【文章內(nèi)容簡介】 面積（鐵心尺寸也可相應(yīng)縮?。?，而且有利于內(nèi)導(dǎo)線的散熱；但是卻給嵌線帶來困難并增加嵌線工時。St太高了在嵌線時極易引起絕緣損傷。所以槽滿率不能太高，一般，控制在7580%左右，機(jī)械化嵌線時St控制在75%以下。電機(jī)氣隙對電機(jī)設(shè)計(jì)的影響通常氣隙選取得盡可能小，以降低空載電流，因?yàn)楦袘?yīng)電動機(jī)的功率因數(shù)主要決定于空載電流。但是氣隙不能過小，否則除影響機(jī)器可靠性外，還會使諧波磁場及諧波電抗增大，導(dǎo)致啟動轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩減小，諧波轉(zhuǎn)矩和附加損耗增加，進(jìn)而造成較高溫升和較大噪聲。 氣隙的數(shù)值基本上決定于定子內(nèi)經(jīng)、軸的直徑和軸承間的轉(zhuǎn)子長度。因?yàn)闄C(jī)座、端蓋、鐵心等在加工和裝配時都有一定偏差；而軸直徑和軸承間距離決定了軸的高度；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。氣隙大小要綜合上述兩個方面，并根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和所設(shè)計(jì)電機(jī)的特點(diǎn)加以確定。對功率較小的電機(jī)，可用這個公式——為定子內(nèi)徑，單位m。 ——鐵心長度，單位m。對于大、中型電機(jī)，2P=2~16，可用下列經(jīng)驗(yàn)公式求式中單位m集膚效應(yīng)對電機(jī)參數(shù)的影響 集膚效應(yīng)又叫趨膚效應(yīng),當(dāng)交變電流通過導(dǎo)體時,電流將集中在導(dǎo)體表面流過,這種現(xiàn)象叫集膚效應(yīng)。是電流或電壓以頻率較高的電子在導(dǎo)體中傳導(dǎo)時,會聚集于總導(dǎo)體表層,而非平均分布于整個導(dǎo)體的截面積中。頻率越高，趨膚效用越顯著。在電機(jī)槽中如放置由整塊導(dǎo)體組成的線棒，當(dāng)導(dǎo)體中通以交流時，由于導(dǎo)體沿槽高上截面各部分的漏磁通匝鏈數(shù)不相同，因此感應(yīng)電勢也不一樣。因此在導(dǎo)體內(nèi)部形成渦流，使得電流在導(dǎo)體截面上的分布不均勻，導(dǎo)體中的電流密度由槽底向槽口逐漸增加，如下圖（a）所示，使導(dǎo)體中的電流趨向表面，這種現(xiàn)象稱之為集膚效應(yīng)。這種效應(yīng)相當(dāng)于導(dǎo)體的有效截面減小了，如下圖圖（c）所示。因之線棒的交流電阻要比直流電阻大。此外，由于這種集膚效應(yīng)作用，導(dǎo)體的槽漏抗變小。實(shí)際計(jì)算中，我們以系數(shù)(稱為費(fèi)立德系數(shù)或電阻增加系數(shù))來計(jì)及電阻的增加，以系數(shù)來計(jì)及電抗的減小。 圖（a）槽內(nèi)導(dǎo)體 圖（b）電流密度分布 圖（c）計(jì)算導(dǎo)體的等效導(dǎo)體導(dǎo)體中形成的渦流將產(chǎn)生附加渦流損耗，導(dǎo)致效率降低、溫升升高。因此在大型交流電機(jī)定子繞組，通常不用尺寸（特別是沿槽高方向的尺寸）較大的單根導(dǎo)體做成的線棒，而用由很多股細(xì)導(dǎo)線組成線棒，使集膚作用只產(chǎn)生在高度比較小的細(xì)導(dǎo)線截面范圍內(nèi)，以降低渦流損耗。飽和對電機(jī)參數(shù)的影響我們在電機(jī)設(shè)計(jì)中均假定鐵心磁導(dǎo)率等于無窮打，即忽略鐵心的磁阻不計(jì)。實(shí)際上，鐵心部分一般總有磁阻，而在正常運(yùn)行或起動時，如果電機(jī)的主磁路漏磁路的某些部分處于某種程度的飽和狀態(tài)，鐵心磁阻更是不可忽略的。如欲精確地計(jì)算電機(jī)的相應(yīng)運(yùn)行性能，則須考慮磁路鐵心部分飽和對參數(shù)的影響。一般說，飽和程度不同，相應(yīng)參數(shù)值也會有所不同。 如果記及實(shí)際上主磁路中鐵心部分（如軛部、齒部及磁極等）的飽和情況，則磁阻相對增加，因此運(yùn)行時感應(yīng)電機(jī)的勵磁電抗、同步電機(jī)的電樞反應(yīng)電抗將比我們電機(jī)設(shè)計(jì)的計(jì)算值減小?？