【文章內(nèi)容簡介】 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，無需把附加轉(zhuǎn)矩對起動的影響作為首先和必須考慮的因素。為了減少噪聲和振動，一般應采用整數(shù)槽繞組。為了減少附加損耗，和不宜相差太多，一般建議選。本次電機設(shè)計中根選取=4求出=48。 轉(zhuǎn)子繞組的特點及設(shè)計方法中型電機的轉(zhuǎn)子繞組采用半閉口槽，雙層整距波繞組，以省去線圈極間連線，并使轉(zhuǎn)子容易達到機械平衡。轉(zhuǎn)子槽型則用半閉口槽。因為希望轉(zhuǎn)子繞組電壓不要太高，每個線圈一般做成一匝。這種繞組系由半繞組元件組成，元件采用扁導線彎制，僅一端預先成型；除末端外，導線全長都預先絕緣好，嵌線時由槽的一端穿入，再把這端的端接部分彎成適當?shù)男螤?，最后用并頭套將半繞組元件的“末端”部分聯(lián)接，再經(jīng)焊接便成。轉(zhuǎn)子三相繞組可接成或。在合理的開路電壓范圍內(nèi)一般都接成星型。當轉(zhuǎn)子槽數(shù)和支路數(shù)選定后，可以由下式獲得轉(zhuǎn)子繞組每相串聯(lián)導體數(shù)： (318) 其中，為轉(zhuǎn)子每槽導體數(shù)，為轉(zhuǎn)子繞組相數(shù)。有了后，可按 (319)核算空載轉(zhuǎn)子相電勢，看是否超過常用的電壓范圍。三相轉(zhuǎn)子繞組的相電流可按式 (320)在表38中選擇適合的后進行計算。表38 與的關(guān)系 于是導體截面積 (321)其中，為轉(zhuǎn)子繞組的電流密度。表39中記錄了轉(zhuǎn)子繞組的有關(guān)計算結(jié)果。表39 轉(zhuǎn)子繞組的有關(guān)計算結(jié)果Kdp2Nφ2N2a2Ns2Nc2Nt2J2Ac2E20I21681216 7A/mm2 磁路計算 概述當繞組中通過電流，在電機的有效部分、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算，把電機中的磁場分為主磁場及漏磁場。磁路計算的目的在于確定產(chǎn)生主磁場所必須的磁化力或磁勢，并進而計算勵磁電流以及電機的空載特性。通過磁路計算還可以校核電機各部分磁通密度選擇得是否合適。為了簡化計算，通常把電機各部分的磁場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等于磁場內(nèi)對應點之間的磁壓降，并認為在各段中磁通沿截面均勻分布，各段中磁場強度保持為恒值。各類電機的磁路可分為如下各段：（1）空氣隙；（2）定子齒(或磁極）；（3）轉(zhuǎn)子齒(或磁極）；（4）定子軛；（5）轉(zhuǎn)子軛[17]。每極磁通中，空氣隙的磁壓降通常占較大比例（約60—85%或以上）。 空氣隙磁壓降的計算在電機中，沿電樞圓周方向氣隙磁場不是均勻分布的。為了計算方便，通常是計算最大氣隙磁通密度所在的磁極中心線處的氣隙磁壓降。 (322)其中，為單邊氣隙的徑向長度，為極中心線處的氣隙場強，為氣隙系數(shù)，考慮到因槽口影響使氣隙磁阻增加而引入的系數(shù)。氣隙磁密的最大值:： (323)每極磁通可根據(jù)給定的繞組感應電動勢確定，對于交流電機： (324)在已知每極磁通及幾何尺寸、的情況下，氣隙磁壓降的計算就在于如何確定計算極弧系數(shù)、電樞的計算長度及氣隙系數(shù)。