《电机设计》之三课件.ppt

1、一、直流电机：一、直流电机：励磁绕组电阻Rf、励磁绕组电感Lf；电枢绕组电阻Ra、电枢绕组电感La；二、同步电机参数：二、同步电机参数：励磁绕组电阻Rf、励磁绕组电感Lf；电枢绕组电阻Ra、直轴电枢反应电抗xd交轴电枢反应电抗xq、电枢漏抗x1三、异步电机：三、异步电机：定子绕组电阻R1、定子励磁电抗xm定子漏抗x1转子绕组电阻R2、转子漏抗x2电机的电气参数4-1绕组电阻的计算 直流电阻可按下式计算：CtttmCAlRtt/004.0.)(1:,.100175.015,151560对于铜为导体电阻的温度系数可按下式进行换算时的电阻率温度内在电机通常的运行范围时铜的当温度为电阻率与温度有关 按

2、国家标准GB755-81的规定，各绝缘等级的基准工作温度为：对于A级、E级、B级绝缘的基准工作温度为75；对于F级、H级绝缘的基准工作温度为：115。由于集肤效应，使交流电阻较直流电阻值大。交流电阻值按下式计算：为电阻的增加系数式中0FFKRKR 第四章第四章 参数计算参数计算一、直流电机直流电机电枢绕组的电阻可按下式计算：.;2;21)2()2(2电阻率基准工作温度时导体的为并联支路数为导体截面积为线圈的平均半匝长为绕组的总导体数式中aAlNaaAlNaAlNRccaccaccaa二、感应电机1、定子绕组每相电阻可按下式计算：;21111111为相绕组的并联支路数为导体截面积为线圈的平均半匝

3、长为绕组的每相串联匝数式中aAlNaAlNKRccccF2、绕线式转子电阻计算 计算公式同上，但系数KF取1，因为在正常运行时，转子电流的频率很低集肤效应忽略不计。3、笼型转子电阻的计算指折算到定子方面的转子每相电阻。折算系数如下：2221121)(dpdpKNKNmmK 把笼型转子绕组当作一个对称多相绕组，其相数等于槽数即导条数，每相的导条数为1。于是：2222,21,1ZmNKdp 各导条电流的有效值是相等的，相邻导条之间的相位差为相邻两槽间的电角度。22Zp 同理，转子端环各段中的电流有效值也相等，相邻两段中的电流相位差也等于。导条电流与端环电流之间的关系：如图所示，导条电流IB等于相邻

4、两端电流IR之差。由相量图可得：2sin2BRII 计算每相电阻时，可用接成星形的电阻来替代接成多边形的端环电阻。如图所示。等效的相电阻R2的电损耗应等于原来笼型转子绕组的电损耗即：)2()2(2:2sin22sin2,2)(2:.;2222222222222222222222222RRBBRRBBRBRBRBRBRBRBRRBBBAPDZAlAZDpZAlpRZRRZpZpIIRRIIRRRRRRIZRIZRIZ于是由于于是阻为相邻导条间的端环电为导条电阻面积为端环的平均直径和截为导条的长度和面积RRBBADAl,;,折算到定子方面的每相转子电阻为：2211122221121222)(4)(

5、ZKNmRKNkNmmRKRRdpdpdp三、同步电机同步电机电枢绕组的每相电阻的计算和感应电机的算式一样。4-2绕组电抗的一般计算方法 绕组电抗分为两类：1、主电抗；2、漏电抗。通常把它们表示成标么值的形式。例如，标么值表示的绕组漏抗等于：相电流为电机的额定相电压式中,NNNNNNIUUxIIUxx电抗的计算方法有两种：1）磁链法对任何一个电路的电抗可以写成：LX因此，在一定频率之下，电抗的计算归结为对电路的电感L的计算。iL:而电感又可以表示为则电感的计算又可归结为对磁链的计算。4-3 主电抗的计算 主电抗即为相应于基波磁场或相应于同时交链定、转子绕组的主磁场的电抗，属于主电抗。在感应电机

