【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 片的編號(hào)應(yīng)與槽的編號(hào)有一定對(duì)應(yīng)關(guān)系（由第一節(jié)距 1y 來考慮）。 第四步，聯(lián)繞組。為了便于聯(lián)接，將元件、槽和換向片按順序編號(hào)。編號(hào)時(shí)把元件號(hào)碼、元件上層邊所在槽的號(hào)碼以及元件上層邊相聯(lián)接的換向片號(hào)碼編得一樣，即 1號(hào)元件的上層邊放在 1號(hào)槽內(nèi)并與 1 號(hào)換向片相聯(lián)接。這樣當(dāng) 1號(hào)元件的上層 邊放在 1號(hào)槽（實(shí)線）并與 1 號(hào)換向片相聯(lián)后，因?yàn)?1y =4，則 1 號(hào)元件的下層邊應(yīng)放在第 5 號(hào)槽（ 115y??）的下層（虛線）；因 1kyy??，所以 1 號(hào)元件的末端應(yīng)聯(lián)接在 2 號(hào)換向片上（ 112y??）。一般應(yīng)使元件左右對(duì)稱，這樣 1 號(hào)換向片與 2 號(hào)換向片的分界線正好與元件的中心線相重合。然后將 2 號(hào)元件的上層邊放入 2號(hào)槽的上層（ 12y??），下層邊放在 6 號(hào)槽的下層（ 126y??）， 2號(hào)元件的上層邊聯(lián)在 2 號(hào)換向片上，下層邊聯(lián)在 3號(hào)換向片上。按此規(guī)律排列與聯(lián)接下去，一直把 16個(gè)元件都聯(lián)起來為止。 校核第 2 節(jié)距：第 1元件放在第 5 槽的下層邊與放在第 2槽第 2元件的上層邊，它們之間滿足 2 3y? 的關(guān)系。其他元件也如此。 600V 直流機(jī)組電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì) 8 第五步，確定每個(gè)元件邊里導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向。圖中，所考慮的是發(fā)電機(jī)，箭頭表示電樞旋轉(zhuǎn)方向，即自右向左運(yùn)動(dòng)，根據(jù)右手定則就可判定各 元件邊的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向，即在 極下的導(dǎo)體電動(dòng)勢(shì)是向下，在 極下是向上的。在圖示這一瞬間， 13四個(gè)元件正好位于兩個(gè)主磁極的中間，該處氣隙磁密為零，所以不感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 第六步，放電刷。在直流電機(jī)里，電刷組數(shù)也就是刷桿的數(shù)目與主極的個(gè)數(shù)一樣多。對(duì)本例來說，就是四組電刷 1 1 2 2, , ,A B A B ，它們均勻地放在換向器表面圓周方向的位置。每個(gè)電刷的寬度等于每一個(gè)換向片的寬度。 3．繞組電路圖 單波繞組是把所有上層邊在 N 極下的 元件串聯(lián)起來構(gòu)成一條支路，把所有上層邊在S 極下的元件串聯(lián)起來構(gòu)成另一條支路。由于主磁極只有 N 、 S 之分，所以單波繞組的支路對(duì)數(shù)與磁極對(duì)數(shù)無關(guān)，總是等于 1，即 單波繞組有以下特點(diǎn)： 1a? （ 1）同極性下各元件串聯(lián)起來組成一個(gè)支路，支路對(duì)數(shù) 1a? ，與磁級(jí)對(duì)數(shù) p 無關(guān)。 （ 2）當(dāng)元件的幾何形狀對(duì)稱時(shí)，電刷在換向器表面上的位置對(duì)準(zhǔn)主磁極中心線，正、負(fù)電刷間感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大。 （ 3）電刷桿數(shù)也應(yīng)等于極數(shù)（采用全額電刷）。 