电机设计

电机设计电机设计电机设计第一章电机设计概述................................................5§1-1电机制造工业的近况与发展趋势.........5§1-2电机设计的任务与过程.........................6§1-31-4国家标准国际标准.....................7第二章电机的主要参数之间的关系8§2-1电机的主要参数之间的关系式.............8§2-2电机中的几何相似定律概述...............14§2-3电磁负荷的选择..................................16§2-4电机主要尺寸比的选择及确定主要尺寸的一般方法..................................................19§2-5系列电机及其设计特点.....................22第三章磁路计算24§3-1概述......................................................24§3-2空气隙磁压降的计算.......................25§3-3齿部磁压降的计算.............................33§3-4轭部磁压降的计算...........................37第四章参数计算422§4-1绕组电阻的计算................................43§4-2绕组电抗的一般计算方法.................46§4-3主电抗计算..........................................47§4-4漏电抗计算........................................51§4-5漏抗标么值........................................64§4-6集肤效应对电机参数的影响.............66§4-7饱和对电机参数的影响.....................67§4-8斜槽漏抗计算....................................69第五章损耗与效率..............................................71§5-1概述....................................................71§5-2基本铁耗............................................72§5-3空载时铁心中的附加损耗...................74§5-4电气损耗............................................79§5-5负载时的附加损耗..............................80§5-6机械损耗............................................87§5-7效率....................................................89第六章电机的冷却..............................................90§6-1电机的冷却方式................................90§6-3风扇......................................................91§6-4径向通风系统中转子上其他风压元件参数的近似计算法..........................................93第七章发热计算..................................................93§7-1电机允许的温升限度.........................933§7-2传热的基本定律..................................95§7-3电机稳定温升的计算.........................99第八章结构设计和机械计算104§8-1电机的基本结构型式（自学）.....104§8-2结构设计的基本内容、原则和方法.105第十章感应电机的电磁设计.............................106§10-1概述................................................106§10-2主要尺寸与气隙的确定.................108§10-3定子绕组与铁心的设计..................111§10-4转子绕组与铁心的设计..................115§10-5工作性能的计算................................118§10-6起动性能的计算............................120第十一章电子计算机在电机设计计算中的应用................................................................................125§11-1概述...................................................125§11-2曲线和图表的数学处理方法之一——插值法........................................................126§11-3曲线和图表的数学处理方法之二——公式法........................................................128§11-4机辅设计中常用的数值计算方法.129§11-5设计分析程序................................129§11-6设计综合程序................................13045第一篇旋转电机设计第一章电机设计概述§1-1电机制造工业的近况与发展趋势一、单机容量迅速增长1．为什么单机容量要增加？从制造角度看，功率大，材料越省，效率高，电机材料选用率提高；从运行角度看，功率大，机组数目少，运行人员少，维修费用减小。2．国内单机容量3．国外单机容量二、向多品种发展我国中小型电机系列有72个系列，531个品种J、JO第一次统一设计基本系列：异步电机J2、JO2第二次统一设计Y、YO第三次统一设计（性能好，效率高，噪声小）JS2笼型JR2绕线型T2同步电机Z3直流电机派生和专用系列：防爆、船用、潜水单绕组多速、力矩、起重冶金等三、积极采用新技术、新材料、新结构和新工艺应用电子计算机计算新技术异步电机单绕组多速和Y-△混合绕组直流机的可控硅供电、无槽电枢双水内冷却技术、直线电机6绝缘材料：主要采用E、B级，向B、F级过渡玻璃粉支母无溶剂浸漆新材料聚酰亚胺DMD复合绝缘玻璃钢电工材料：向冷轧方面发展自动化：自动下线、端部开槽半自动化：总装自动线新工艺静电喷漆中型电机转子导条环氧粉末涂敷机座射压造型四、标准化、系列化、通用化程度不断提高五、积极开展电机理论、测试技术和新型发电方式的研究对电机绕组、附加损耗、附加转矩、电机冷却、大型电机的端部磁场的研究；磁流体、地热、太阳能、风力和燃气轮机用于发电的研究。§1-2电机设计的任务与过程1．电机设计的任务①根据用户提出的产品规格（功率、电压、转速）和技术要求（效率、参数、温升、机械可靠性）；②结合技术经济方面国家的方针政策和生产实际情况；③运用有关的理论和计算方法；④正确处理设计中遇到的多种矛盾；设计出性能好，体积小、结构简单、运行可靠、制造和使用、维修方便的先进产品。2．设计的依据给定：额定功率、额定电压、相数、相间连接法、额定频率、额定转速、额定功率因数3．电机设计过程①准备阶段：熟悉国家标准；7收集相近电机样本和技术资料；听取生产使用单位的意见要求；编制技术任务或技术建议书。②电磁设计：根据技术条件或技术任务书的规定，参照生产实践经验，通过计算方案比较来确定与所设计电磁性能有关的一些尺寸和数据，选定有关材料，并核算电磁性能。③结构设计：机械结构、零部件尺寸、加工要求、材料；机械计算；通风计算；温升计算。4．对设计人员的要求①了解国家的技术经济政策；②本厂的工艺要了解；③要了解用户提出的规格要求；④要熟悉前人的经验知识。§1-31-4国家标准国际标准国家标准（代号GB）：对电机的一般要求规定和技术要求；GB755-65电机基本技术要求：各类电机技术要求、铭牌、线端标志；GB760-65电机安装尺寸和外形尺寸的代号、规定各类电机的安装和外形尺寸代号。部颁标准（代号JB）：对某一类电机的技术要求、额定数据、使用条件；JB742-66J2、JO2系列三相异步电动机技术条件；JB1104-68Z2系列小型直流电机技术条件。各类电机试验方法：GB1032-68中小型三相异步电动机试验。国际标准：指国际标准化组织（ISO）和国际电工委员会（IEC）所制订的有关标准。IEC的第二技术委员会（简称TC2）是专门制订旋转电机标准的机构，它目前设有6个分技术委员会，分管汽轮发电机，尺寸和功率等级，电刷、刷握、换向器和集电环，试验方法和程序，外壳防护、冷却方式和安装以及电机绝缘分级等工作。8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（efl）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。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、efl、）电机矢量确定结构部件尺寸电枢直径D：交流电机1iD（定子内径）直流电机2D（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。§2-1电机的主要参数之间的关系式一、几个物理量即找到主要尺寸与额定功率、转速及电磁负荷的关系。出线端输出的电功率发电机轴上输出的功率电动机输出功率额定功率:::NP额定转速：同步速pfn609)(:)/(:2:TBADmWIA值气隙中磁通密度的最大磁负荷米流电枢圆周单位长度上电线负荷电磁负荷电磁功率（计算功率）：电机将电能（机械能）转换成机械能（电能），能量都是以电磁能的形式通过定转子间的气隙进行传递的，与之相对应的功率称为电磁功率。电磁功率在电机设计中用计算功率表示（P）二、交流电机中BAnPlDef,,,,与的关系计算功率：)10()(1033KWIEmPKVAmEIPMm──电枢绕组相数；E──电枢绕组相电势；I──电枢绕组相电流。其中电势：)(4伏fNKKEdpNmKNm──气隙磁场波形系数，当气隙磁场正弦分布时；11.1221mmNmEEEEK平均值有效值；f──电流频率；N──电枢绕组每相串联匝数；Kdp──电枢绕组系数；Φ──每极磁通（韦）。每极磁通Φ：epefavlBlBBδ──气隙磁密最大值（T）；Bδav──气隙磁密平均值；p──计算极弧系数；lef──电枢计算长度；τ──极距（米）；10)(2)72.0~63.0(米pDBBavp