【正文】 計(jì)算結(jié)果。 定子繞組與鐵心的設(shè)計(jì) 定子槽數(shù)的選擇 在極數(shù)、相數(shù)既定的情況下，定子的槽數(shù)決定于每極每相槽數(shù) 1q 。對(duì)極數(shù)少、功率大的 電機(jī)， 1q 可取的較大一些；對(duì)于極數(shù)多的電機(jī)，則 1q 取的小些。在正常三相感應(yīng)電機(jī)中，通常選 ?6/5?y 以便削弱磁勢(shì)的 5 次和 7 次諧波分量。表 35 記錄了上述計(jì)算結(jié)果。一般來(lái)說(shuō)，小型電機(jī)的支路數(shù) 1? 應(yīng)少些，以免極間連線(xiàn)太多，而大、中型電機(jī)（特別是低壓的）有時(shí)為了得到合適的每槽導(dǎo)體數(shù) 1sN ，常采用較多的支路數(shù)。 平行槽的槽型尺寸要和扁導(dǎo)線(xiàn)的尺寸及絕緣結(jié)構(gòu)尺寸等結(jié)合起來(lái)考慮，不須核算槽滿(mǎn)率。 轉(zhuǎn)子繞組的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)方法 中型電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組采用半閉口槽，雙層整距波繞組，以省去線(xiàn)圈極間連線(xiàn)，并使轉(zhuǎn)子容易達(dá)到機(jī)械平衡。 三相轉(zhuǎn)子繞組的相電流 2I 可按式 22211112dpdpI KNm KNmIKI??? (320) 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 在表 38中選擇適合的 IK 后進(jìn)行計(jì)算。所謂等效的磁路是指各段磁路上的磁壓降應(yīng)等于磁場(chǎng)內(nèi)對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的磁壓降，并認(rèn)為在各段中磁通沿截面均勻分布，各段中磁場(chǎng)強(qiáng)度保持為恒值。 當(dāng) ??xB 為正弦分布時(shí)， ??? ??p。這時(shí)可參考類(lèi)似電機(jī)的數(shù)據(jù)，先假定一個(gè)飽和系數(shù)的預(yù)計(jì)值 sK? （對(duì)一般感應(yīng)電機(jī) ~ ?K ）。 但在 ????01 b 的大多數(shù)實(shí)際情況中，工程上采用下列近似公式，已足夠準(zhǔn)確。 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 二、齒的磁路計(jì)算長(zhǎng)度 tL 對(duì)開(kāi)口槽，取 st hL? ； 對(duì)半開(kāi)口槽，取 21 hhLt ?? 。進(jìn)行磁路計(jì)算時(shí)，電機(jī)額定電流及參數(shù)的實(shí)際值尚未算出，因而僅能按經(jīng)驗(yàn)對(duì)每相感應(yīng)電勢(shì) 1E 作初步估計(jì)：?NEUKE ??1 。繞組電抗的大小亦對(duì)所設(shè)計(jì)電機(jī)的經(jīng)濟(jì)性及運(yùn)行性能有很大的 影響。多相交流電機(jī)電樞電流產(chǎn)生的氣隙磁場(chǎng)中，有基波磁場(chǎng)，亦有諧波磁場(chǎng)。 一、槽漏抗計(jì)算 雙層短距繞組的槽漏抗 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 LLUUs KK ??? ?? (345) 其中， sU bh0?? 為槽口比漏磁導(dǎo)；sL bh3?? 為安放導(dǎo)體的槽下部的比漏磁導(dǎo)； 4 13 ?? ?UK 為由于短距對(duì)槽口比漏磁導(dǎo)的影響引入的節(jié)距漏抗系數(shù)；16 79 ?? ?LK 為由于短距對(duì)槽下部比漏磁導(dǎo)的影響引入的節(jié)距漏抗系數(shù)。圖 32(b)和 33(b)便是我們進(jìn)行工作性能計(jì)算所用的等效電路和相量圖。 負(fù)載時(shí)附加損耗計(jì)算比較困難，我國(guó)有關(guān)生產(chǎn)和科研部門(mén)對(duì)大量不同型號(hào)和規(guī)格的感應(yīng)電機(jī)進(jìn)行了負(fù)載附加損耗的測(cè)定，得到統(tǒng)計(jì)的結(jié)果，規(guī)定在無(wú)實(shí)測(cè)值做參考時(shí)，對(duì)銅條轉(zhuǎn)子 ??sp [19]。 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩：起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)差率 1?s 。 “設(shè)計(jì)分析”程序是按設(shè)計(jì)人員事先估計(jì)好的若干設(shè)計(jì)參量，依一定程序步驟來(lái)計(jì)算產(chǎn)品的性能，相當(dāng)于通常的設(shè)計(jì)核算。要得到一個(gè)較典型的、通用性較強(qiáng)的設(shè)計(jì)綜合程序并不是輕而易舉的，因此從 60 年代就已開(kāi)始發(fā)展的這類(lèi) 程序，至今仍在不斷完善之中。為了使一個(gè)多重循環(huán)的程序更為合適、簡(jiǎn)練，在編制程序時(shí)不僅需要慎重考慮設(shè)計(jì)的邏輯性，而且應(yīng)比較準(zhǔn)確地確定疊代初值（即假定的初值）、疊代方法（即恰當(dāng)?shù)卮_定假定值的再設(shè)值）以及疊代的收斂條件（即提出合理的設(shè)計(jì)精度等）。對(duì)于綜合設(shè)計(jì)程序則必須確定以哪 些參數(shù)作為主要變量，其變化范圍以及性能的合格標(biāo)準(zhǔn)和容差。在使用設(shè)計(jì)分析程序時(shí)，設(shè)計(jì)人員必須花一定時(shí)間去分析各個(gè)方案的計(jì)算結(jié)果，然后人為地調(diào)整某些設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，為下一次計(jì)算做準(zhǔn)備，經(jīng)過(guò)多次反復(fù)后才能得到滿(mǎn)意的設(shè)計(jì)方案。 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 ? ? ? ?221221 1st ?? XXRR UI ?????? (359) 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 第 4 章 用 MATLAB 進(jìn)行電機(jī)設(shè)計(jì)仿真 計(jì)算機(jī)技術(shù)在電機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用與發(fā)展 在電機(jī)設(shè)計(jì)中應(yīng)用電子 計(jì)算機(jī)是從 50 年代開(kāi)始的，至今仍在進(jìn)行廣泛的研究和探索。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各種類(lèi)型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能都有具體規(guī)定。若功率因數(shù)太低，不能滿(mǎn)足技術(shù)條件中規(guī)定的指標(biāo)，應(yīng)設(shè)法降低 mI （縮小定子轉(zhuǎn)子槽面積，降低各部分磁密；減小氣隙；增加每槽導(dǎo)體數(shù) 1sN ；增大 1iD ，放長(zhǎng) tl ）或降低 XI （增大定轉(zhuǎn)子槽寬、減小槽高以降低 ?X ） ,使它們的和 QI1 降低。 為了方便分析，將圖 32(a)進(jìn)一步簡(jiǎn)化：在勵(lì)磁支路中略去勵(lì)磁電阻 ?mR 和 定子漏阻抗 ?1R 和 ?1?X ；近似認(rèn)為 ???212 II?,便有等效電路圖 32(b)。感應(yīng)電機(jī)的氣隙較小，一般不再計(jì)算齒頂漏抗。 本次電機(jī)設(shè)計(jì)中計(jì)算得到： R1=， R2=。電阻越大，電機(jī)運(yùn)行時(shí)繞組中的電損耗就較大，繞組中的瞬變電流增長(zhǎng)或衰減速度則較快。 一、感應(yīng)電勢(shì)和氣隙磁通 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 對(duì)于異步電機(jī)，因?yàn)閺目蛰d到額定負(fù)載，感應(yīng)電勢(shì)變動(dòng)不大，一般不必求出整條空載特性曲線(xiàn)，而只須求出額定負(fù)載和空載狀態(tài)時(shí)的勵(lì)磁電流。 齒的氣隙磁通： tlB eft ??? (331) 若認(rèn)為 t? 全部進(jìn)入齒中，則齒中磁密為： ttt AB ?? (332) 其中， tA 為齒的計(jì)算截面積。 本文中所設(shè)計(jì)的電機(jī)定、轉(zhuǎn)子都具有徑向通風(fēng)道，且相互對(duì)齊，則通風(fēng)道 處的 磁場(chǎng)分布可以認(rèn)為等同于氣隙為 2? 時(shí)的上述情況，此時(shí)： 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 252????vvvbbb (326) 于 是電樞計(jì)算長(zhǎng)度 efl 可用下式算出： vvtef bNll ??? (327) 其中， vN 為鐵心中的徑向通風(fēng)道數(shù)， vb? 為沿鐵心軸向長(zhǎng)度因一個(gè)徑向通風(fēng)道所損失的長(zhǎng)度。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 氣隙磁密的最大值 :： eflB ??? p??? (323) 每極磁通 ? 