600V 直流機(jī)組電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì) 9 第 3 章 主要尺寸的選擇 確定主要尺寸的一般方法 首先根據(jù)電機(jī)的額定功率 ,利用式NNNSPkP ?? cos?? ~式NNmPkP ??? 得出計(jì)算功率 P? 。然后根據(jù) P? 與 n（交流電機(jī)為同 步轉(zhuǎn)速，直流電機(jī)為額定轉(zhuǎn)速），結(jié)合所設(shè)計(jì)電機(jī)的特點(diǎn)，利用給定的數(shù)據(jù)或曲線選取電磁負(fù)荷 A. ?B ,代入式?ABaP nlD pef ??? 即可算得 eflD2 。然后參考給定的數(shù)據(jù)選用合適的 ? ，即可由已算得的 eflD2 分別求得主要尺寸 D 和 efl 。為了充分利用硅鋼片，減少?zèng)_模等工藝裝備的規(guī)格與數(shù)量，加強(qiáng)通用行和考慮系列電機(jī) 功率登記遞增的需要，我國(guó)目前規(guī)定了支流電機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)電樞外徑 aD ，當(dāng) cmDa 99? 時(shí)，應(yīng)采用扇形片。算得 aD 后，需將其調(diào)整至標(biāo)準(zhǔn)直徑。 電樞外徑 aD 的選擇 直流電機(jī)的電樞外徑 aD 一般隨單位轉(zhuǎn)速的輸出功率NNnP 值增加而增大，當(dāng)電機(jī)的NNnP 相同時(shí)，其 aD 大致一樣。決定 aD 時(shí)可以根據(jù)給定的NNnP 值和工廠的生產(chǎn)條件，參考已制成的類似電機(jī)的 aD 而選定。我國(guó)目前制造的直流電機(jī)，根據(jù) aD 與NNnP 的的關(guān)系曲線，作為選定 aD 的初步依據(jù)。對(duì)應(yīng)于不同的功率和轉(zhuǎn)速，直流電機(jī)電樞外徑的尺寸也不同。為了便于制造和節(jié)省材料， aD 的各種不同尺寸不是任意選定的，而是按一定的比值遞增的，其遞增的比值應(yīng)考慮到整張硅鋼派內(nèi)的合理剪裁 .系列電機(jī)功率等級(jí)遞增的被和和沖模裝備的繼承因素 ,所以電樞外徑是規(guī)范化的。根據(jù)我國(guó)生產(chǎn)的硅鋼片規(guī)格和工廠的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，目前規(guī)定了下面的直流電機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)電樞外徑： 7， ， ， 10． 6， 12， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， 120， 150， 180， 215， 250， 285， 315， 350， 380厘米。 電樞直徑小于 99 厘米時(shí)用整圓沖片，大于 99 厘米時(shí)用扇形片拼成。 當(dāng)設(shè)計(jì)電機(jī)時(shí)，根據(jù)給定的NNnP 值，可先查得電樞外徑最大值至最小值的范圍。如600V 直流機(jī)組電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì) 10 果在這個(gè)范圍內(nèi)只有一個(gè)對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)直徑，則就將它調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)值。如果在這個(gè)范圍內(nèi)有幾個(gè)對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)直徑，那么就要通過分析或試算來確定其中最合適的一個(gè)。 