一、計算極弧系數(shù)的確定計算極弧系數(shù)表示氣隙磁密表示氣隙磁密平均值與最大之之比。當為正弦分布時。對于一般感應電機，由于磁路鋼部分的飽和，氣隙磁場已經(jīng)不是正弦分布，此時比正弦分布時要大。的數(shù)值主要與定子齒及轉(zhuǎn)子齒的飽和程度有關(guān)。齒部越飽和，氣隙磁場波形越平，越大。計算時，齒的飽和程度以飽和系數(shù)來標志，它等于 (325)其中，為氣隙磁壓降，為定子齒部磁壓降，為轉(zhuǎn)子齒部磁壓降。圖31給出了感應電機的與的關(guān)系曲線，它是根據(jù)許多電機的磁場曲線(用作圖法求得）確定的。圖31 感應電機的與的關(guān)系曲線在磁路計算開始時，、以及均為未知數(shù)。這時可參考類似電機的數(shù)據(jù)，先假定一個飽和系數(shù)的預計值（對一般感應電機）。據(jù)此從圖31中查出的預計值。然后用式(323)算出值，并算出、及相應的值。若與原來預計的相差較大，則須重新假定并進行計算，直至與接近到相差不超過為止。在圖31中還畫出了的關(guān)系曲線，以便在按式(324)確定每極時查取；當磁路不飽和時，氣隙磁場分布為正弦型，因此；隨著的增大，增大，因此逐漸減小。二、電樞或氣隙的軸向計算長度在用式(37)計算空氣氣隙磁密最大值時，用的是電樞或氣隙軸向計算長度，而不是用鐵心總長度，因為主磁通不僅在鐵心總長的范圍內(nèi)穿過空氣隙，而且有一小部分從定轉(zhuǎn)子端面越過（這種現(xiàn)象稱為邊緣效應）。本文中所設(shè)計的電機定、轉(zhuǎn)子都具有徑向通風道，且相互對齊，則通風道處的磁場分布可以認為等同于氣隙為時的上述情況，此時： (326)于是電樞計算長度可用下式算出： (327)其中，為鐵心中的徑向通風道數(shù)，為沿鐵心軸向長度因一個徑向通風道所損失的長度。三、氣隙系數(shù)氣隙系數(shù)是略大于1的系數(shù)，通常把稱為有效氣隙長。 但在的大多數(shù)實際情況中，工程上采用下列近似公式，已足夠準確。對半閉口槽和半開口槽 (328)對開口槽 (329)本文中所涉及的電機定、轉(zhuǎn)子兩邊都開槽時，與二者的相對位置有關(guān)。當定、轉(zhuǎn)子槽口的中心線相互對準時，則有（是定子有槽，轉(zhuǎn)子虛擬為光滑時的氣隙系數(shù)；是轉(zhuǎn)子有槽，定子虛擬為光滑時的氣隙系數(shù)）；當轉(zhuǎn)子槽口與定子齒的中心線對準時。實際上轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)的，應取這兩種極端情況的平均值，即可取 或 齒部磁壓降的計算每極齒部磁壓降可用下式計算： (330)其中，為齒的磁場強度，對應于齒磁密，可由所用硅鋼片的磁化曲線查得；為齒的磁路計算長度。一、齒磁密的計算，鋼片的飽和程度不高，齒部（鐵磁材料）的磁導率比槽部(非磁性的銅和絕緣）的磁導率大得多，因而齒部磁阻比槽部磁阻小得多。在一個齒距范圍內(nèi)的主磁通從空氣隙進入鐵心表面后，將幾乎全部從齒內(nèi)通過。齒的氣隙磁通： (331)若認為全部進入齒中，則齒中磁密為： (332)其中，為齒的計算截面積。一般來說，的計算公式為 (333)其中，為鐵心長度（不包括通風道）； 為鐵心疊壓系數(shù)，；為計算齒寬。二、齒的磁路計算長度對開口槽，?。粚Π腴_口槽，取 。表310記錄了上述計算過程中得到的數(shù)據(jù)。