电机设计--参数计算

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、直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AALNAALNRCACWA22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；2ZM21224ZKNMDPDP）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NMUXI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I21FBIL2FLX2电枢相电流的幅值每极电枢基波磁势幅值INKPMINKPFDPDP22111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DPMKN1DEFDPDPEFPEFLIKNL2210101MEFMLPQFIX2014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。01111112222EFNDPDPNDPNBFKAKDIKIPMEFDPMMEFDPNKKBAKBAF1011012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。决定由查曲线,4MAX1210PQDQAMQADDEFDPMKBKXKLNKF2、直、交轴电枢反应电抗的标么值NFNNFFNADDADADADADADADADDNANADADFKUFKBEUBKEXIIXIXSINSISIN101气隙磁势方波如不饱和ADDADAADADKX111SINSINBKKUEFFKFFQAFDNNANAQA101交轴电枢反应系数直轴电枢反应系数时所需气隙磁势电枢反应基波磁势同理根据前面推导1BAKXMAQD3、隐极同步电机电枢反应电抗1MAQDMAQDXXK44漏电抗计算漏电抗槽漏抗、谐波漏抗、齿顶漏抗、端部漏抗I2FBALRFMMIL2FLXEFLPQNFX204ETS一、槽漏抗的计算（一）单层整距绕组的槽漏抗4、假设电流在导体截面上均匀分布；铁磁物质磁导率；槽内磁力线与槽底平行。2、矩形开口槽单层整距绕组的槽漏抗SSSSSXLHININ211022高度上漏磁通通过高度上漏磁通通过最大值变化的电流导体中通以随时间正弦根导体串联槽内有3、其它槽形亦可采取同样的推导方法，抗前面都与槽形尺寸无关。因此，只需求出不同槽形比漏磁导，则可求出不同槽形的槽漏抗。不同槽的磁导可推出槽口部分（）0HIBHNLLHBFINSEFSSEFSSS2201011槽高部分（）1HIBHNLDHXDDXLBFFHXISEFHXSSXEFSXS23212002102211一一个槽总的磁链IBHNLSSEFSS23102021一个槽漏电感系数SSSEFSSEFSSBHLBHLIL33210201020槽漏抗SEFSSNLFX202一相槽漏抗SEFSEFSLPQNFLAPQAPQ2020241每相A个支路槽数并联单层整距绕组槽漏电抗矩形槽槽宽SB槽口高0H槽底高1每槽导体数SN每相串联导体数2SAPQ单层和单笼绕组及其槽形尺寸（二）双层整距绕组的槽漏抗双层整距，各槽中上、下层属于同一相的，电流大小相位完全一样。从建立槽漏磁场情况看，它和单层没有什么区别。从前面的推导可看出，只要把不同部分的比漏磁导求出，则它的漏抗即可求出了。上层线圈边的自感比漏磁导A下层线圈边的自感比漏磁导B上下层线圈边的互感比漏磁导A每相SEFSSSLPQNFFLAPQFX2024一个槽MLBASAEFSLN02BFSBAEFSL02关键就是求、AB241ABASA对比前面推导可看出，在槽口是上层导体中电流产生的漏磁通，且与上层的全部导0H体相链，这部分比磁导为。SB0上层导体处它只是由上层导体中一部分电流产生的漏磁通且只与上层一部分导体相交1H链，这部分比磁导为。