6、中，又将主电抗称为励磁电抗；在同步电机中，则称为电枢反应电抗。计算主电抗时假定：1）电枢槽部导体中的电流集中在槽中心线上；2）=；3）槽开口的影响用气隙系数来计及。pINKINKpmFFFHBdpdpefef11111010135.12,:为每极基波磁势幅值有效气隙长式中隙基波磁密为由电枢电流所建立的气AXItIiA2)cos(2ILmm21efefdpdpmeflINKpmNKlB2)(2:2:21011111磁链磁通mHlpNKmfIffLXefefdpmmm/104)(4222702101式中.,421220为主磁路的比磁导式中efdpmmefmqKmlpqNfX上式也可写成如下形式：从

7、公式可以看出，感应电机的主电抗或励磁电抗Xm，主要与绕组的每相匝数N、电枢的轴向长度lef及极距与气隙之比/有关。dpNmNfKKENBNDmNIA4;2:11以及若线负荷进一步分析表明因此，选用较大的A和较小的B将使电机的主电抗变大。对于凸极式同步电机，显然，由于气隙不均匀，则对应于不同气隙尺寸下的主电抗值是不同的。根据双反应理论，把主电抗分为直轴的电枢反应电抗和交轴的电枢反应电抗。mqaqmdadXkXXkX交轴电枢反应电抗等于直轴电枢反应电抗等于式中，系数Kd与Kq由曲线图查得。对于隐极式同步电机，由于电机气隙基本上均匀，因此电枢反应电抗不分成直轴与交轴，即：maXX 4-4漏电抗的计算

8、 漏电抗即为漏磁场对应的电抗。绕组的漏电抗分为：1）槽漏抗；2）谐波漏抗；3）齿顶漏抗；4）端部漏抗等四个部分。上述四个部分的漏抗全部相加即得总的漏抗值。EtseflpqNfX204:漏抗的公式可以表示为0.40.50.60.70.80.91.0p00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0kd,kq0.050.03max1.01.52.0kdkqmax图4-2系数kd及kq因此，漏抗的计算归结为相应的比漏磁导的计算一、槽漏抗的计算（一）单层整距绕组的槽漏抗计算时假定：1）电流在导体截面上均匀分布；2）不计铁心磁阻；3）槽内漏磁力线与槽底平行。槽漏磁分为两部分计算：1）通过h

9、0高度上的漏磁通和槽内全部导体匝链；2）通过h1高度上的漏磁通和部分导体匝链。sefssefsssblhINblhINNh00200102)2(:范围内的漏磁链对于h1高度上的磁通则有：sefsxbdxlIhxNd01)2(sefshsefshxssefsxsxsblhINdxxIbhlNdhdxblIhxNdhxNdhxN102022102021021112312:2)(:11的漏磁链为范围内由槽中电流产生高度根导体相交链的磁链为这些磁通与)3(2:100221ssefssssbhbhlIN槽磁链总和)3(2:1002ssefsssbhbhlNIL每槽漏感)3(22:1002ssefsssb

10、hbhlfNfLX每槽漏抗每相槽漏抗：每相绕组共有2pq个槽，如果并联支路数为a，每一支路中有2pq/a个槽中的导体相串联，故每一支路的槽漏抗为：.34:,22:2:201202磁导为矩形开口槽的槽比漏式中于是所以由于每相槽漏抗每支路漏抗为ssssefssssssbhbhlpqNfXpqNaNmapqmNNXapqXXapq 由式可见，每相槽漏抗与每相串联匝数N成平方关系，因此每相串联匝数N的多少对于每相的槽漏抗数值影响最大。对于其它槽形，亦可采用类似方法来获得有关槽比漏磁导的计算公式。（二）双层整距绕组的槽漏抗仍以矩形开口槽为例，槽中有两层线圈边，如图所示：求槽漏抗的基本思想是分别求出上层、

