【正文】 齒部和軛部的基本損耗? ???? ? Fe jFe tFe ppp ，叫做旋轉(zhuǎn)鐵耗，是指由于定轉(zhuǎn)子都有齒和槽的存在，當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時便產(chǎn)生脈振損耗和表面損耗。 這就是說，對于繞線式異步電動機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)子回路串入啟動電阻 stR ，且滿足 ?? 212 XXRR st ?????? 時，起動轉(zhuǎn)矩就等于最大電磁轉(zhuǎn)矩。但設(shè)計(jì)分析程序仍是十分重要的，它是設(shè)計(jì)綜合和設(shè)計(jì)優(yōu)化的基礎(chǔ)。這是近 10 年來才開始在實(shí)際問題中應(yīng)用且仍在進(jìn)行多方面探索的一種程序。 應(yīng)用 MATLA。 應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)電機(jī)大致可分為以下幾個步驟：選定目標(biāo)、數(shù)學(xué)描述、數(shù)值處理、編制程序、整理輸入數(shù)據(jù)、校驗(yàn)程序和輸出結(jié)果分析。它與“設(shè)計(jì)分析”的區(qū)別主要是：它可在 規(guī)定的產(chǎn)品性能和技術(shù)條件下，自動選擇適當(dāng)?shù)募夹g(shù)參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸，從而得出可行的設(shè)計(jì)方案。 起動電流：當(dāng)異步電機(jī)直接投入電網(wǎng)起動時，在 t=0 時刻 n=0， s=1。 五、最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù) ? ?22112 1 ???? ?? ?? ?XRR sT Nm (357) 就一般中型感應(yīng)電機(jī)而言， ??X 比 ?1R 大得多，而 ? ?Ns?1 的變化不大，因而影響最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)的主要因素是漏抗 ??X ,設(shè)計(jì)中常對電磁負(fù)荷 A 和 ?B （ ??X 正比于A / ?B ）以及槽型作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整以符合設(shè)計(jì)要求中提出的最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)指標(biāo)。在開始計(jì)算時，可以先假定一個效率值 ?? 。 表 311 各項(xiàng)漏抗的計(jì)算結(jié)果 Xs1* Xδ 1* XE1* Xs2* Xδ 2* XE2* 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 工作性能的計(jì)算 在主要尺寸、氣隙以及定轉(zhuǎn)子繞組和鐵心設(shè)計(jì)好以后，就要進(jìn)行工作性能的計(jì)算 和起動性能的計(jì)算，以便與設(shè)計(jì)要求中的性能指標(biāo)相比較，在此基礎(chǔ)上對前面的設(shè)計(jì)進(jìn)行必要的調(diào)整。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 在頻率 f 、相數(shù) m 、極數(shù) p2 一定的情況下，感應(yīng) 電機(jī)的主電抗主要與繞組每相匝數(shù) N 、基波繞組系數(shù) 1dpK 、電樞的軸向計(jì)算長度 efl 及極距與氣隙之比 ??/有關(guān)。 繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組每相電阻 2R 可按類似于式 (45)的關(guān)系式來計(jì)算，但系數(shù) FK? 取等于 1，因?yàn)樵谡＿\(yùn)行時，轉(zhuǎn)子繞組里電流的頻率是很低的，集膚效應(yīng)可以忽略不計(jì)。電阻的大小不僅影響電機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，并且與電機(jī)的運(yùn)行性能亦有極密切的關(guān)系。 本次電機(jī)設(shè)計(jì)中計(jì)算得到： Fj1=， Fj2=。 一、齒磁密 tB 的計(jì)算 當(dāng)齒磁密不超過 時，鋼片的飽和程度不高，齒部（鐵磁材料）的磁導(dǎo)率 ? 比槽部 (非磁性的銅和絕緣）的磁導(dǎo)率 0? 大得多，因而齒部磁阻比槽部磁阻小得多。 