转磁场，除基波（）外，还有各次谐波磁场。第次谐波，其极对数，同步转速,-基波的同步转速，极距，在定子绕组中感应,，,谐波电势，电势的频率,，即所有谐波磁场,在定子绕组中感应谐波电势，,电势的频率都为等于基波电势的,频率。所以谐波电势可以在定子电路中和基波电势串联，又谐波磁场虽然也同时交链定、转子绕组，但产生的转矩是无用的转矩。这样所有的谐波电势用一个漏抗压降表示（注意基波电势用阻抗压降表示），相应的电抗称谐波漏抗。谐波磁场是气隙磁场与基波磁场之差，相应于所有谐波磁场的谐波漏抗也称差别漏抗。,2.7参数计算,计算谐波漏抗时假定：1）各槽线圈边中的电流集中在槽中心线上；2）铁磁材料的磁导率为无穷大；3）气隙是均匀的，并且较小，气隙谐波磁场只有径向分量。开口槽对各次谐波的影响以气隙系数来计及，即；4）忽略各次谐波磁场在对方绕组中所感应的电流对它本身的削弱作用。,2.7参数计算,第次谐波磁场：磁势幅值,，磁密幅值,，每极磁通,-电枢电流有效值，,，,-次谐波绕组系数。,谐波磁场与绕组本身的磁链,。第次谐波的谐波,漏抗,。每相的谐波漏抗,谐波比漏磁导,。实际上磁路饱和，考虑饱和时，,谐波比漏磁导,，,-饱和系数。,工程上已绘制好曲线，见p155-156。,2.7参数计算,对感应电机及隐极同步电机的定子绕组、绕线转子感应电机的转子绕组，每相的谐波漏抗：,；,对凸极同步电机，由于气隙不均匀，定子谐波漏抗,，,基波幅值与电枢直轴磁场最大值之比（见2.7.3）。,-电枢直轴磁场的,对感应电机笼型转子绕组：笼型转子绕组通以电流产生的谐波磁场的次数,，,，,。笼型转子绕组谐波漏抗,2.7参数计算,，,，可直接从曲线查找p156。,3、齿顶漏抗的计算,对感应电机，气隙较小，,对同步电机，气隙较大，气隙磁场不是完全沿径向方向穿过气隙，有一部分磁力线经由,2.7参数计算,一个齿顶进入另一个齿顶形成闭合回路如图。这些磁通称齿顶漏磁通，对应的漏抗称齿顶漏抗。,，,极弧系数,，,-极弧长度。,当槽口面对极间区域时，齿顶比漏磁导的计算式为：,2.7参数计算,对于隐极式同步电机，由于气隙是均匀的，则有：,4、端部漏抗计算,绕组端部漏抗是相对应于绕组端部匝链的漏磁场的电抗。由于端部形状不同，相应的漏磁场分布极为复杂，从理论上很难推导出端部漏抗的计算公式。工程上在通过理论分析和试验研究的基础上采用经验公式：,对于不分组的单层同心式绕组：和双层绕组的线圈组一样，不分组的单层同心式绕组中的串联成线圈组中的线圈，其对应的线圈边依次相距一个槽距角，图的线圈组示意图。,-端部比漏磁导。,2.7参数计算,对于分组的单层绕组,为了节省原材料，三相电机单层绕组中线圈组分成两组，形成链式绕组()、交叉式绕组()及同心式绕组()。,链式绕组：,；,交叉式及同心式绕组：,。,双层绕组,叠绕组：,；波绕组：,。,2.7参数计算,-半匝线圈的端部长度。线圈尺寸如图，,单层绕组：,；,双层绕组：,。,-铁心长度；,-线圈直线部分伸出,铁心的长度；-经验系数，2极取,-线圈跨距的弧长；,1.16，4、6极取1.2，8极取1.25。,。,2.7参数计算,2.7.5漏抗标幺值,为了便于设计，参数转为标幺值表示。,漏抗标幺值：,-电流基值。,对同步电机，,；,对感应电机，,。功电流,电压基值,；,。,2.7参数计算,2.7.6集肤效应对电机参数的影响,电机槽中的整块导体组成的线棒，当通以交流电时，导体沿槽高上截面各部分的漏磁通匝链数不相同，感应电势也不一样。从而导致在导体内部形成涡流，使得电流在导体截面上的分布不均匀，导体中的电流密度由槽底逐渐向槽口增加，使导体中的电流趋向表面，这种现象称之为集肤效应。这种效应相当于导体的有效截面减少了。其结果是使线棒的交流电阻比直流电阻大，同时也使导体的槽漏抗减少。