11、下层线圈边的自感及互感，然后相加得出总自感。假设上、下层串联导线数为Ns/2，则：baefsabaefsbaefsalNMlNLlNL020202)2()2()2(上下层边互感下层边自感上层边自感 由于是整距绕组，所以上下层线圈边属于同一相，其电流也属同一相，不存在时间上的相位差，故每槽漏感：)2()2(202abbaefsabbaslNMLLL每相槽漏抗：)2(414:,2222022abbassefssssslpqNfXpqNaNfLapqXapqX式中又得考虑到对比单层整距绕组的槽比漏磁导的计算化式，不难看出：ssabssbssabhbhbhhhbhbhbh012103012:3,3导出

12、采用积分的办法可以推ssssssssssssabbasbhbhbhbhbhhhbhbhbhhhbhbhbh002131012103013432,)233(41)2(41:所以一般有总的比漏磁导（三）双层短矩绕组的槽漏抗 由于采用短矩绕组，因此在有些槽中的上下层线圈边中的电流不属于同一相，如图所示。具体有多少个槽的上下层线圈电流不属于同一相，则要看线圈的节距比=y/的值。.3)1(.)1(3,132同一相的下层边中的电流属于槽个上层边中的电流与同其余的于同一相的上层边中的电流不属的电流与同槽有同样数量的下层边中不属于同一相同槽的下层边中的电流个上层边中电流与每相有在一个极距范围内的情况下当qqq

13、 于是在一个极距范围内，一相绕组（例如A相）的总磁链（用符号法表示的复振幅）为：)(23()2(2)(23()2(2)(1(3)2(2)(1(3)2(220202020abAbAefsabAaAefsabCbAefsabBaAefsIIqlNIIqlNIIqlNIIqlN)13()()2(2:)60sin60(cos),60sin60(cos:2033abbaefsACBAjACAjABCBAqqlNIIIjIeIIjIeIIIII得式代入将之间的关系为由相量图可知SefSSSefSsASASAlpqNffLXlpqNLpqNaNaIpLAaIpLAAI2020242,2:,122:,22:,

14、2:每相槽漏抗得式代入并考虑到将漏磁电感为相绕组的槽则条并联支路如果绕组有相绕组的槽漏磁电感为则条支路相线圈全部串联构成一如果所有极下的所对应的槽漏电感为于是)13(41abbaS式中LLUUSSSabbaKKbhbhhhhh)1679(3)413(:,2,0,0312得以及并假定式代入将1649,43,31016118,416,32311679,413,132LULULUKKKKKK时当时当时当.3;:0漏磁导为安放导体的槽下部比为槽口比漏磁导式中sLsUbhbh二、谐波漏抗计算 电机定子（电枢）多相绕组通多相电流，在气隙中产生旋转磁场，除了基波磁场外，还有一系列的旋转谐波磁场，虽然转速与转

15、向不同，但是它们切割电枢绕组感应电势频率均为基率电势频率f1。因此，谐波电势应反应在定子回路的电势平衡方程中。但是由于它们不产生有用的转矩。所以一般把谐波磁场所感应的基频电势看作漏抗压降，相应的电抗称之为谐波漏抗。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）铁心磁导率无穷大；3）气隙是均匀的，开口槽对各次谐波的影响以气隙系数来计及；4）忽略各次谐波磁场在对方绕组中所感应的电流对本身的削弱作用。次谐波绕组系数为式中dpefdpefKBlpImNKFFKFHB,2211000谐波磁场对绕组的磁链：efefdpdplINKpmNK2)(220相对于次谐波的谐波漏抗：efefdpl

