第二章电机主要参数分解

第二章电机的主要参数之间的关系一、什么是主要尺寸？电机的几何尺寸很多，有铁心尺寸、绕组尺寸、外形尺寸、安装尺寸，其它各种结构部件的尺寸。但是究竟哪些是主要尺寸：电机的电磁过程主要是在气隙中进行的，其能量形式的转换则是通过“气隙主磁通”进行的。因此主要尺寸就必定与气隙有密切关系。实践证明，靠近气隙的电枢直径（D）与铁心有效长度（lef）是电机的主要尺寸，而气隙可以说是第三个尺寸。从几何角度看，这些尺寸一经确定了，其它尺寸就大体上确定了，而且不少电磁性能也就基本上为它们左右或稍许变动。1iD2D铁心尺寸绕组尺寸其它尺寸大体确定电机的几何尺寸外形尺寸主要尺寸不少电磁性能变化不大安装尺寸（D、lef、δ）电机矢量确定结构部件尺寸电枢直径D：交流电机（定子内径）直流电机（转子外径）二、本章研究内容1．确定主要尺寸依据的基本关系式→选择电磁负荷→确定主要尺寸；2．电磁负荷的选择；3．确定主要尺寸的一般方法电机常数：单位计算转矩所耗用的有效材料的体积。AdpNmpefCABKKPnlD''21.6.260260'''2'2'2'2为计算转矩PTTlDPlDnPlDPnlDCefefefefA电枢绕组的相电势为：dpNmdpfNKKfNKE444.4efpefavlBlB'电机常数推导过程11.1,时等于当气隙磁场为正弦分布为气隙磁场的波形系数式中NmK:每极磁通BBavp':,,为气隙磁密的平均值为气隙磁密的最大值计算极弧系数avBBpD2:极距DmNIA2:A电流导体数线负荷电枢圆周单位长度上的efpdpNmefpdpNmefpdpNmdpNmlpDBKmIDApnKlpDBNKpnKlBNKpnKfNKKE2260426046044'''mEIP'ABKKPnlDdpNmpef''21.6ABPnlDpef''21.6（直流电机）nlDPlDTCKCefefAAA2'2'6021:的倒数为KA表示单位体积有效材料所能产生的计算转矩。它的大小反应了电机材料的利用率，通常称之为利用系数。电机计算功率的计算.cos:.1'与端电压之比为额定负载时感应电势感应电机ENNNEKPKPNNEPKPcos:.2'同步发电机.,:.3'绕组电流而引入的系数为考虑电枢压降和并励式中并励绕组的直流电动机mNNmKPKP电机常数主要结论2.2电机中的几何相似定律案例：有二台电机，容量均为1.1Kw，转速为1450r/min，对比另一台电机容量为2.2Kw，转速也为1450r/min，问从经济因素考虑，应选择二台容量较小的电机还是选择总容量相同的一台电机？。bhbbhhllDDsssBsAsBsABABA分别为槽高和槽宽与其中,FedpNBANE，ffNKEEIpmEIp则有一定时当频率又有即有由电机的计算功率,44.4,''CuFeFeFeABJANABJAJANBAEI：p，，AJJAI)(00'00前式又改写为因此为导体的截面积为电流密度又因为41'4'4222pllp，JB，，lllAA，lAACuFeCuFe或可得一定与于是有由于几何形状相似因此有各与面积41''43''43'331ppppG，）（plGlG则有下的电机重量功率换算到单位容量故有由于材料重量该式表明，随着单机容量增大，其有效材料的利用率均将提高。结论：对于几何形状相似的电机，单位功率所需的有效材料与功率的1/4次方正反比。即随着单机容量的增大，有效材料的利用率将提高。2.3电磁负荷的选择成本重量体积efAlDCBA2,AdpNmpefCABKKPnlD''21.6电磁负荷对电机性能和经济性的影响(一）线负荷A较高，气隙磁密Bδ不变1、电机尺寸和体积减小，可节省硅钢片材料；2、由于Bδ一定，以及铁心重量减轻，铁耗也随之减小；3、绕组的用铜量增加；用铜量体积因为dpNmFepFefKKENABA4:'4.增大了电枢单位表面上的铜（铝）耗，使绕组温升增大∵绕组有效部分（即槽内部分）的铜耗为：导体有效部分长度导体材料电阻率每根导体有效部分电阻lRJmNIlISlNmIRNmpcefccefcut2)2()2(22电枢表面的铜（铝）耗为：温升一定时当每相串联匝数导体电流密度导体截面积米瓦,,,,)/(22accutaqAJNJSAJDlJmNIlDlpq电机温升→AJ热负荷的大小→温升不超过一定限度→AJ不能超过一定限度→A↑，J↓→铜量↑（ccSJSIJ,,）5.改变了电机参数和电机特性。由后面4-3可知交流绕组的电抗（互感电抗或漏电抗）的标么值),,,(,,2**NXNBAXBAKBAKX一定一定比例常数1）异步电机：启动转矩↓，最大转矩↓，启动电流↓；2）同步电机：电压变化率↑，短路电流↓，短路比↓，稳定度↓；3）直流电机：换向恶化，换向时电抗电势和电枢反应电势影响换向电流的变化。