以系数来计及电阻的增加，以系数来计及电抗的减少。,导体中形成的涡流将产生附加涡流损耗，导致效率降低，温升升高。为减少涡流损耗：大型交流电机，其定子绕组中尺寸较大的单根导体由很多股细导线并联组成，这些细导线在槽中,2.7参数计算,分成并列两排进行编织换位，如图。使得组成线棒的每根细导,2.7参数计算,线轮流处于所在槽内不同位置，并在端部处整体焊接成单根线棒。大型交流电机的定子绕组的线圈为单匝，由单匝线棒组成的线圈称条式线圈。,中型交流电机，定子绕组采用圈式线圈，每个线圈有多匝导体串联组成，每根导体由数根导线并联组成，在其端部进行扭转换位，如图。使得组成每根导体的并联的数根导线在两个槽中错位，感应电势相等。,小型交流电机，其定子绕组采用圏式线圈，每个线圈由带绝缘漆的圆铜线组成的多根导体串联组成，线圈中多根,2.7参数计算,串联的导体截面积小，散嵌在定子槽中，线圈也称散嵌线圈。,集肤效应对笼型感应电动机起动时笼型转子参数影响显著。在计算电阻及电抗时，集肤效应使转子导条的高度等效的变化了，转子导条的相对高度,-转子导条高度，,-转子导条宽,-转子槽宽，铸铝转子,。,。,-转子导条电阻率。,工程上绘制了曲线，以便查取，p157-158，,。,2.7参数计算,2.7.7饱和对电机参数的影响,磁路饱和时，铁磁材料的磁阻增加，从而使感应电机的励磁电抗、同步电机的电枢反应电抗比不饱和时的要小。感应电机的励磁电抗：,式子用饱和系数来考虑饱和的影响。饱和对感应电动机起动时电抗也有影响，后面介绍。,2.7参数计算,2.7.8斜槽漏抗计算,在感应电机里，为削弱由齿谐波磁场引起的附加转矩及噪音，一般笼型转子常采用斜槽（也可在定子方面），即将转子槽相对定子槽沿轴向扭斜一个角度，如图。,这时，定、转子绕组之间的电磁耦合系数减少了，即定子电流产生的基波磁场比转子直槽时交链转子绕组的,2.7参数计算,磁链减少。同理，转子电流产生的基波磁场交链定子绕组的磁链也减少。其结果相当与主磁通减少，漏磁通增加。斜槽引起的附加漏抗称为斜槽漏抗。这时感应电机的主电抗减小由,变为,，定、转子漏抗里分别增加了一个斜槽漏抗,。斜槽系数,-转子齿距，,，,-转子斜槽宽,。,此时感应电机的等效电路如图,2.7参数计算,为了便于分析计算，将定子的斜槽漏抗都归入转子回路内，经过变换（推导过程忽略），得最终的等效电路，如图。,感应电机的励磁电抗又变换为，转子电路中的斜槽漏抗,-折算到定子边的转子谐波漏抗。,，,2.8损耗和效率,效率是电机的一个重要性能指标，它的高低取决于运行时电机中所产生的损耗。,电机的损耗有：1、定、转子铁心中的基本铁耗，它主要是主磁场在铁心中发生变化时产生的；2、空载时铁心中的附加或杂散损耗，它主要是指由定子和转子开槽引起的气隙磁导谐波磁场在对方铁心表面产生的表面损耗和因开槽而使对方齿中磁通因旋转而变化所产生的脉振损耗。3、电气损耗，它指由工作电流在绕组铜或铝中产生的损耗，也包括电刷在换向器或集电环上的接触损耗；4、负载时的附加或杂散损耗，这是由于定子或转子的工作电流所产生的漏磁场（包括谐波磁场）在定、转子绕组里和铁心及结构件里引起的各种损耗；5、机械损耗，它包括通风损耗、轴承摩擦损耗和电刷与换向器或集电环间的摩擦,2.8损耗和效率,损耗。其中1、2、5项称为空载损耗，是因为它们可在空载试验中测得。3、4项是在负载情况下产生的，称为负载损耗。,2.8.1基本铁耗,是主磁场在铁心内发生变化时产生的，分为磁滞损耗和涡流损耗两部分。,1、磁滞损耗：铁磁材料在磁场进行磁化，由于铁磁材料磁畴存在，磁场中磁密的变化滞后磁场强度的变化即磁滞，磁畴相互摩擦等产生的损耗称磁滞损耗。单位重量铁磁物质内由交变磁化引起的磁滞损耗，称为磁滞损耗系数。