航空电机电磁设计及CAD-第三讲-航空交流发电机的电磁计算

航空电机电磁设计及CAD第三章航空交流发电机的电磁计算第三章航空交流发电机的电磁计算电磁计算的任务在于：根据给定的发电机的技术要求，确定发电机的主要尺寸以及磁路、绕组等的材料和尺寸。并推算发电机的工作特性，以便在理论上预先校核所设计的发电机的性能指标是否符合要求。3-1技术要求技术要求包括航空发电机的工作条件和额定数据。这些技术要求是设计电机时预先给定的，是设计、制造航空电机的依据，也是检验航空电机的依据。

3-2选择结构与确定电机的主要尺寸以凸极同步发电机结构设计电机的几何相似律：电机的容量（功率）愈大，其尺寸（体积、重量）也愈大。电枢尺寸与电机容量间的关系

分析与讨论：（1）电机的主要尺寸（D和l）同电机的额定容量PN成正比。电机的容量越大，其体积重量也愈大。同时也看出，主要尺寸与气隙、电压或电流无直接的关系。（2）电机的主要尺寸或者体积与电机的转速n成反比，提高转速可以缩小电机的尺寸。（3）电机的尺寸或体积还与所取的电磁负荷（A为电负荷、Bδ为磁负荷），A∙Bδ成反比。其他几种电机的体积公式异步电机直流电机永磁同步电动机电磁电机体积公式的共同点：与功率/转速比（转矩）成正比与电磁负荷成反比电机的主要参数

之间的关系电机设计流程

需要多次循环！不是一次确定的！确定主要尺寸磁路计算参数计算性能计算开始电磁负荷的选择一、电磁负荷对电机性能和经济性的影响（一）线负荷A高，磁负荷B

不变（1）电机体积减小，节约材料（2）B

一定时，由于铁心重量减小，铁耗减小（3）绕组用铜量增加（4）增大电枢单位表面上铜耗，绕组温升增高（5）影响电机参数和电机特性（二）磁负荷B

高，线负荷A不变（1）电机体积减小，节约材料（2）基本铁耗增大（3）磁路饱和程度增大（4）影响电机参数和电机特性2.4电机主要尺寸比的选择及确定主要尺寸的一般方法一、主要尺寸比的选择二、确定主要尺寸的一般方法

1、全新设计2、参考类比主要尺寸D和l的确定（合理选择）确定和选取PN、n、c、KW、aA、Bδ的确定细长比（长径比）l/D=0.5~0.73-3绕组及电枢槽形设计交流绕组的特征可用下列数据表明：槽数Z，每极每相槽数q，极数2p，相数m。并联支路数a，每相串联匝数W，线圈或绕组元件的节距y，绕组的接法（三相绕组大多采用Y形接法）。设计步骤：选择绕组形式、计算参数、调整设计槽型设计步骤：槽型选择、槽尺寸确定、检查槽满率及齿中磁通密度值

电枢绕组的电阻和漏抗的计算校验电动势E1和电压UN的比值C画出交流绕组的展开图3.4磁路计算磁路计算的任务：1、根据额定状态时的气隙磁通。确定磁路各部分的截面积和相应的尺寸。2、确定在定子绕组中产生不同值的电动势EO(包括额定值Ei)时所需要的激磁磁势，得到电机的空载特性。3.4.1磁路计算的任务和方法磁路计算的方法是：

根据产生在电枢绕组中的电动势求出对应的磁通，按各段磁路的截面积，计算其磁通密度，然后按磁通密度差对应的材料磁化曲线得到对应的磁场强度值，最后计算各段磁路的磁场强度与磁路长度的乘积即各段磁路的磁压降，所有磁路段的磁压降之和即等于作用于整个磁路的磁势。

电机磁场分布

磁路计算的基本原理

全电流定律（安培环路定律）：磁场强度向量沿任一闭合回路的线积分等于该回路所包围的全电流（电流代数和），如果积分路径沿着磁场强度向量取向（即沿着磁力线），则铁心各部分的磁场化为等效的各段磁路。各段磁路磁通沿截面均匀分布，B=Const，由B=H，=>各段中磁场强度H=Const，故即各类电机磁路可分为5段： 空气隙；定子齿（或磁极）；转子齿（或磁极）；定子轭；转子轭在任何情况下气隙主磁通都不是纯正弦的，磁路计算需要的是实际气隙主磁通。磁路计算中，凡由磁通确定磁路尺寸时，均应用实际磁通计算。3.4.2确定各段磁路的尺寸磁路尺寸的大小，影响到电机的重量指标和质量指标。因而在设计电机时，应在保证质量的前提下，尽可能的降低电机重量。每一段磁路的截面积在磁通一定的条件下选定Bx就可求得Sx。表3-7列出了各段磁路中磁通密度的选择范围。应该指出，定、转子导磁部分所用材料不同，所选用的磁通密度值也不同，好的导磁材料，BX可选得高些，但相应的HX却不一定很大。因此，新的导磁材料的研究，是发展电机制造的方向之一。3.4.3各段磁路磁势的计算根据各段磁路的截面和长度来计算空载时产生各个不同气隙磁通（对应有各个不同的电动势）所需要的各个不同的磁极磁势，以便得到发电机的空载特性。一般，我们计算对应于下列各个空载电势值的激磁磁势

:一个难点齿部磁压降的计算 1）Bt<1.8T时 2）Bt1.8T时3.4.4空载特性空载特性的用途：检查饱和度，确定发电机负载时的激磁磁势。磁路设计比较适当：饱和系数1.1~1.43.5利用向量图确定发电机额定负载时的激磁磁势电机设计时应保证在最恶劣情况下也能给出足够的激磁电流以保证输出电压不变.因此在设计时按额定负载和额定功率因数下(一般为感性负载产生去磁作用)来计算所需的激磁磁势。还要校核1.5倍过载和2倍过载所需要的激磁磁势。图3-22确定额定负载时的激磁磁势由于负载以后产生了交、直轴电枢反应磁势，而使负载以后激磁磁势必须增加一个克服直轴电枢反应磁势的分量，激磁磁势的这一增量kadFasinψ，必然会引起磁极间漏磁的增加，漏磁的增加又会引起磁极段、转子轭段磁路所消耗的磁势的增加，也就是说需要激磁磁势再增加一个分量，以补充磁极漏磁的上述影响。否则尽管FfN=Fa+kadFasinψ

，但还不能产生所希望的Ei值。磁极漏磁通对励磁磁势的影响3.6激磁绕组的设计3.7阻尼绕组的设计

采用阻尼绕组是为了削弱同步发电机由于不对称负载而产生的不良影响。

阻尼绕组的设计原则是：电阻和漏抗要足够小。但是精确的计算是复杂的，一般是按照经验来确定阻尼绕组的数据