SB31双层绕组及其槽形尺寸SABH013B根据同样道理SSBBHH2103AB）由下层电流在上层处产生的磁通DXSEFSXBLIN02这磁通只与上层线圈边的导体数为交链XD12HXNS12HXNDSXX在范围内所有磁通对上层边的磁链为1HSEFSABSEFSHSXHBLINBDXLIND21020011）下层线圈边的电流在范围内产生的磁通对上层边的磁链为0HSEFSSSEFSABBHLINBLI22202010SEFSABABLISABH0122324011001SSSSABASBHBHH一般31H32321001HBHBHSSSSSEFSPQNLX204由此可知对于双层整距绕组，由于其各槽上、下线圈边中的电流属于同一相，槽比漏磁导仍可用单层绕组的算式，只要将中的用上下层线圈边（包括层间绝缘）SSBH0131在槽中总高度代替即可。H（三）双层短距绕组的槽漏抗交流电机中，常采用双层短距绕组，可知槽中电流不属于同一相，同一槽中电流不属于同一相，其合成电流，X。每极每相槽数绕组节距比Q,32132则所有槽中电流不同相或在每极下总槽数Q线圈短距后节距Y被短距的槽数中即每相中上下层线圈电流不属于同一相的槽数QQ313上下层线圈电流属于同一相的槽数2例如图，不属于同一相2，属于同一相1。97,3Q每相槽漏电感SEFABBAEFSLPQNLPQNL20201341ABBASSPQFFX1320ABBAS1341根据前面推导、，假定，则HH2,0312LUSSKBBH1679340导安放导体槽下部比漏磁槽口比漏磁导SLSBH30引入的节距漏抗系数由于短距对引入的节距漏抗系数由于短距对LLUUK16794说明1、意义UL由于双层短距绕组在有些槽中上、下层线圈边电流不同相，使产生漏磁的磁势减小，引起槽漏抗减小。为计算方便，把槽漏抗减少，归结为槽单位比漏磁导乘上系数，表示由UK于短距使无导体部分比漏磁导减少的系数，它与有关；表示由于短距使有导体部分比LK漏磁导减少系数；、分别表示无导体和有导体部分比漏磁导，它与槽形有关。UL2、的求法UKL）413167913LUKK86429130LU）查曲线简化公式计算4132412324113ABBAABBAABBAAS当时，可近似认为是双层整距的系数；32BSK41BK二、谐波漏抗计算1、谐波漏抗1211FESF谐波转谐波定谐波磁场谐波磁势基波转基波定基波磁场基波磁势旋转磁势阶梯形通以多相对称电流多相对称交流电机绕组简单说谐波磁场所感应的基波电势看作漏抗压降，相应的电抗称谐波电抗。由于这些谐波磁场等于电枢电流所产生的气隙总磁场与基波磁场之差，故把谐波磁场称之为差漏抗。122121160FNPFNNP2、为什么要将这部分抗归为漏抗呢对于异步机转子而言，这些定子谐波磁场虽大部分也与转子相链，但是它在转子绕组感应频率近似，但异步机转子电流频率为频率电流并不影响它。不会产F11SFF生有用的转矩。谐波磁场在定子绕组中感应电势频率是，与主电势同频率，它对的1E1F端电压必定发生影响，起到漏抗压降的作用。所以把它视为漏电抗处理。3、假设多槽线圈边中的电流集中在槽中心线上；铁磁物质磁导，忽略铁中磁压降；气隙均匀且较小；忽略各次谐波磁场在对方绕组中所感应电流对本身的削弱作用。一般方法I2FBIL2FLX4、谐波漏抗谐波磁势幅值INKPMINKPDDP214LKFLHB100LEF2DPDPEFDPNKKIMLNK120EFDPLINKM220EFDPLNKMFIFLX220谐波电抗PQNFKMFLPFXDPEFDPEF202202044谐波比漏磁导SQMNEFDPEF22如考虑饱和影响FKSKQMTTSEF2121谐波比漏磁导系数2DPNKS的物理意义SA它与有关。，（为分数，所建立气隙磁场中含有许多分QSDPQ数次谐波较大）B）与有关。当时，谐波磁势中影响较大的5、7次谐波大被削弱80,132较小。S5、各种不同电机的计算方法X凸极同步电机定子谐波漏抗4201EFDLPQNFK轴气隙大，忽略不计。是由于凸极同步电机气隙不均匀，而近似地乘上一个直QD轴磁场的基波振幅对其最大值之比。，可从图42查取。ADBK1异步机鼠笼绕组的谐波漏抗21213,222PZQNKKPZKD2024EFFLPXRPZPZKNKQMEFEFDPEF2222221是转子谐波比漏磁导系数，可从曲线查出，也可直接求221PKR出222651ZPRPZ近似计算公式219122PZTEF条件三、齿顶漏抗计算1、齿顶漏抗在同步电机中，由于气隙比较大，气隙磁场不是完全沿径向方向穿越气隙，其中一部分磁力线由一个齿顶进入另一个齿顶而形成闭合回路，这些磁通称为齿顶漏磁通，与之相应的即齿顶漏抗。