在圖 31 中還畫出了 ? ?sNm KfK ? 的關(guān)系曲線，以便在按式 (324)確定每極 ?時查??；當(dāng)磁路不飽和時，氣隙磁場分布為正弦型，因此 ?K ；隨著 sK 的增大， δavB 增大，因此 NmK 逐漸減小。計(jì)算時，齒的飽和程度以飽和系數(shù)來標(biāo)志，它等于 ?? F FFFK tts 21 ??? (325) 其中， ?F 為氣隙磁壓降， 1tF 為定子齒部磁壓降， 2tF 為轉(zhuǎn)子齒部磁壓降。為了計(jì)算方便，通常是計(jì)算最大氣隙磁通密度 ?B 所在的磁極中心線處的氣隙磁壓降。為了簡化物理圖像及電磁計(jì)算，把電機(jī)中的磁場分為主磁場及漏磁場。 轉(zhuǎn)子三相繞組可接成 ?或 ?。 轉(zhuǎn)子繞組與鐵心的設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)子槽數(shù)的選擇 繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組通常是對稱的三相繞組，線圈的節(jié)距接近或等于基波的極距，因此定子諧波磁場一般不會引起較大的附加轉(zhuǎn)矩，并且轉(zhuǎn)子回路中可以串接外加電阻以增加起動轉(zhuǎn)矩，因而它與籠型轉(zhuǎn)子不同， 無需把沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 附加轉(zhuǎn)矩對起動的影響作為首先和必須考慮的因素。表 36 記錄了上述計(jì)算結(jié)果。工廠中常用控制 A 和 1J 的乘積（稱為熱負(fù)荷）來控制電機(jī)的溫升，所以在選擇 1J 時要注意到前面所選用的 A值。從式（ 33）可以看出， 1?N 的大小必然影響電機(jī)電磁負(fù)荷 A 和 ?B 的數(shù)值。 雙層疊繞組通常用于功率較大的感應(yīng)電動機(jī)。 槽中線圈邊的總散熱面積增加，有利于散熱。因?yàn)闄C(jī)座、端蓋、鐵心等在加工和裝配時都有一定偏差；而軸的直徑和軸承間的距離決定了軸的撓度；定轉(zhuǎn)子裝配在一起后，定子鐵心內(nèi)圓和轉(zhuǎn)子外圓的不同心度決定了氣隙的不均勻度，其值對電機(jī)運(yùn)行性能有很大影響。 λ 的大小會對電機(jī)運(yùn)行性能產(chǎn)生影響 選擇 λ 值時，通常主要考慮：（ 1）參數(shù)與溫升；（ 2）節(jié)約用銅（鋁）；（ 3）轉(zhuǎn)子的機(jī)械強(qiáng)度；（ 4）轉(zhuǎn)動慣量等方面的限制和要求。由于勵磁電流標(biāo)幺值 *mI 正比于 δB /A，選取較高的 δB 或較低的 A，勵磁電流將增大，使異步電機(jī)的功率因數(shù)降低。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 電磁負(fù)荷的選擇要考慮的因素很多，應(yīng)綜合考慮電機(jī)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，其選擇要點(diǎn)如下： （ 1）當(dāng)輸出功率一定時提高電磁負(fù)荷 A 和 δB 電機(jī)的尺寸和體積將減小，可節(jié)省有效材料，但其需要較好的冷卻條件和絕緣材料。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 電磁負(fù)荷 A 和 ?B 不變時，相同功率的電機(jī)，轉(zhuǎn)速較高的，尺寸較??；尺寸相同的電機(jī)，轉(zhuǎn)速高的，則功率較大。繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)適用于要求起動轉(zhuǎn)矩高而起動電流低、起動頻繁或在窄范圍內(nèi)調(diào)速的場合。繞線式轉(zhuǎn)子的特點(diǎn)是可以通過滑環(huán)電刷在轉(zhuǎn)子回路中接入附加電阻，以改善電動機(jī)的起動性能、調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速，其接線如圖 21 所示。最后應(yīng)用 MATLAB 軟件進(jìn)行整個計(jì)算過程的仿真。通過正確處理設(shè)計(jì)時遇到的各種矛盾，確定出所設(shè)計(jì)電機(jī)合適的主要尺寸和電機(jī)性能 [12]。 YR 系列電動機(jī)系是 Y 基本系列上派生出來的 [7]。 中型高壓異步電動機(jī)的介紹 本文中講述的是中型高壓異步電動機(jī)的電磁設(shè)計(jì)方法。