紤]鐵心飽和影響后的感應(yīng)電動機(jī)勵磁電抗可以下面的公式計(jì)算：在感應(yīng)電機(jī)里，為了消弱由齒諧波磁場引起的附加損耗及噪聲，一般龍型轉(zhuǎn)子（國外曾在定子方面）常采用斜槽，即把轉(zhuǎn)子槽相對定子槽沿扭斜一個角度。這樣，定、轉(zhuǎn)子繞組自建的電磁耦合系數(shù)減少了，即是說，由定子電流產(chǎn)生的基波磁場有一部分不與轉(zhuǎn)子導(dǎo)條起耦合作用，反之也是。這相當(dāng)于減少了定、轉(zhuǎn)子間的互感電抗，而增加了定、轉(zhuǎn)子的漏抗。這種使得定、轉(zhuǎn)子間的互感電抗減小的因數(shù)，我們稱之為斜槽系數(shù)，而由斜槽引起的附加漏抗稱為斜槽漏抗。 基本尺寸的確定 首先根據(jù)電機(jī)的額定功率，利用=和=得出計(jì)算功率，然后根據(jù)與n(同步轉(zhuǎn)速)，結(jié)合所設(shè)計(jì)電機(jī)的特點(diǎn)，利用推薦的數(shù)據(jù)或曲線選取電磁負(fù)荷A、代入即可由算得，計(jì)算時，交流電樞若采用單層整距繞組，可預(yù)取=；若為雙層短距繞組，剛可預(yù)取=。，然后參考推薦的數(shù)據(jù)選用適當(dāng)?shù)?，即可由已算得的分別算出主要尺寸D和。對于感應(yīng)動機(jī)和同步電機(jī)，同時還要確定它們的定子外徑。為了充分利用硅鋼片，減少沖模等工藝裝備的規(guī)格與數(shù)量，加強(qiáng)通用性和考慮系列電機(jī)功率等級遞增的需要，我國目前規(guī)定了交流電機(jī)定子鐵心的標(biāo)準(zhǔn)外徑，當(dāng)99cm時,應(yīng)采用扇形片，算得后，需要將其調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)直徑，然后對定子內(nèi)徑和鐵心計(jì)算長度進(jìn)行必要的調(diào)整。熟悉電機(jī)的主要參數(shù)設(shè)計(jì)一臺電機(jī)時，必須確定許多尺寸，但其中起主要與決定作用的是電機(jī)的主要尺寸。電機(jī)的主要尺寸是指電樞鐵心的直徑和長度。對于直流電機(jī)，電樞直徑是指轉(zhuǎn)子外徑；對一般結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電機(jī)和同步電機(jī)，則是定子外徑。電機(jī)在進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換時，無論是從機(jī)械能變成電能，或是從電能變成機(jī)械能，能量都是以電磁能的形式通過定、轉(zhuǎn)子之間的氣隙進(jìn)行傳遞的，與之對應(yīng)的功率稱為電磁功率。因此電機(jī)的主要尺寸應(yīng)與電磁功率有密切關(guān)系，后者可用電機(jī)的計(jì)算功率表示。我們可以從電機(jī)的參數(shù)之間的關(guān)系可以得到下列重要的結(jié)論：（1）電機(jī)的主要尺寸由計(jì)算功率和轉(zhuǎn)速n之比或計(jì)算轉(zhuǎn)矩 所決定。因此在其他條件相同時，計(jì)算轉(zhuǎn)矩相近的電機(jī)所耗用的有效材料也相近；功率較大、轉(zhuǎn)速較高的電機(jī)有可能和功率較小、轉(zhuǎn)速較低的電機(jī)體積接近，從而二者可能采用相同的電樞直徑及某些其他尺寸，并通用機(jī)座、端蓋等零部件。（2）電磁負(fù)荷A和，不變時，相同功率的電機(jī)，轉(zhuǎn)速較高的，尺寸較?。怀叽缦嗤碾姍C(jī)，轉(zhuǎn)速較高的，則功率較大。這表明提高電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以減小電機(jī)的體積和重量。但需指出，這種關(guān)系僅在一定的范圍內(nèi)才正確。因轉(zhuǎn)速增高時，機(jī)械損耗隨之增加，直流電機(jī)中，鐵耗也將增加，于是電磁負(fù)荷只好降低。轉(zhuǎn)速增高還會引起轉(zhuǎn)動零部件所受的機(jī)械應(yīng)力增加，這也會導(dǎo)致這種反比關(guān)系的破壞。（3）轉(zhuǎn)速一定時若直徑不變而采用不同長度，則可得到不同功率的電機(jī)。電機(jī)負(fù)荷的選擇：由于正常電機(jī)中系數(shù) 、與實(shí)際上變化不大，因此在計(jì)算功率與轉(zhuǎn)速n一定時，電機(jī)的主要尺寸決定于電磁負(fù)荷A、 。電磁負(fù)荷越高，電機(jī)的尺寸將越小，重量就越輕，成本就越低。