电机电磁计算说明

鼠笼转子三相异步电动机电磁计算说明一、主要业绩数据1.电机的五项重要性能指标效率，功率因数，最大扭矩倍数，堵转扭矩倍数，堵转电流倍数。2.电机额定值额定功率：额定运行时电机轴端输出的机械功率，单位为单位。额定电压：电机额定运行期间施加在定子绕组上的线电压，单位为单位。额定频率：电机额定运行时的电网频率，单位。额定电流：当电机在轴端具有额定电压、额定频率和额定功率输出时，通过定子绕组的线电流单位。额定转速：电机在轴端具有额定电压、额定频率和额定功率输出时转子的转速，单位为单位。3.电磁计算的标准值是多少？什么意思？标准化值是一个比率，表示实际值和基值之间的比例关系。一般来说，它表示如下。例如，定子相电流的单位值表示为。4.为什么电磁计算中要使用标准值？在电磁计算中，归一化值不仅便于计算，而且能清楚地反映各参数之间的关系。5.电磁计算的基本值是什么？功率基础值：额定输出功率，单位电压基准值：额定相电压，单位当前基值：工作电流，单位阻抗基数：单位6.输出功率的计算过程()因为，当y被连接时，被连接(这可以通过相量计算来证明)因此：7.功率电流的计算工作电流：单位。两相和三相交流绕组1.三相交流绕组的要求A.在一定数量的导体下，可以获得较大的基波电势和基波磁势。B.三相电势和磁势必须对称，即三相大小相等，相位不同。C.电势和磁势的波形尽可能接近正弦波，谐波分量较小。D.更少的铜，可靠的绝缘和机械性能。2.三相绕组的分类A.根据槽内层数，可分为双层绕组和单层绕组。根据每极槽数和相位，可分为整数槽绕组和分数槽绕组。根据排列方式，双层绕组可分为重叠绕组和波状绕组。单层绕组可分为等元件绕组、单层交叉绕组和单层同心绕组。3.每相q的每极槽数为了使三个相的电势相等，每个相在每个极下应该有相等数量的槽，这就是每个极和相的槽的数量。一般用q来表示，(z是槽的数量，p是极点的数量)。q可以是整数或分数。当q是分数时，c不能是3或3的倍数。4.并行分支的最大数量a对于整数槽，对于分数槽，5.极距和节距磁极节距(槽)，当线圈的节距变为等距绕组时，则变为短距离绕组。在电机设计中，短程绕组通常用于降低高次谐波的影响。三相和三相交流电机磁路计算1.感应电势当磁通密度幅值为正弦的磁场以一定速度切割长度为导体时，在导体内部会感应出幅值为强度的电势，即当单位为is时，单位为is，单位为m/s时，单位为is。2.导体电势根据电路基础，导体电势的有效值(扣除过程省略)，其中是频率和每极磁通量。3.转向电势线圈的两侧处于不同的极点，感应电势大小相等，方向相反，时间不同。因此，考虑到短距离对电势的影响，全节距线圈的匝电势成为短距离系数。4.线圈电势线圈电势5.线圈群电势考虑线圈分布对电势的影响(存在电角度差)，线圈组(q线圈)的电势称为绕组分布系数。()6.相电位，每相磁通量，其中是每极磁通量和每相串联导体的数量。在电磁计算中在得到磁路各部分的磁通密度后，可以根据铁芯的磁化曲线得到各部分的单位长度磁势，磁路各部分的磁势可以通过将磁路各部分的长度相乘得到，但是气隙磁势的计算方法不同。，其中是有效气隙长度。每个磁极的磁势可以通过将每个磁路的磁势相加来获得。磁密度的单位是特斯拉(国际单位制)或高斯。磁势的单位是或。8.磁化电流满载磁化电流单位a。满载磁化电流标称值励磁电抗标准值()空载电势的标称值()，其中是考虑定子槽漏、端部漏和谐波影响的等效电抗，实际值单位为。满载电势归一化值()是定子电流中有功分量和定子电流中无功分量的归一化值。满载电抗电流的大小反映了漏磁和电机谐波的影响程度，可以用电路法直接求解。