它与交变磁化的频率和磁通密度振幅有关，,-取决于材料性能的常数；电机铁心内磁通密度通常在,，,，,2.8损耗和效率,范围内，,。,2、涡流损耗：铁心中的磁场发生变化时，会在铁心中感生涡流，引起损耗，称涡流损耗。铁心采用硅钢片材料，单位重量钢片内的涡流损耗（涡流损耗系数）,-取决于材料规格及性能的常数；,-硅钢片的电,阻率；,-硅钢片的体积密度；,-硅钢片的厚度。,为减少涡流损耗，电机的铁心采用彼此绝缘厚为的硅钢片沿轴向叠压而成。,3、轭部（齿联轭）及齿部的基本铁耗：钢单位重量的损耗，也称钢的损耗系数,，,。,2.8损耗和效率,常数可查表得出（见p38表）。考虑到钢片的加工、磁通密度在钢片中的分布不均匀以及计算方便，钢的损耗系数,（单位），,。,-当,时，钢单位重量内的损耗，其值可按硅钢片,型号从表中查出（见p38表）。,钢中基本铁耗的一般表达式为：,，,-受交流磁化或旋转磁化作用的钢的重量；-经验系数，,考虑到钢片的加工及磁密分布不均匀等原因引入的系数。,1）定子或转子（齿联）轭中的基本铁耗：轭中的损耗系数,2.8损耗和效率,由于铁耗是空载中的损耗，为空载时的磁密。轭中的基本,，,-定子或转子轭中最大磁密。,铁耗,。,-轭的重量。对直流电机：,；,对于同步和感应电机，时，,；,时，,。,2）齿中的基本铁耗：齿中的损耗系数,，,-齿磁路长度的磁密平均值。齿的基本铁耗：,，,-齿的重量。对于直流电机：,；对于感应电机：,对于同步电机：,时，,；,时，,。,2.8损耗和效率,2.8.2空载时铁心中的附加损耗,空载时铁心中的附加损耗主要是指铁心表面损耗和齿中的脉振损耗，它是由气隙中的谐波磁场引起的。这些谐波磁场有1）电机铁心开槽导致气隙磁导不均匀；2）空载励磁磁势空间分布曲线中有谐波存在，而引起的。这些谐波磁通一部分会在铁心表面一薄层内产生涡流和磁滞损耗-表面损耗；另一部分谐波磁通会渗入铁心齿中经轭部构成回路，在齿中产生涡流和磁滞损耗-脉振损耗。其中空载励磁磁势谐波产生的附加损耗，一般只在隐极同步电机里才计算。,1、直流机及同步机整块（或实心）磁极的表面损耗,直流机及同步机里，由于电枢开槽，使得气隙主磁场上叠加了,2.8损耗和效率,一个气隙磁导齿谐波磁场，其极对数等于电枢槽。在磁极表面引起涡流，磁极单位表面积的涡流损耗：,-齿谐波磁密幅值；,，,-齿距；,-电枢槽；,-电枢与磁极相对转速；,-电阻率。,；,若气隙主磁场在极距范围内作正弦分布，则,。,电机表面损耗,；,-所有磁极的表面积。注意表面损耗还应包含磁滞损耗，,但磁滞损耗相对太小，忽略不计，故表面损耗只考虑涡流损耗。,2.8损耗和效率,2、叠片磁极及感应电机中的表面损耗,为减少表面损耗，直流机及凸极同步电机的磁极做成叠片式。此时叠片磁极的表面损耗，只是大小不同了。,感应电机定、转子铁心都开槽，在定、转子铁心表面都产生表面损耗。定子开槽引起的齿谐波磁场在转子表面产生的表面损耗,-转子齿距，槽口宽；,，,-转子铁心的外径，长度；,-转子齿的,表面积；,，,-定子开槽,引起的齿谐波磁场磁密的幅值；,可查表查出。,在定子铁心表面产生的表面损耗和上述一样，不再介绍。,同理转子开槽,2.8损耗和效率,3、感应电机齿中的脉振损耗,感应电机运行时，定、转子齿槽关系不断改变，有时定、转子齿中心线重合，有时定子齿和转子槽中心线重合，从而导致定、转子齿中的磁通发生变化，产生附加铁损耗-脉振损耗。定子齿中脉振损耗,-定子齿的重量；,，,-气隙主磁场的转速,；,；,-转子槽口宽；,-定子齿中平均磁密。,转子齿中的脉振损耗同定子的表达式，不再介绍。注意，工厂里计算时，是将空载时附加铁心损耗放在基本铁耗中处理，将经验系数取大些。,2.8损耗和效率,2.8.3电气损耗,若电机有多个绕组，则绕组中的电气损耗是各绕组的电气损耗之和，即；-绕组中的电流；-换算到基准工作温度的绕组的电阻。