這就是在可能情況下，一般總希望選取較高的A和值的原因。但電磁負(fù)荷值的選取與許多因素有關(guān)，不但影響電機(jī)有效材料的耗用量，而且對電機(jī)的參數(shù)、起動和運(yùn)行性能、可靠性等都有重要的影響。電機(jī)設(shè)計(jì)的磁路計(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)零件中就激發(fā)了磁場。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。磁路計(jì)算的目的在于確定產(chǎn)生主磁場所必需的磁化能力或勵磁磁動勢,并進(jìn)而計(jì)算勵磁電流以及電機(jī)的空載特性。通過磁路計(jì)算還可以校核電機(jī)各部分磁通密度選擇是否合適。磁路計(jì)算所依據(jù)的基本原理是全電流定律，磁場強(qiáng)度沿閉合回路的線積分等于該回路所包圍的全電流，即。如果積分路徑沿著磁場強(qiáng)度矢量方向（即沿著磁力線），則。電機(jī)參數(shù)的計(jì)算電阻、電抗是電機(jī)的重要參數(shù)。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)行性能亦有及密切的關(guān)系。例如在設(shè)計(jì)繞組時，如果選取較高的電流密度，則所用的導(dǎo)體截面就較小，用銅量就較少而電阻就較大。電阻越大，電機(jī)運(yùn)行時繞組中的電損耗就較大，繞組中的瞬變電流增長或衰減速度則較快。感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻的大小對其轉(zhuǎn)矩特性性能影響特別突出。繞組電抗的大小亦對所設(shè)計(jì)的電機(jī)的經(jīng)濟(jì)性及運(yùn)行性能有很大的影響。一方面漏抗不能過小，否則同步發(fā)電機(jī)短路時或感應(yīng)電動機(jī)起動時將產(chǎn)生不能允許的電流，另一方面漏抗又不能過大，否則會引起同步發(fā)電機(jī)的電壓變化率增大，感應(yīng)電動機(jī)的功率因數(shù)、最大和起動轉(zhuǎn)矩降低，直流電機(jī)的換向條件惡化等。此外，在同步電機(jī)里，瞬間電抗也與漏抗的大小密切相關(guān)，而瞬變電抗對電機(jī)的動態(tài)特性有很大的影響。因此正確選定及計(jì)算這些參數(shù)是極重要的。關(guān)于電機(jī)參數(shù)的計(jì)算有：（1）繞組電阻的計(jì)算（2）繞組電抗的計(jì)算（3）主電抗的計(jì)算（4）漏電抗的計(jì)算等等電機(jī)的損耗與效率的計(jì)算效率時電機(jī)的一個重要性能指標(biāo)，它的高低取決于運(yùn)行時電機(jī)中所產(chǎn)生的損耗，損耗越大，效率越低。損耗的大小與所選擇的電磁負(fù)荷有很大的關(guān)系。為了降低損耗，就得選取較低的電磁負(fù)荷以及電流密度等，但這樣會增加電機(jī)的尺寸及材料的耗用量。此外，損耗的大小與材料的性能、繞組型式、電機(jī)的結(jié)構(gòu)等等有密切的關(guān)系?？梢灾赋觯M(jìn)來國外為了節(jié)約能源，設(shè)計(jì)時有降低損耗而多用材料的趨勢。電機(jī)的損耗一般可分為下列各類：（1）定子和轉(zhuǎn)子鐵心的基本鐵耗，它主要是主磁場在鐵心中發(fā)生變化時產(chǎn)生的。（2）空載時鐵心的附加損耗，它主要指定子和轉(zhuǎn)子開槽而引起的氣隙磁導(dǎo)諧波磁場在對方鐵心表面產(chǎn)生的表面損耗和因開槽而使對方齒中磁通因電機(jī)旋轉(zhuǎn)而變化所產(chǎn)生的脈振損耗。（3）電氣損耗，它指工作電流在繞組銅中產(chǎn)生的損耗，也包括電刷在換向器或集電環(huán)上的接觸損耗。（4）負(fù)載的附加損耗，這是由于定子和轉(zhuǎn)子的工作電流所產(chǎn)生的漏磁場在定、轉(zhuǎn)子繞組里和鐵心及結(jié)構(gòu)件里引起的各種損耗。（5）機(jī)械損耗，它包括通風(fēng)損耗、軸承摩擦損耗和電刷與換向器或集電環(huán)的摩擦損耗。以上（1）（2）（5）項(xiàng)稱為空載損耗，因?yàn)樗鼈兛稍诳蛰d試驗(yàn)中測得。對于大多數(shù)運(yùn)行時電樞端電壓固定或轉(zhuǎn)速變化率不大的電機(jī)，這些損耗從空載到額定負(fù)載變動很小。