線負(fù)荷Ａ和氣隙磁密 ?B 的選擇 從電機(jī)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)出發(fā)來選取 最合適的Ａ和 ?B 值，以便使制造和運(yùn)行的費(fèi)用最少，而且性能良好。 除了不應(yīng)選擇過高的Ａ . ?B 數(shù)值外，還應(yīng)該考慮它們的比值要適當(dāng)。因?yàn)檫@一比值不僅影響電機(jī)的參數(shù)和特性 ,而且同銅耗和鐵耗的分配密切有關(guān) ,也即會(huì)影響電機(jī)效率曲線上出現(xiàn)最高效率的位置。正因?yàn)檫@樣，對(duì)經(jīng)常處于請(qǐng)?jiān)谶\(yùn)行的電機(jī) ,通常宜選用較大的A 值和較低的 ?B 值 ,以便在請(qǐng)?jiān)跁r(shí)能得到較高的效率。 電機(jī)的冷卻條件對(duì)電磁負(fù)荷的選用也有重要影響。對(duì) 一般小型電機(jī)，通常可高出15～ 20%左右。 電機(jī)所用的材料與絕緣結(jié)構(gòu)的等級(jí)也直接影響電磁負(fù)荷的選擇。所用絕緣結(jié)構(gòu)的耐熱等級(jí)越高，電機(jī)允許的溫升也就越高，電磁負(fù)荷可選高些；導(dǎo)磁材料性能越好，允許選用的磁密也可越高。電樞繞組采用鋁線時(shí)，由于其電阻率較大，為了保證足夠的安放空間以免電損耗過大，往往采用比銅線時(shí)較低的電磁負(fù)荷。 Ａ . ?B 的選擇還和電機(jī)的功率及轉(zhuǎn)速有關(guān)，確切地說是與電樞直徑及轉(zhuǎn)子的圓周速度有關(guān)。圓周速度較高的電機(jī)，其轉(zhuǎn)子與氣隙中冷卻介質(zhì)的相對(duì)速度較大，因而冷卻 條件有所改善， A. ?B 可選大些。電樞直徑越小，所選取的 A 和 ?B 也應(yīng)越小，著主要是空間是否充裕的問題。 電磁負(fù)荷選擇時(shí)要考慮的因素很多，很難單純從理論上來確定。通常主要參考電機(jī)工業(yè)長(zhǎng)期的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并分析對(duì)比所設(shè)計(jì)電機(jī)與已有電機(jī)之間在使用材料．結(jié)構(gòu)．技術(shù)要求等方面的異同后進(jìn)行選取。電機(jī)工業(yè)的發(fā)展歷史表明，隨著材料，特別是電工材料性能．冷卻條件和電機(jī)結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)，電機(jī)的利用系數(shù)和Ａ． ?B 的數(shù) 值一直在逐步提高，從而使電機(jī)的體積和重量不斷減少，而性能指標(biāo)仍能得到保證。 電樞計(jì)算長(zhǎng)度 ?l 的確定 從式??21?? Nem PP，可以得到電樞計(jì)算長(zhǎng)度 ?l 的表達(dá)式為 Nemap nPADBal ?? ?? ?? () 600V 直流機(jī)組電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì) 11 上式中，電磁功率 emP 可根據(jù)給定的額定功 率 NP 按式??21?? Nem PP得到；額定轉(zhuǎn)速 Nn 是技術(shù)條件給定的；電樞外徑是根據(jù)圖 22 選定；電磁負(fù)荷 A. ?B 按圖 23 和 24 選定 。計(jì)算極弧系數(shù) pa? 可根據(jù)圖 25 選取。這樣就可以計(jì)算出電樞計(jì)算長(zhǎng)度 ?l 。 計(jì)算極弧系數(shù) pa? 的值取得大一些對(duì) 縮小電機(jī)的主要尺寸是有利的，但兩極間距離已經(jīng)較短，起 pa? 值應(yīng)較小。對(duì)于同一電樞外徑的電機(jī)，極數(shù)多時(shí)極間距離小， pa? 應(yīng)選得小一些；極數(shù)少時(shí)， pa? 可選大些。 電樞長(zhǎng)度與直徑的比值 主要尺寸比的選擇 在選定 A 和 ?B 后，由式?ABaP nlD pef ??? 