利用电动机空载电势和满载电势的比值，可以容易地获得空载磁路特性(例如)，并且根据空载磁路可以获得空载磁化电流9.电机电流电流是电机计算中最关键的参数。电磁计算实际上是计算电机各部分的电流。有功电流的概念：有功电流是以功的形式(发热或机械能产生)消耗的指定子电流的一部分，由下式表示。无功电流的概念：无功电流是用于能量转换的指定子电流的一部分(励磁磁通、无功电流)，它不产生热量，用。定子电流是有功电流分量和无功电流分量的矢量和，表示为。,转子电流(导体棒电流)，有效值，测试是将转子电流转换为定子侧的电流变化率。由于铸铝转子绕组是一个对称的多相绕组(每个导体棒为一相)，实际上转子绕组中有n个导体，其绕组系数为1。端环电流是指端环电流根据电角度()转换后，用导体棒电流计算。四、电机功率方程1.平衡方程式这是功率平衡方程。等式中的所有项目都是有功功率，即以热和功的形式消耗，这将在下面逐项解释。2.额定功率它是通过电机轴输出的额定机械功率。3.输入功率它是电机的有功功率输入。4.定子的铜消耗量定子电流和定子电阻产生的电能也以加热的形式消耗掉。5.定子铁损()是受磁滞和涡流现象影响的定子铁芯的热损失。在实际计算中，相应的单位损耗值是通过磁芯磁路各部分的磁通密度乘以磁芯的总重量，并通过校正系数得到的。铁耗与最大磁密度、额定频率、材料消耗和单件厚度成正比。请注意，转子中仍有铁损，但转子频率非常低，因此可以忽略不计。6.转子的铜消耗量转子电流和转子电阻产生的电能也以发热的形式消耗掉。7.杂散损耗它反映了漏磁通、谐波磁通和磁谐波磁通产生的有害附加转矩引起的电机损耗，一般根据经验或标准选择。8.机械损失这是考虑到风扇和轴承对电机的损失，通常是由经验决定的。9.滑率它表示为铜消耗占总电磁功率的比例，其中旋转铁消耗占铁消耗的65%。10.效率是输出功率与输入功率的比率。11.功率因数V.最大扭矩电机的最大转矩与额定电压的平方成正比，与频率成反比。滑移会影响最大扭矩滑移。六、起始计算鼠笼式转子电机的起动计算非常复杂，因为在起动过程中，起动电流非常大起动转矩是多重的，因此为了显著增加起动转矩，有必要增加转子起动电阻在总起动阻抗中的份额。七、电磁计算中的关键维度及其影响1.冲压板和凹槽尺寸在相同的磁密度下，冲片的尺寸越大，它的磁通量越大，也就是说，它的输出越大。在相同的冲片下，定子的槽形越大，它能容纳的导体面积就越大，这可以降低电密度，降低热负荷，降低定子的电阻(匝数不变)和铜耗，降低槽满率(匝数和线规不变)。然而，定子齿的磁密度增加，励磁电流增加，导致定子电流增加(施加满负荷时效果不明显)，并且铁消耗增加。在相同的冲片下，增加转子槽形可以降低导杆的电密度，降低热负荷、转子电阻和转子铜耗。然而，转子齿磁密度和励磁电流的增加将导致定子电流的增加(在满负荷时影响很小)，并且在没有转子铁消耗的情况下不会影响铁消耗。然而，最大的影响是起动性能，这大大降低了起动转矩。调整转子冲片的槽形，可以在启动转矩没有大幅度降低的情况下，有效降低启动电流；短槽形可以增加起动转矩和转差率，适用于高转差率电机。因此，转子槽形的合理性非常重要。2.气隙尺寸气隙是电机机电能量转换的重要组成部分，其尺寸非常重要。空气的磁导率远低于铁磁材料的磁导率(相关知识见电磁场教材)，因此虽然气隙很小，但所需的激励电势最大。由于励磁电流是无功电流，减小气隙可以显著提高功率因数，但会导致气隙中附加转矩的增加，影响电机的转矩，增加杂散损耗并使装配困难。3.铁芯长度在相同的磁通量下，铁芯越长，磁密度越低，铁耗越低，热负荷越低。