國內(nèi)部分產(chǎn)品已達(dá)國際水平，但相當(dāng)部分的產(chǎn)品可靠性差，效率低，重量重，體積大和噪聲大，其主要原因是制造工藝落后，關(guān)鍵材料的質(zhì)量和品種不能滿足要求，科研和設(shè)計(jì)工作 沒有跟上 [1]。利用計(jì)算機(jī)編寫電磁計(jì)算程序進(jìn)行電磁計(jì)算的求解已經(jīng)成為必然的趨勢。為電機(jī)設(shè)計(jì)做好了必要理論知識的準(zhǔn)備。分析了三相異步電動機(jī)的基本工作原理，講述了電機(jī)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)和主要過程。計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，為復(fù)雜的電磁計(jì)算創(chuàng)造了有利條件； 計(jì)算機(jī)輔助工具的應(yīng)用，給電機(jī)設(shè)計(jì)和優(yōu)化帶來了新的契機(jī) 。國外的先進(jìn)水平主要體現(xiàn)在：電機(jī)的可靠性高，壽命長，通用化程度高，電機(jī)效率不斷提高，噪聲低，重量輕，電機(jī)外形美觀，而且也考慮了電機(jī)制造成本的降低等要求。 Y（ IP44）系列的中心高 H =（ 80~280）mm，定子鐵心外徑 1D =（ 120~445） mm，共 11 個機(jī)座，功率范圍為（ ~90）kW，電壓 380V[3]。 本文中設(shè)計(jì)的電機(jī)是 YR 系列繞線式電機(jī)。 電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)任務(wù)與過程 電機(jī)電磁設(shè)計(jì)是根據(jù)用戶提出的產(chǎn)品規(guī)格（如功率、電壓、轉(zhuǎn)速等）、技術(shù)要求（如效率、參數(shù)、溫升限度、機(jī)械 可靠性要求等），運(yùn)用有關(guān)的電磁計(jì)算方法進(jìn)行電機(jī)的電磁計(jì)算。計(jì)沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 算的主要參數(shù)有：定（轉(zhuǎn)）子鐵心尺寸；定（轉(zhuǎn)）子繞組結(jié)構(gòu)；電機(jī)的磁路、運(yùn)行性能和起動性能等。將三個出線端分別接到轉(zhuǎn)軸的三個滑環(huán)上，在通過電刷引出電流。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 第 3 章 中型高壓異步電動機(jī)的電磁設(shè)計(jì) 電機(jī)設(shè)計(jì)要求 這一章主要討論中型三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)電磁計(jì)算中的幾個主要部分，包括：主要尺寸與氣隙的確定；定轉(zhuǎn)子繞組的設(shè)計(jì)；工作性能的計(jì)算 [15]。pef2i1 ?? (31) 由上式可得出下列重要結(jié)論： 電機(jī)的主要尺寸由其計(jì)算功率 P? 和轉(zhuǎn)速 n 之比 nP/? 或計(jì)算轉(zhuǎn)矩 T? 所決定。電磁負(fù)荷 A 和 δB 的值決定了利用系數(shù)，直接影響電機(jī)的有效材料的耗用量，更為重要的是 A 和 δB 的值與電機(jī)運(yùn)行參數(shù)、性能和可靠性有密切關(guān)系。 （ 5） A 和 δB 應(yīng)選擇恰當(dāng)?shù)谋戎?。為了反映電機(jī)這種幾何形狀關(guān)系，通常采用主要尺寸比 ?? /efl?這一 概念。 氣隙 δ的數(shù)值基本上決定于定子內(nèi)徑、軸的直徑和軸承 間的轉(zhuǎn)子長度。 一方面每槽導(dǎo)體數(shù)減少，使槽漏抗減小；另一方面槽數(shù)多了，槽高和槽寬的比值相應(yīng)增大，使槽漏抗增大，但這方面影響較小。本次電機(jī)設(shè)計(jì)中采用的是雙層疊繞組。 分布系數(shù) 2sin2sin111d ??qqK ? (37) 其中， 12Zp??? (38) ? 為用電角度表示的槽距角； 短距系數(shù) 2sin1p ???K (39) 其中， 111p qmyZy ??? (310) y 為以槽數(shù)表示的繞組節(jié)距； 基波繞組系數(shù) 1p1d1dp KKK ? (311) 每相串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)，每槽導(dǎo)體數(shù)的計(jì)算 每相串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)： 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 kW11i1 mc os I ADN ???? ? (312) 在確定電機(jī)的定子內(nèi)徑 1iD 后，從上式可以求出定子繞組的每相串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)1?N 。