其余兩項(xiàng)是在負(fù)載情況下產(chǎn)生的，所以稱為負(fù)載損耗。在同步電機(jī)里，這些損耗可由短路試驗(yàn)測得，故又稱短路損耗。電機(jī)的溫升計(jì)算電機(jī)運(yùn)行時要產(chǎn)生損耗，這些損耗都轉(zhuǎn)變成熱能，使得電機(jī)的各部分溫度升高。電機(jī)某部件的溫度與周圍介質(zhì)溫度之差，就叫做該部件的溫升。電機(jī)不是一個均質(zhì)物體，其中的發(fā)熱與散熱過程比較復(fù)雜，但在研究電機(jī)這些過程時，我們往往假定它是一個均質(zhì)物體，從這里得出一些主要的概念和規(guī)律。根據(jù)對均質(zhì)物體發(fā)熱過程的分析，得知其溫升隨時間的變化是指數(shù)曲線關(guān)系如下圖所示，起始是物體的溫度與周圍的溫度相同，這是物體產(chǎn)生的損耗全部用來提高物體的溫度，因此起始物體的溫度升高很快。隨著物體溫度的增加，它與周圍介質(zhì)的溫差增大，散發(fā)到周圍介質(zhì)中去的熱量也逐漸增加。理論上當(dāng)時間t=∞時，物體才達(dá)到最終穩(wěn)定溫升，這時物體所產(chǎn)生的全部熱量都散發(fā)到周圍介質(zhì)中去，物體本身的溫度不再增加了。當(dāng)電機(jī)在一定的容量下正常運(yùn)行時，它的溫升也是一定。因此只有規(guī)定了電機(jī)的溫升。才使電機(jī)的容量具有確切的意義。溫升計(jì)算的目的一般是核算電機(jī)中幾個發(fā)熱部件在額定運(yùn)行時溫升是否超過允許的極限值。電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和機(jī)械計(jì)算結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和機(jī)械計(jì)算是電機(jī)設(shè)計(jì)的一個組成部分，它主要是電磁設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行的。其目的是解決機(jī)械部分的設(shè)計(jì)問題對它的要求是從結(jié)構(gòu)上來保證電機(jī)性能、制造時的經(jīng)濟(jì)合理和運(yùn)行可靠等。此次設(shè)計(jì)沒有進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，所以在此對它只作簡單的介紹。影響電機(jī)總體結(jié)構(gòu)的因素很多，例如電機(jī)的類別、運(yùn)行條件、原動機(jī)或被傳動機(jī)械的種類及傳動方式、電機(jī)的容量與轉(zhuǎn)速、冷卻方式、防護(hù)型式、軸承型式和數(shù)目、安裝方式等等。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容和原則大致內(nèi)容：（1）確定電機(jī)的總體結(jié)構(gòu)型式，包括防護(hù)型式、軸承型式和數(shù)目、軸伸型式、 安裝方式、通風(fēng)系統(tǒng)等。（2）確定零部件的結(jié)構(gòu)型式、材料、形狀、尺寸、加工精度、形位誤差、表面 粗糙度和技術(shù)要求等。（3）確定某些零部件（例如轉(zhuǎn)子鐵心與軸，機(jī)座與端蓋）之間的機(jī)械連接方法、 配合種類等等。（4）核算零部件的機(jī)械性能。 考慮下列原則：（1）應(yīng)保證電機(jī)在規(guī)定期限內(nèi)能安全可靠的運(yùn)行。（2）所用的結(jié)構(gòu)型式一般應(yīng)符合有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，并滿足使用部門及環(huán)境保護(hù)方面所提出的要求。（3）要盡量使零部件符合“標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化”的要求，盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)件和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的材料，注意零部件的通用。（4）應(yīng)具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性。（5）應(yīng)考慮電機(jī)的裝拆和維修方便，并注意運(yùn)輸條件與使用單位的技術(shù)條件。