可根據(jù)給定的繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)確定，對(duì)于交流電機(jī)： fNKK E dpNm 14?? (324) 在已知每極磁通 ?及幾何尺寸 ? 、 ? 的情況下，氣隙磁壓降的計(jì)算就在于如何確定計(jì)算極弧系數(shù) p?? 、電樞的計(jì)算長(zhǎng)度 efl 及氣隙系數(shù) ?K 。通過(guò)磁路計(jì)算還可以校核電機(jī)各部分磁通密度選擇得是否合適。 當(dāng)轉(zhuǎn)子槽數(shù) 2Z 和支 路數(shù) 2? 選定后，可以由下式獲得轉(zhuǎn)子繞組每相串聯(lián)導(dǎo)體 數(shù)： 222s22 ?? mNZN ? (318) 其中， 2sN 為轉(zhuǎn)子每槽導(dǎo)體數(shù)， 2m 為轉(zhuǎn)子繞組相數(shù)。 為了減少附加損耗， 2q 和 1q 不宜相差太多，一般建議選 112 ??qq 。這種槽型的槽壁都是平行的，因此稱(chēng)平行槽。 當(dāng) 1I 較大時(shí)，為了避免采用截面太大的導(dǎo)線(xiàn)，一般常把定子每相繞組接成 1? 路并聯(lián)，以使每支路的電流減為 11/aI ，或者采用 1tN 根截面相同的導(dǎo)線(xiàn)并繞 (也可 以采用幾根截面差別不大的導(dǎo)線(xiàn) 并繞），使每根導(dǎo)線(xiàn)所通過(guò)的電流減為 11/ tNI ，或者既采用 1? 路并聯(lián)，又采用 1tN 根并繞。因此設(shè)計(jì)時(shí)常常通過(guò)改動(dòng) 1?N 來(lái)取得若干不同設(shè)計(jì)方案進(jìn)行選優(yōu)。缺點(diǎn)是多用了絕緣材料，嵌線(xiàn)也較為麻煩。 因此選擇槽數(shù)時(shí)應(yīng)對(duì)各方面的因素綜合考慮。對(duì)于大、中型電機(jī)， 2p=2~16，可用下列經(jīng)驗(yàn)公式求出 δ（單位為 m）： 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 3i1 10291 ?????????? ?? pD? (36) 其中， i1D 單位為米。 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 主要尺寸的確定 根據(jù)電機(jī)的計(jì)算功率 P? 和轉(zhuǎn)速 n，在充分考慮采用的材料、結(jié)構(gòu)、工藝等因素后，選擇合適的電磁負(fù)荷 A 和 ?B 值，算出 eflD2 并令它等于 V(單位為 3m )。 總的來(lái)說(shuō)，電磁負(fù)荷的選擇要考慮的因素很多，很難單純從理論上來(lái)確定。由于電機(jī)的尺寸減小了，若 δB 不變，每極磁通將減 小，為得到一定的感應(yīng)電勢(shì)，繞組匝數(shù)必將增多。 系數(shù) p?? 、 NMK 、與 dp1K 的數(shù)值一般變化不大，因此電機(jī)的主要尺寸在很大程度上和選用的電磁負(fù)荷 A、 ?B 有關(guān)。電機(jī)的重量、價(jià)格、工作特性和運(yùn)行可靠性等也都和主要尺寸以及它們的比值有密切關(guān)系。為了描述轉(zhuǎn)速，引入?yún)⑸蜿?yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 數(shù)轉(zhuǎn)差率。通過(guò)電磁計(jì)算所得的電機(jī)性能指標(biāo)必須符合設(shè)計(jì)要求，否則應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。因此設(shè)計(jì)人員必須全面地、綜合的看待和分析問(wèn)題。電機(jī)轉(zhuǎn)子通過(guò)滑環(huán)及電刷裝置與外加的啟動(dòng)（調(diào)速）電阻相連接，通過(guò)調(diào)節(jié)外加電阻的數(shù)值，可獲得大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，較小的啟動(dòng)電 流，并能在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 [8]。常使用的 有 6000V 和 10000V 兩種沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 電壓 等級(jí) [4]。而國(guó)內(nèi)電機(jī)企業(yè)設(shè)計(jì)手段傳統(tǒng)、缺乏先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念和手段，對(duì)于基本系列電機(jī)研發(fā)與衍生電機(jī)開(kāi)發(fā)的分工比較模糊，產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期長(zhǎng) [2]。