即可初步確定電機(jī)的 eflD2 。但 eflD2 相同的電機(jī)，可以設(shè)計(jì)的細(xì)長(zhǎng)，也可以設(shè)計(jì)的粗短。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。 ? 的大小與電機(jī)運(yùn)行性能 .經(jīng)濟(jì)指標(biāo) .工藝行等均有密切關(guān)系，或?qū)λ麄儺a(chǎn)生一定的影響。 若 eflD2 不變而 ? 較大： 電機(jī)將較細(xì)長(zhǎng)，即 efl 較大而 D 較 小。這樣，繞組端部變的較短，端部的用銅（鋁）量減少，當(dāng) ? 仍在正常范圍內(nèi)時(shí)，可提高繞組銅（鋁）的利用率。端蓋 .軸承 .,刷架 .換向器 .和繞組支架等結(jié)構(gòu)不見的尺寸較小 ,重量較輕。因此，單位功率的材料消耗較少 .成本較低。 今電機(jī)的體積未變，因此鐵的重量不變，在同一磁密下基本鐵耗也不變，但附加鐵耗有所降低，機(jī)械損耗則因直徑變小而減少。再考慮到電流密度一定時(shí)，端部銅（鋁）耗將減少，因此，電機(jī)中總損耗下降，效率提高。 有趣繞組端部較短，因此，端部漏抗減少。一般情況下，著將使總漏抗 減少。 有趣電機(jī)細(xì)長(zhǎng)，在采用氣體作為冷切介質(zhì)時(shí)，風(fēng)路加長(zhǎng)，冷切條件變差，從而導(dǎo)致軸向溫度分布不均勻度增大。為此必須 采取措施來加強(qiáng)冷切，例如采用較復(fù)雜的通風(fēng)系統(tǒng)。但在主要依靠機(jī)座表面散熱的封閉式電機(jī)中，熱量主要通過定子鐵心與機(jī)座向外發(fā)散，這時(shí)電機(jī)適當(dāng)做的細(xì)長(zhǎng)些可使貼心與機(jī)座的接觸面積增大，對(duì)散熱有利（對(duì)于無徑向通風(fēng)道的開啟式或防護(hù)式電機(jī)，為了充分發(fā)揮繞組端部的散熱效果，往往將 ? 取得較?。?。 由于電機(jī)細(xì)長(zhǎng)，線圈數(shù)目常較粗短的電機(jī)較少，因而使線圈制造工時(shí)和絕緣材料的600V 直流機(jī)組電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì) 12 消耗 減少。但電機(jī)沖片數(shù)目增多，沖片沖剪和鐵心疊壓的工時(shí)增加，沖模磨損加??；同時(shí)機(jī)座加工工時(shí)增加，并因鐵心直徑較小，下線難度稍大，而可能夠使下線工時(shí)怎國(guó)。此外，為了保證轉(zhuǎn)子有足夠的剛度，必須采用較粗的轉(zhuǎn)軸。 由于電機(jī)細(xì)長(zhǎng)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與圓周速度較小，這對(duì)于轉(zhuǎn)速較高或要求機(jī)電時(shí)間常數(shù)較小的電機(jī)是有利的。 選擇 ? 值時(shí)，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(dòng)慣量等方面的限制或要求。 對(duì)于直流電機(jī)， ? 越大，則電樞越長(zhǎng)，換向器片間電壓和換向元件的電抗電勢(shì)均將增大，使換向條件變差。過大的 ? 還會(huì)導(dǎo)致磁極鐵心的截面形狀變的狹長(zhǎng)，使勵(lì)磁繞組金屬的利用率下降。一般說，小型支流電機(jī)的換向問題不的，本來 ? 可以取大些，但為了在電樞上獲得足夠的槽數(shù)，仍常采用較低的 ? 值。通常小型支流電機(jī)的 ? =~（或），但在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)， ? 值選取往往需要通過若干計(jì)算方案的全面比較分析，才能作出正確判斷。 極數(shù)的選擇 選擇極數(shù)應(yīng)綜合考慮運(yùn)行性能和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。