（6）應(yīng)適當(dāng)注意電機(jī)的外形美觀。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和機(jī)械計(jì)算是電機(jī)設(shè)計(jì)的一個組成部分，它主要是電磁設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行的。其目的是解決機(jī)械部分的設(shè)計(jì)問題對它的要求是從結(jié)構(gòu)上來保證電機(jī)性能、制造時的經(jīng)濟(jì)合理和運(yùn)行可靠等。此次設(shè)計(jì)沒有進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，所以在此對它只作簡單的介紹。影響電機(jī)總體結(jié)構(gòu)的因素很多，例如電機(jī)的類別、運(yùn)行條件、原動機(jī)或被傳動機(jī)械的種類及傳動方式、電機(jī)的容量與轉(zhuǎn)速、冷卻方式、防護(hù)型式、軸承型式和數(shù)目、安裝方式等等。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容和原則大致內(nèi)容：（1）確定電機(jī)的總體結(jié)構(gòu)型式，包括防護(hù)型式、軸承型式和數(shù)目、軸伸型式、安裝方式、通風(fēng)系統(tǒng)等。（2）確定零部件的結(jié)構(gòu)型式、材料、形狀、尺寸、加工精度、形位誤差、表面粗糙度和技術(shù)要求等。（3）確定某些零部件（例如轉(zhuǎn)子鐵心與軸，機(jī)座與端蓋）之間的機(jī)械連接方法、配合種類等等。（4）核算零部件的機(jī)械性能?？紤]下列原則：（1）應(yīng)保證電機(jī)在規(guī)定期限內(nèi)能安全可靠的運(yùn)行。（2）所用的結(jié)構(gòu)型式一般應(yīng)符合有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，并滿足使用部門及環(huán)境保護(hù)方面所提出的要求。（3）要盡量使零部件符合“標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化”的要求，盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)件和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的材料，注意零部件的通用。（4）應(yīng)具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性。（5）應(yīng)考慮電機(jī)的裝拆和維修方便，并注意運(yùn)輸條件與使用單位的技術(shù)條件。（6）應(yīng)適當(dāng)注意電機(jī)的外形美觀。第四章 電磁設(shè)計(jì)方案計(jì)算本電磁設(shè)計(jì)的內(nèi)容是完成30kw4極三相同步電機(jī)三個方案的設(shè)計(jì)。 計(jì)算思路一、基本數(shù)據(jù)的計(jì)算和確定：根據(jù)設(shè)計(jì)電機(jī)的基本要求和定轉(zhuǎn)子數(shù)據(jù)及相應(yīng)給定的數(shù)據(jù) 1. 完成主要規(guī)格中功率、功率因數(shù)、相數(shù)、頻率、容量、額定線電壓、額定相電壓、額定相電流、額定轉(zhuǎn)速、飛逸轉(zhuǎn)速倍數(shù)和極數(shù)的計(jì)算。2. 完成主要尺寸中定子外徑、電樞氣隙處直徑、極距、氣隙大小、最大氣隙、磁極在氣隙處直徑、磁軛外徑、磁軛內(nèi)徑和周邊速度的計(jì)算。3. 完成磁場波形中氣隙極距比、氣隙比值、極抱百分值、磁極抱角、等效極弧系數(shù)、波形系數(shù)、磁極偏心距和偏心半徑的計(jì)算。4. 完成電樞槽數(shù)、電樞拼片條件和每極每相槽數(shù)的計(jì)算 。 二、確定定子繞組（一）根據(jù)每槽有效面積和槽滿率計(jì)算每槽有效面積Ad（其中Fk=）（二）由 得 根據(jù)上式選取A的值（三）由式線負(fù)荷A1求每相串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)Z（四）計(jì)算每槽導(dǎo)體數(shù)（對計(jì)算的數(shù)據(jù)進(jìn)行取整）（五）根據(jù)電