對于中型電機(jī)， 1J 可以在 ~ ?）（ 2/mA 范圍內(nèi)選用。這時應(yīng)注意：（ 1）導(dǎo)線的寬厚比 ab/ 在~ 范圍內(nèi)，并要與電機(jī)的槽口、槽寬和槽高尺寸相適應(yīng)；（ 2）每根導(dǎo)線的截面最好小于 15 2mm ，導(dǎo)線截面太大會引起較大的渦流損耗，并在制造線圈時，較難于脹形及整形。 表 37 定子開口槽尺寸 bs b01 hs0 hs1 hs2 α1 30176。這種繞組系由半繞組元件組成，元件采用扁導(dǎo)線彎制，僅一端預(yù)先成型；除末端外，導(dǎo)線全長都預(yù)先絕緣好，嵌線時由槽的一端穿入，再把這端的端接部分彎成適當(dāng)?shù)男螤睿詈笥貌㈩^套將半繞組元件的“末端”部分聯(lián)接，再經(jīng)焊接便成。 表 39 轉(zhuǎn)子繞組的有關(guān)計(jì)算結(jié)果 Kdp2 Nφ 2 N2 a2 Ns2 Nc2 Nt2 J2 Ac2 E20 I2 16 8 1 2 1 6 7 A/mm2 mm2 6V 1032.5A 磁路計(jì)算 概述 當(dāng)繞組中通過電流，在電機(jī)的有效部分、端部及部分結(jié)構(gòu)零件中就激發(fā)了磁場。 空氣隙磁壓降的計(jì)算 在電機(jī)中，沿電樞圓周方向氣隙磁場不是均勻分布的。齒部越飽和，氣隙磁場波形越平， p?? 越大。若 sK 與原來預(yù)計(jì)的 sK? 相差較大，則須重新假定 sK? 并進(jìn)行計(jì)算，直至 sK 與 sK? 接近到相差不超過 %1? 為止。實(shí)際上轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)的， ?K應(yīng)取這兩種極端情況的平均值，即可取 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 21 ??? KKK ? 或 )1( 21 ??? ??? KKK 齒部磁壓降的計(jì)算 每極齒部磁壓降可用下式計(jì)算： ttt LHF? (330) 其中， tH 為齒的磁場強(qiáng)度，對應(yīng)于齒磁密 tB ，可由所用硅鋼片的磁化曲線查得； tL 為齒的磁路計(jì)算長度。 jjjj LHCF ? (335) 其中， jH 為相應(yīng)于最大切向磁密處的場強(qiáng)，按 jB 及材料的磁化曲線查?。籮C 為軛部磁壓降校正系數(shù)，與軛尺寸、極對數(shù)及 jB 有關(guān)。 參數(shù)計(jì)算 電阻、電抗是電機(jī)的重要參數(shù)。 繞組電阻的計(jì)算 感應(yīng)電機(jī)定子繞組每相電阻等于 1111 2 aA lNKRccF ???? (339) 其中， FK? 表示由于集膚效應(yīng)導(dǎo)致的電阻增加系數(shù)； ?? 為基準(zhǔn)工作溫度時導(dǎo)體的電阻率； 1N 為每相串聯(lián)的匝數(shù)； cl 為線圈半匝平均長度； 1cA 為導(dǎo)體的截面積； 1a 為相繞組的并聯(lián)支路數(shù)。在感應(yīng)電機(jī)中，習(xí)慣上稱主電抗為勵磁電抗。表 311 中記錄了各項(xiàng)漏抗。 定子電流有功分量的標(biāo)幺值 ??? 112111 ???????????? NNNKWPP PPUm UmIII (350) 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 其中， ?— 電動機(jī)額定負(fù)載時的效率，正是我們在工作性能中要計(jì)算的一個性能指標(biāo)。脈振損耗和表面損耗在定子和轉(zhuǎn)子上都會產(chǎn)沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 生，這里假定輸入的有功功率扣除定子銅損耗和基本鐵耗以后，其余 的全部傳遞給了轉(zhuǎn)子。 通常用起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù) stk 來描述起動性能，即Nstst TTk ? 對于一般異步電動機(jī)，~?stk 。 “設(shè)計(jì)綜合”程序是根據(jù)已知的性能要求，決定電機(jī)各設(shè)計(jì)參量的程序。目前，生產(chǎn)部門較多使用的是“設(shè)計(jì)分析”；但它與“設(shè)計(jì)綜合”已經(jīng)不能截然分開