对于交流相绕组，,1、绕组中的电气损耗,；,-相电流；-相电阻，是指直流电阻，在计算电气损耗时，,认为电流在导体截面均匀分布。至于集肤效应使得交流电阻增大引起的电气损耗增大部分放在负载附加损耗中处理。,2、电刷接触损耗,电刷与集电环或换向器间的接触压降主要与所选的电刷种类有关，与电流大小无关。一个极性下的电刷接触损耗,，,-电刷接触压降，对碳-石墨、石墨及电化石电刷,。,2.8损耗和效率,2.8.4负载时的附加损耗,这是由于定子或转子的工作电流所产生的漏磁场（包括谐波磁场）在定、转子绕组里和铁心及结构件里引起的各种损耗。负载时的附加损耗难于准确计算。中小型电机的负载时的附加损耗，按规定为其额定功率的一定百分数处理。介绍凸极同步电机及笼型感应电机的负载时的附加损耗。,1、凸极同步电机负载时的附加损耗,由额定负载电流引起的同步电机的附加损耗，约略等于短路电流等于额定电流时短路试验时的附加损耗，故又称短路附加损耗。具体包含下列各量：,1）短路时由于漏磁场在定子绕组（电枢绕组）中引起的附加损耗,由于交流电流的集肤效应，使得绕组的交流电阻大于直流电阻，,2.8损耗和效率,对应于所增加的电阻的损耗即为由漏磁场在绕组中引起的附加损耗，-绕组的直流电阻损耗；-绕组电阻的增加系数，根据绕组类型（圈式线圈绕组或条式线圈绕组）可查相关的图表得到。,2）短路时漏磁场在定子绕组端部附近的金属部件中产生的附加损耗,绕组端部电流产生漏磁场会在绕组端部部件如压板、端盖等金属件产生附加损耗,，-定子铁心内径；,-损耗系数,；-定子线负荷。,3）定子绕组磁势谐波在转子磁极表面引起的表面损耗,对称的定子绕组通以对称的电流在气隙中产生基波和谐波磁势。,2.8损耗和效率,谐波磁势中次数等的称为相带谐波磁势；次数,的称为齿谐波磁势，,分别称一阶齿谐波、,二阶齿谐波。,定子相带谐波磁势在磁极表面产生的附加损耗：就是定子各次相带谐波磁势在磁极表面产生的附加损耗之和。,，,相带谐波次数；,，-转子磁极表面积；,-考虑涡流反作用使磁场,而引入的系数；-定子次相带谐波在磁极表面感应电势的频率；,对于谐波磁场，其相对定子的旋转转速，相对转,2.8损耗和效率,子磁极的转速为,；,-次谐波的极距；,;,-次相带谐波磁势产生的同次谐波磁密幅值,。,工厂对上式整理修正得,=,；,-空载磁极表面损耗。,-系数，,与绕组的短距系数有关，,可从有关图表查出。,2.8损耗和效率,定子齿谐波磁势在磁极表面产生的附加损耗,定子齿谐波磁势在磁极表面产生的附加损耗：,。,工厂对该式整理修正得：,。,-定子槽数；,-比例系数。,。,-极尖处的气隙；,-极靴中心处的气隙。,4）短路电流为额定电流时磁场的3次谐波在定子齿中产生的附加损耗,2.8损耗和效率,凸极同步电机气隙不均匀，转子励磁磁势及电枢（反应）磁势的基波分量均会在气隙里产生3次谐波磁场。短路时，定、转子3次谐波磁场相互叠加，在定子齿中产生附加损耗：,，-定子齿中3次谐波磁场的磁密幅值,；,-定子齿的重量。,2、感应电机负载时的附加损耗,感应电机负载时的附加损耗通常按电机额定功率的百分比数估算。现分析笼型转子感应电机负载时的附加损耗。笼型转子感应电机负载时的附加损耗主要有下列几项：1）定子绕组的漏磁场在绕组里及绕组端部附近的金属部件中产生的附加损耗。其分析及计算和同步电机类似，不再介绍。2）定子磁势谐波产生,2.8损耗和效率,的磁场在笼型转子绕组中感生电流引起的附加损耗；3）定子磁势谐波产生的磁场在转子铁心表面引起的表面损耗，其分析及计算和同步电机类似，不再介绍。转子磁势谐波在定子铁心中产生的附加损耗很小，可忽略不计。4）没有槽绝缘的铸铝转子中，由泄漏电流产生的损耗。