它有助于提高效率。延长铁芯最明显的缺点是浪费材料和可能的端部张力。4.绕组匝这是一个非常重要的参数。当感应电势恒定时，匝数越少，产生的磁通量越大。减少匝数可以增加电流，但磁密度也相应增加。堵转转矩和最大转矩增加，堵转电流也相应增加。5.缠绕材料鼠笼式电动机的定子绕组通常由铜圆线或扁铜线制成，而转子鼠笼式电动机根据不同的要求由不同的材料制成。普通低压鼠笼电机和高速高压电机一般采用铸铝鼠笼。其优点是工艺简单，机械性能可靠，价格低廉，能满足一般要求。一些低速高压电机和热容量大的低压电机一般采用铜排转子。其优点是转子电阻低，发热低，效率高，材料均匀，无薄带、断带、气孔等缺陷。其缺点也很明显，价格高，工艺性差(导杆和端环的焊接)，扭矩低，易受离心力的影响。对于要求高起动转矩的电机(如起重和冶金电机)，转子保持架由铝锰合金铸造而成，其特点是转子电阻率高，起动转矩大。然而，缺点是高转子电阻、高转子发热和低电机效率。(铜的消耗量大约是普通铸铝的2倍)。八、电磁计算的主要参数和常见问题1.定子电流、定子电流密度定子相电流用表示，是电磁计算中一个非常重要的物理量。定子电流的大小取决于励磁电流和转子电流。一般来说，对于设计合理的电机，不同方案的额定电流基本在一定范围内。定子电流密度励磁电流(空载)是纯无功电流，用于建立旋转磁场。励磁电流过大将导致功率因数降低、定子损耗过大和效率降低。减小方法包括减小气隙，采用磁化性能较好的铁磁材料(具体指铁磁材料的磁化曲线)，在合理的磁通密度条件下最小化磁路体积。气隙的减小可以有效减小励磁电流，提高功率因数，但会导致转子装配困难，增加寄生转矩和杂散损耗。3.转子电流转子电流基本上是有功电流(包括无功电抗电流)。在一定的电机负载条件下，转子电流的有功部分基本不变(转子电流的有功部分与负载成正比)，无功部分与电机的等效电抗和有功电流的乘积成正比。4.定子电阻定子电阻是定子各相绕组的电阻，根据材料的电阻率计算得出，并在测试期间由DC电桥测量。电动机的定子电阻通常很小，对磁路影响很小。然而，如果绕组端部尺寸得到合理控制，定子电阻可以降低，从而降低定子的铜消耗并提高效率。5.等效电抗等效电抗是综合反应电机因槽漏、绕组端部漏、谐波影响、斜槽设计对电机磁路的影响。过大的等效电抗会增加无功电流，降低电机效率和功率因数。使用合理的音高可以有效降低谐波影响。转子采用斜槽设计(也可采用定子斜槽)，有效降低齿谐波的影响。磁性槽楔或封闭槽设计可减少槽泄漏。减小端部尺寸可以减少端部泄漏。6.磁通量密度(磁感应强度)磁通密度的计算一般分为五个部分，其中气隙磁密度一般取值，定子齿磁密度冷轧薄板一般不高于，热轧薄板一般不高于(最好仔细研究材料的磁化曲线，找出最佳磁密度点)。因为转子频率很低，转子磁密度可以稍高一些，但是过高的转子磁密度会增加励磁电流和电抗电流，从而增加转子的铜耗。为了提高电机的效率，充分利用材料，定子磁密选择在1.48 1.52吨(硅钢片50W470)为最佳点，其他类型的硅钢片需要进一步试验和总结。7.磁场强度铁磁材料的磁场强度和磁通密度不是线性的，需要根据铁磁材料的磁化曲线来检验。然而，气隙的磁场强度与磁通量密度有如下关系，其中真空的磁导率为。8.效率效率是输出功率与输入功率的比率。为了提高效率，必须降低输入功率，事实上，必须降低各部分的损耗。降低定子电流和定子电阻可以降低定子铜消耗。降低转子电流和转子电阻可以降低转子铜消耗。降低磁通密度，选用低损耗硅钢片可以降低铁耗。9.功率因数功率因数是定子电流的有功分量与定子电流的比值。为