16、NKpmfIfX2)(22220总的谐波漏抗（所有各次谐波漏抗之和）：为谐波比漏磁导式中sqmKqmlpqNfXXefdpefef22220)(4对谐波比漏磁导的计算也可以采用查曲线的方法。1、定子绕组谐波漏抗的计算 以上谐波漏抗的计算式子适用于气隙均匀的电机如感应电机、隐极式同步电机等。对于凸极式同步电机的谐波漏抗可以近似地应用上式，但要乘以一个系数Kd，即：efdlpqNfkX20142、感应电机笼型转子绕组的谐波漏抗计算RpZpZkqmKqmlfXpqNKkpZkefefdpefefdp222222222222220222222)11()(2:,21,21,1),3,2,1(1式中计算式

17、得代入定子绕组谐波漏抗及其绕组系数谐波磁场次数22222)2(65)11(:,ZppZkRR即接计算也可以通过近似公式直求得可以通过查曲线的方法对efefeftZpZppZ12625)2(652:22222222于是三、齿顶漏抗计算 在同步电机里，气隙比较大，于是磁场不是完全沿着径向穿越气隙，其部分磁力线经由一个齿顶进入另一个齿顶形成闭合回路，如图所示。这些漏磁称之为齿顶漏磁。与之相应的漏抗为齿顶漏抗，如下图所示。b0)41ln(2tan2:)1(25.00796.02284.0:,22000100bbbbbtd式中漏磁导为相应于齿顶漏磁场的比当槽口面对极靴时克变换根据许当槽口面对极间区域时，

18、齿顶比漏磁导的计算式为：齿顶宽度式中5.00:)(3184.02164.0tttqbbb齿顶总的比漏磁导为：tqptdpt)1(齿顶漏抗为：)1(442020tqptdpefteftlpqNflpqNfx 对于隐极式同步电机，由于气隙是均匀的，则有：tdt四、端部漏抗计算 绕组端部漏抗是相应于绕组端部匝链的漏磁场的电抗。对于不分组的单层同心式绕组则有：)64.0(67.04)64.0(67.0)(422:,.)43.067.0()(:202002EEsEsEEEEsElpNfXpqNNlpqNfpLfXllqNL则每相的端部漏抗组相互串联如果电机每相所有线圈半匝线圈的端部长度端部漏感为了便于计

19、算，将上式化为与槽漏抗公式相同的形式：.)64.0(67.0,420为产端部比漏磁导EefEEefEllqlpqNfX对于分组的单层同心式绕组，其端部比漏磁导为：)64.0(47.0EefEllq对于单层链式绕组，其端部比漏磁导为：EefEllq2.0对于双层叠绕组，其端部比漏磁导为：)213(57.0efElq对于笼型转子绕组，其端环比漏磁导为：)13.12(757.0,0,).(;)13.12(2523.021122lpDlkqllZlpDlZRefdpEpRefpE它等于对于三相感应电机比磁导归算到定子边计算时往往将转子端环则如果端环紧贴铁心两端导条伸出铁心的长度转子每极槽数4-5漏抗标

20、么值1211111111)(2:2,2NNdpNdpNNNNdpNNNNNNNpFfNKmZmNKpFIEU：INKfIUZZXXUIX于是由上式可得而电机空载时注漏抗标么值的计算式可表示如下：mqKkUEBIIABAkXBAmqKXlBKAFmqKlFXXXZdpNNdpefNdpNdpNefNN1011111011121102;,2:,22,2:时的气隙基波磁密幅值相应于感应电势时的线负荷当电枢电流或则代入及将式得式代入式及将4-8斜槽漏抗计算(专指笼型异步电机)在感应电机里，为了消弱由齿谐波磁场引起的附加转矩及噪声，一般在笼型转子常采用斜槽，即把转子槽相对定子槽沿着轴向扭斜一个角度。由此而减小了定、转子间的互感电抗，增加了定、转子的漏抗。即：1R111EsXXXmskXK)1()1(mskXKmskXKsR2222EsXXX为转子齿距为斜槽的扭斜宽度其中斜槽系数22222)sin(tbZptbZptbKsksksksk1R111EsXXX222)(5.0XtbXskskmXsR2222EsXXX