設(shè)計(jì)電機(jī)時(shí)，有時(shí)要選取幾種極數(shù)進(jìn)行方案比較，才能確定合適的極數(shù)。 在電樞外徑．長(zhǎng)度和氣隙磁通密度確定后，沿電樞圓周的總磁通 ?p2 為一定值。增加極數(shù)，可減少每極磁通，電樞軛及機(jī)座的截面可相應(yīng)減少，從而減少電機(jī)的用鐵量；電樞繞組的端接部分將隨極數(shù)增加而縮短，在同樣的電流密度下，繞組用銅量也將減少；換向器上的刷桿數(shù)將隨極數(shù)的增加而 相應(yīng)地增加，每一刷桿上的電樞可以減少，從而換向器長(zhǎng)度可縮短；磁極增多后，電樞電感相應(yīng)減少，這將有利于換向。 同時(shí)，當(dāng)極數(shù)增加，會(huì)使磁極及勵(lì)磁線圈的數(shù)目增多，從而增加了制造工時(shí)；隨著極數(shù)的增加，考慮到極漏磁不能太大，極弧系數(shù) pa 要減少，從而使電機(jī)原材料的利用率變差；磁極增加后，一定要增加換向器的換向片數(shù)，使相鄰換向片間的電壓仍在一定的限額以下，以防止環(huán)火；電樞中磁通的交變頻率將隨極數(shù)的增加而增加，因而齒的鐵損耗隨極數(shù)的增加而增大，而電樞軛的鐵損耗則增加很少，因?yàn)殍F軛的重 量反比于極數(shù)而下降；當(dāng)電流密度不變時(shí)，電樞繞組中的銅耗隨極數(shù)的增加因銅重的減少而降低，但是勵(lì)磁繞組的銅耗因勵(lì)磁線圈數(shù)增多而上升。一般來說，電機(jī)的效率隨極數(shù)的增加而有所下降，一般直流電機(jī)的極數(shù)選擇可以通過極數(shù)與電樞外徑的關(guān)系曲線查得。 600V 直流機(jī)組電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì) 13 磁路計(jì)算 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)零件中發(fā)了磁場(chǎng)。為了簡(jiǎn)化物理圖象及電磁計(jì)算，把電機(jī)中的磁場(chǎng)分為主磁場(chǎng)及漏磁場(chǎng)。磁路計(jì)算的目的在于確定產(chǎn)生主磁場(chǎng)所必需的磁化力或勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)，并進(jìn)而計(jì)算勵(lì)磁電流以及電機(jī)的空在特性。通過磁路計(jì)算還可以校核電機(jī)各部分磁通 密度選擇得是否合適。 磁路計(jì)算所依據(jù)的基本原理 可以把電機(jī)分成若干扇形段，每個(gè)扇形段的磁場(chǎng)分布圖都是相同的。要確定建立磁場(chǎng)所必需的磁化力，只要計(jì)算一個(gè)扇形范圍內(nèi)的磁場(chǎng)能夠就足夠了。根據(jù)全電流定律，磁場(chǎng)沿閉合賄賂的線積分等于該賄賂所包圍的全電流，即 ? ???l idlH () 如果積分路徑沿著磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量取向，則 ? ??l iHdl () 等式左邊為磁場(chǎng)強(qiáng)度 H 在 dl 方向上的線積分；所選擇的閉合回路一般通過磁極的中心線，等式右邊為回路包圍的全電流，即等于每對(duì)極的勵(lì)磁磁勢(shì)。 為了簡(jiǎn)化計(jì)算，通常把電機(jī)各部分的磁場(chǎng)化成等效的各段磁路。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，各該段中磁場(chǎng)強(qiáng)度保持為恒值。因此式中的線積分 ?lHdl可用求和 ?nz xxLH代替式中 xL 為第 x 段磁路的長(zhǎng)度， xH 為第 x 段磁路中的磁場(chǎng)強(qiáng)度。可寫成 02211 FLHLHLH nn ??? ? () 上式左