2、所包括的其它因素有一部分谐波磁场也非沿径向穿过气隙，由齿顶之间闭合也考虑在内；前面推导槽漏抗假设磁力线与槽底平行，实际上不平行。因此磁路比实际短了，比SB实际小，公式抗值偏大，也考虑在齿顶漏抗中加以修正。基波气隙磁场在齿顶形成闭合回路的漏磁通对应的漏抗；齿顶漏抗谐波气隙磁场在齿顶形成闭合回路的漏磁通对应的漏抗；磁力线不与槽底平行在前面假设算大后的一部分电抗在此修正。3、计算利用许瓦兹变换TQPTDPT1其中是槽口面对极靴时对应的齿顶漏磁场的比漏磁导TD41LN250796840201BBTGT也可查曲线，由求得。是当槽口面对极间区域时齿顶比漏磁导TQ为齿顶宽503184260BTTQTB对隐极同步电机（气隙均匀）TDT当使用短距绕组时UTK异步机气隙小时0T四、端部漏抗计算1、端部漏抗相应于绕组端部匝链的漏磁场的电抗。2、端部漏抗的计算由于电机端部形状十分复杂，且绕组型式不同而有较大差异，其邻近金属构件时，漏磁场的分布影响颇大。下面介绍一些计算方法。EEFELPQNFX204两端导条伸出铁心长度半匝线圈的端部长度L不分组单层同心式6407EEFELQ分组单层同心式4EEFEL单层链式EEEFELQ20双层叠绕组1357EEFEL双层波绕组EEFELQ0鼠笼式13275LPDLREFE45漏抗标么值1、总漏抗槽漏抗SEFSLPQNFX204谐波漏抗EFLF20漏抗EFLPQNFX204齿顶漏抗TEFTLPQNFX204端部漏抗EEFELPQNFX2042、阻抗的基值PFFNKMPFNKFZMIIFUZNDDPDNPNDPN12111112223、漏抗标么值11011210120224BAMQKXLFMQKLFPFFNKMLQFZXDPEFNDDPNEFDEFQKDP1012或4、说明,11QBAQBAQX和相差太小采用调采用调较大如设计值与预设值相差有关与成正比与抗的调整槽漏抗，在总导体数一定时，每槽，比值，实质上改变漏磁路ZSNSXBH的磁导；谐波漏抗；,80,XSQ；NA。B,46集肤效应对电机参数的影响一、挤流效应槽口部分磁通少漏抗小槽中整块导体通以交流电槽漏磁通槽底部分磁通多漏抗大槽口部分导体中电密大主磁通在导体中感应相同电势下导体中电流槽底部分导体中电密小挤向表面这种现象称挤流效应（集肤效应）。A槽内导体B电流密度的分布C计算交流电阻的等效导体二、挤流效应的主要影响1、使导体中交流电阻增大倍。FKSLRRF直直交2、使导体的槽漏抗变小倍。XSXSXLK挤流作用使下部几乎没有电流，槽下部漏磁通少，使槽中导体的等效高度减小。SSSHB103三、交流电机定子绕组考虑挤流效应后的参数修正系数四、异步电动机鼠笼绕组的挤流效应47饱和对电机参数的影响一、为什么要考虑饱和的影响前面推导公式电抗计算公式中，假设，实际上，0,FEMFEALR电机的主磁路或漏磁路某些部分处于饱和状态。饱和导致。为了精确计算电,MHB机相应的运行性能，则必须考虑磁路铁心饱和对参数的影响。二、饱和对参数的影响由于饱和，MMXRXRHB,1,在运行时，异步电机的励磁电抗、同步电机电枢反应电抗将会减少。1、对异步电机励磁电抗的影响不考虑饱和时EFDPMEFMQKLPQNFX12204考虑饱和时饱和系数210FKTTSS电流是额定运行时定子磁化中相电势是额定运行时定子绕组或MSMMSIEXIERXZIZIX110012、对凸极同步电机的影响交轴电枢反应电抗Q轴磁路齿轭气隙只需考虑轭和齿的饱和影响。不同的磁路计算TJF,11TJFF由AQSSAQSTJSNXKXKE1A由矢量图可知，忽略NE22SINCOSNUIUQ轴电枢反应小，引起转子磁势增加小，仍用XB14DPNMFKEC由磁化曲线1TJFTJF1,FKTJS1交轴电枢反应磁路经过气隙、齿、轭D查曲线求出，（图428）SKSAQSKXAQSX直轴电枢反应电抗D轴磁路气隙齿轭极身只需考虑齿、轭和极身的饱和影响。SADKXFFTMJS11MTJFFMTJF1,NEA由矢量图可知在