改變某些參數(shù)得到不同的電機(jī)設(shè)計(jì)方案，通過(guò)比較這些方案，確定出最佳的設(shè)計(jì)方案。 電機(jī)設(shè)計(jì)中所需要考慮的因素和確定的尺寸、數(shù)據(jù)很多，這就難免會(huì)遇到錯(cuò)綜復(fù)雜的矛盾。并且提出了應(yīng)用MATLAB 軟件進(jìn)行電機(jī)電磁計(jì)算過(guò)程仿真的優(yōu)勢(shì)和方法。確定所設(shè)計(jì)電機(jī)有關(guān)的尺寸和參數(shù)，并核算其電磁性能。 electrical machine design。 中型：中心高 H =（ 355~630） mm，定子鐵心外徑 1D =（ 500~1000） mm；功率范圍在（ 45~1250） kW 以上，電壓為 380 V 和 3000V 和 6000V。導(dǎo)線(xiàn)中通過(guò)電流后會(huì) 受到 電磁力的作用。這種情況下繞線(xiàn)式異步電動(dòng)機(jī)就顯出明顯的優(yōu)勢(shì)。首先應(yīng)學(xué)習(xí)電機(jī)電磁設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)和設(shè)計(jì)方法。繞線(xiàn)式繞組是與定子繞組相似的對(duì)稱(chēng)三相繞組。轉(zhuǎn)子繞組中電動(dòng)勢(shì)和電流的頻率為 12 sff ? (23) 異步電機(jī)在作電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)， s 值很小，一般在 ~ 范圍內(nèi)變化。A39。我們可以對(duì)它們進(jìn)行調(diào)整來(lái)改變電機(jī)的性能。由于電樞鐵心中的磁密與 δB 有一定比例關(guān)系，而鐵的比損耗（單位重量鐵心中的損耗）與鐵磁材料內(nèi)磁密的平方成正比關(guān)系，故隨著 δB 的提高，比損耗的增加速度 比鐵心重量減少的速度更快。 主要尺寸比 λ 的選擇 在選定 A 和 δB 后，即可初步確定電機(jī)的體積。 表 33 定子外徑標(biāo)準(zhǔn)值 老系列 新系列 機(jī)座號(hào) NO 中心高 mm 定子鐵心外徑 mm 中心高 mm 定子 鐵心外徑 mm 1 90 120 80 120 2 100 145 90 130 3 112 167 100 155 4 132 210 112 175 大直徑方案 5 160 245 132 210 6 180 280 160 260 290 7 225 327 180 290 327 8 250 368 200 327 368 9 280 423 225 368 400 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 續(xù)表 33 10 315 493 250 400 445 11 375 560 280 445 493 12 450 650 315 520 520 13 500 740 355 560 590 14 560 850 400 630 670 15 630 990 450 710 740 16 630 1180 500 800 850 17 630 1430 560 900 950 18 630 1730 630 990 1060 19 630 2150 710 1120 1180 20 630 2600 800 1250 21 630 3250 900 1400 22 630 4250 1000 1600 表 34 電機(jī)尺寸計(jì)算結(jié)果 λ 2p D1 Di1 τ lef 2 4 630mm 403mm 317mm 606mm 空氣隙的確定 通常氣隙 δ選取得盡可能的小，以降低空載電流，因?yàn)楦袘?yīng)電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù) ?cos 主要決定于空載電流。 1q 值得大小對(duì)電機(jī)的參數(shù)、附加損耗、溫升及絕緣材料消耗量等都有影響。 本次電機(jī)設(shè)計(jì)中根據(jù)上述選取條件取 1q =5 求出 1Z =60。本次電機(jī)設(shè)計(jì)也是選用的 ?6/5?y 來(lái)進(jìn)行計(jì)算的。 表 35 定子繞組參數(shù)計(jì)算結(jié)果 Kdp1 Nφ 1 N1 a1 Ns1 Nc1 320 160 1 16 8 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 電流密度的選擇及線(xiàn)規(guī)、并繞根數(shù)和并聯(lián)支路數(shù)的確定 電流密度 1J 的選擇對(duì)電機(jī)的性能及成本影響很大，所以必須全面考慮電機(jī)的具體情況：效率、制造成