（二）气隙磁密Bδ较高，线负荷A不变1、电机尺寸和体积减小，可节省硅钢片材料；2、使电枢基本铁耗增大；3、气隙磁位降和磁路的饱和度增加；4、影响电气参数与电机性能。基本铁耗=铁心质量×比损耗（单位质量铁心中损耗）a)电枢铁心质量,,2eflDBb)比比pBfpBBFeFe23.1,,温升铁耗电枢铁心质量且比,,,Bp线负荷A和气隙磁密Bδ的选择1、电机所选用的绝缘材料的等级越高，电机允许的温升也就越高。电磁负荷A、Bδ可选高些。2、电机所选用的导磁材料（硅钢片）及导电材料性能好，则电磁负荷可选高些。3、电机的通风冷却条件好，则电磁负荷可选高些。2.4电机主要尺寸比的选择1、选择了A和BδAdpNmpefCABKKPnlD''21.62、初步确定电机的D2lef3、引入一个尺寸比的系数：efl1）参数与温升；2）节约用铜量；3）转子机械强度；4）转动惯量；2.1电机的身材2020年2月27日星期四三围：定子外径D1定子内径D2转子外径d1电机的身材身高:铁心的轴向长度LLD电机的身材1、电机将较细长。好处是绕组的端部变得较短，端部用铜量相应减少，可提高绕组的铜的利用率。因此单位功率材料消耗较少，成本较低。2、电机体积未变，因而铁的重量不变，在同一磁密下的基本铁耗不变。但是附加铁耗有所下降，机械损耗也因直径的变小而减小。因此电机总损耗下降，效率提高。3、绕组端部较短，因此端部漏抗减小。4、由于电机细长，通风散热条件变差，从而导致轴向温度分布不均匀度加大。5、电机细长，则铁心冲片数目增多，冲片加工与铁心叠压工时增加；因铁心直径较小，嵌线难度增大，嵌线工时增多。6、电机细长，则转子转动惯量减小，对于要求频繁起动运行的电机是有利的。电机λ值的范围1）感应电机即异步电机通常λ=0.4~1.5，对大型感应电机则为λ=1~3.5，2）同步电机对于凸极同步电机，通常，中小型同步电机的λ=0.6~2.5，其上限为多极电机。对于高速或大型同步电机，由于转子材料机械强度的限制，λ值选得较高，达3~4。3）直流电机通常，中小型直流电机的λ=0.6~1.2，大型直流电机的λ=1.25~2.5确定主要尺寸的一般方法efdpnmpefdpdpdpNlDABKKPnlDKKKBAnPP2''2',1.6)4(92.0,,96.0,,:)3(,)2(.,,)1(得出以上数据代入双层绕组时当采用单层绕组时对于交流电机计算由经验选取电磁负荷确定电机转速利用公式得出计算功率先根据电机的额定功率.)7()22,12(,,)6(,)5(1进行必要调整与铁心长度再对定子内径表表标准值将计算值调整至确定定子外径比值根据定子内外径的经验与分别求得值根据所选的efeflDDlD2.5系列电机及其设计特点1．系列电机——就是指技术要求、应用范围、结构型式、冷却方式、生产工艺基本上相同，功率及安装尺寸按一定规律递增，零部件通用性很高的一系列电机。2．系列电机的优点①由此减少材料与工设计时，消耗、降低成本：由于它们的生产工艺过程与另部件型式相同，可以充分利用冲模、模具、量具、卡具等工艺装配；②缩短生产周期：由于充分利用了原有的工模具等工艺装配图纸等条件；③可以减少设计、制造、使用、维修方面的许多工作；④可以腾出手来提高产品的质量。3．系列电机的分类①基本系列：使用面广，生产量大的一般用途的系列如Y、Y2系列；②派生系列：适按使用的不同要求进行部分改动而由基本系列派生出来的系列，它与基本系列有较多的通用性如YD三相多速异步电动机，KFT系列电梯电机；③专用系列：适用某种特殊条件但使用面很窄的系列如JG2辊道电动机。Framesizeeg.:MMG100LB3Don’tforgetityouwillhearitagain100mmdistancebetweenholes4．系列电机设计的特点①功率等级的确定要根据用户的要求、选用的方便、经济性等多方面全面综合分析来确定。（功率按一定规律递增）同一系列中相邻两功率等级之比（大功率比小功率），称功率递增系数或容量递增系数，其数值直接影响到整个功率等级数目的确定，而且对系列电机的经济性有很重要的影响。PK②安装尺寸的确定及功率等级与安装尺寸的对应关系。电机的安装尺寸是指电机与配套机械进行安装时的有关尺寸，系列电机的安装尺寸一般按轴中心高分级，它的确定必须综合考虑配套机械和电机本身的具体情况，原则上是按优先数系递增。安装尺寸是轴中心高，对端盖式轴承的电机，确定功率等级与安装尺寸的对应关系时，主要是确定功率等级与轴中心高的对应关系。功率等级确定后，选取轴中心高等级，必须全面考虑（工艺装备、用户要求、电磁设计、材料利用）。③交流电机系列定子冲片外径的确定1）与规定的轴中心高数值的一致性；2）硅钢片利用的经济合理性；3）整个系列外形的均称性，并在条件允许的情况下，能充分利用已有的工艺装备。④零部件的标准化、系列化和通用化；⑤派生的可能性