,其中第1项的损耗由基频电流产生，又称基频附加损耗；第2、3及4项都由高频电流产生，称高频附加损耗。,一、在直槽的情况下，定子磁势谐波在笼型转子绕组中产生的附加损耗定子相带谐波磁势在笼型转子绕组里产生的附加损耗：由次相带谐波产生的该项损耗,-对应于次谐波频率的转子导体交流电阻；,2.8损耗和效率,计算时只考虑的各次谐波的叠加。,。,次数更高的产生的损耗很小，可忽略。,定子齿谐波磁势在笼型转子绕组中产生的附加损耗：,-损耗系数，,。,与定、转子槽数之比有关，,接近1，则,最小，即损耗最小。故笼型感应电机，在直,槽时，采用近槽配合。,-相应于一阶齿谐波频率折算到定子边,的转子导条的交流电阻。,2.8损耗和效率,二、在斜槽的情况下，如果导体未绝缘，定子磁势谐波在转子笼型中产生的损耗,转子斜槽，若转子导体绝缘的较好，定子相带谐波磁势在笼型绕组中产生的损耗：,-笼型转子绕组对次谐波的斜槽系数；,转子斜槽，若转子导体与铁心没有良好的绝缘，定子磁势各次谐波在笼型绕组中感生电势，会通过铁心硅钢片在相邻导体间形成“横向”电流-泄漏电流，产生附加损耗。,3、降低感应电动机负载时附加损耗的措施,采用谐波含量较少的定子绕组；采用近槽配合；采用斜槽，增大导体和铁心间的接触电阻。,2.8损耗和效率,2.8.5机械损耗,机械损耗包括轴承摩擦损耗、电刷摩擦损耗和通风损耗。机械损耗涉及的各种因素很多，很难用公式准确表示。一般情况下，工厂是根据已造好的电机试验数据来近似计算或估算所设计的电机的机械损耗。,2.8.6效率,电机的效率,-电机总损耗。,。,2.9电机的冷却与发热,1、电机的冷却方式,目前电机的单机容量正逐渐增大，为此必须改进电机的冷却系统，提高电机的散热能力，以适应设计的要求。冷却系统中的冷却介质有空气、氢气等气体和水、油等液体两种。大部分电机都是采用风扇强迫空气流动来冷却电机的，即电机制造中最广泛采用的是以空气为冷却介质的空气冷却系统。主要介绍的是该类。,1）空气冷却系统,采用空气冷却的电机结构简单，成本较低，但空气的冷却效果较差。按空气冷却的通风系统的结构类型可分为四种：开路冷却（或自由循环）或闭路冷却（或封闭循环）开路冷却的电机，其冷却空气由电机周围抽取，空气通过电机后，,2.9电机的冷却与发热,再回到周围环境中去。闭路冷却的电机，其冷却介质通过电机沿着闭合线路进行循环。冷却介质中的热量经结构件或冷却器传递给第二冷却介质；径向、轴向和混合式通风系统按电机冷却空气流动的方向，空气冷却系统分为径向、轴向和混合（径向及轴向的混合）式三种。径向通风系统便于利用转子上能够产生风压的零部件（如风道片、磁极等）的鼓风作用，而得到广泛的应用；轴向通风系统便于安装直径较大的风扇，以提高通风量。用在中小型直流电机中；混合式通风系统兼有径向和轴向两种通道，而普遍采用；抽出式和鼓入式抽出式：冷却空气先通过电机的发热部分，再通过风扇。鼓入式：冷却空气先通过风扇，再和电机的发热部分接触。,2.9电机的冷却与发热,外冷与内冷外冷：空气冷却的系统为表面冷却方式；内冷：就是在发热件内部直接进行冷却的方式，即发热体的热量直接传递给冷却介质，而不要经过绝缘或结构件等媒介传递给冷却介质。空气冷却系统主要为表面冷却方式。,2、风扇,风扇的作用在于产生足够的压力（风压），以驱送所需的气体通过电机，达到冷却作用。按风扇的工作原理，风扇分为离心式风扇和轴流式风扇两种如图。,2.9电机的冷却与发热,离心式风扇：离心式风扇转动时，处于其叶片间的气体受离心力的作用向外飞逸，因而在风扇叶轮外缘出口处形成压力，气流进入和流出离心式风扇时，一般要发生运动方向的改变，如图。,轴流式风扇：轴流式风扇转动时，气体受其叶片的鼓动沿轴向运动，在风扇出口处形成压力。气流进入和流出轴流式风扇时一般不改变运动方向。,电机中最常采用的是离心式风