表310 磁路計算的有關(guān)數(shù)據(jù)KsαpFsKNMΦKδFδFt1Ft2 lt1410Amm 軛部磁壓降的計算軛部磁壓降的計算方法 (334)其中，為軛部計算高度，為軛部軸向長度（不包括徑向通風道）。 (335)其中，為相應于最大切向磁密處的場強，按及材料的磁化曲線查取；為軛部磁壓降校正系數(shù)，與軛尺寸、極對數(shù)及有關(guān)。本次電機設(shè)計中計算得到：Fj1=，F(xiàn)j2=。 勵磁電流和空載特性計算各類電機勵磁電流或空載特性的計算步驟：根據(jù)感應電勢E確定每極氣隙磁通；計算磁路各部分的磁壓降，各部分磁壓降的總和便是每極所需磁勢；計算磁化電流或空載特性。一、感應電勢和氣隙磁通對于異步電機，因為從空載到額定負載，感應電勢變動不大，一般不必求出整條空載特性曲線，而只須求出額定負載和空載狀態(tài)時的勵磁電流。這時須先計算該兩種工作狀態(tài)時的定子感應電勢和。進行磁路計算時，電機額定電流及參數(shù)的實際值尚未算出，因而僅能按經(jīng)驗對每相感應電勢作初步估計：。計算時可忽略,即 (336)二、每極勵磁磁勢對感應電機 (337)三、勵磁電流和空載特性對于多相交流分布繞組，交流磁化電流（有效值） (338)其中，m為相數(shù)，N為每相串聯(lián)匝數(shù)。本次電機設(shè)計中計算得到：F0=，I*m=。 參數(shù)計算電阻、電抗是電機的重要參數(shù)。電阻的大小不僅影響電機的經(jīng)濟性，并且與電機的運行性能亦有極密切的關(guān)系。例如在設(shè)計繞組時，如果選取較高的電流密度，則所用的導體截面就較小，用銅量就較少而電阻就較大。電阻越大，電機運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。感應電機轉(zhuǎn)子電阻的大小對其轉(zhuǎn)矩特性影響特別突出。繞組電抗的大小亦對所設(shè)計電機的經(jīng)濟性及運行性能有很大的影響。一方面漏抗不能過小，否則感應電動機起動時將產(chǎn)生不能允許的電流。另一方面漏抗又不宜過大，否則會引起感應電動機的電壓變化率增大，感應電動機的功率因數(shù)、最大和起動轉(zhuǎn)矩降低。 繞組電阻的計算感應電機定子繞組每相電阻等于 (339)其中，表示由于集膚效應導致的電阻增加系數(shù)；為基準工作溫度時導體的電阻率；為每相串聯(lián)的匝數(shù)；為線圈半匝平均長度；為導體的截面積；為相繞組的并聯(lián)支路數(shù)。繞線轉(zhuǎn)子感應電機的轉(zhuǎn)子繞組每相電阻可按類似于式(45)的關(guān)系式來計算，但系數(shù)取等于1，因為在正常運行時，轉(zhuǎn)子繞組里電流的頻率是很低的，集膚效應可以忽略不計。轉(zhuǎn)子電阻折算到定子時，按電機學原理，應乘以折算系數(shù)如下： (340)其中，、為定子、轉(zhuǎn)子相數(shù)；、為定子、轉(zhuǎn)子繞組每相串聯(lián)匝數(shù)；、為定子、轉(zhuǎn)子基波繞組系數(shù)。本次電機設(shè)計中計算得到：R1=，R2=。 主電抗計算我們把電抗區(qū)分為主電抗和漏電抗。多相交流電機電樞電流產(chǎn)生的氣隙磁場中，有基波磁場，亦有諧波磁場。相應于基波磁場的電抗，屬于主電抗。相應于諧波磁場的電抗，則是整個電機的漏抗的一部分，稱為諧波漏抗。在感應電機中，習慣上稱主電抗為勵磁電抗。在頻率、相數(shù)、極數(shù)一定的情況下，感應電機的主電抗主要與繞組每相匝數(shù)、基波繞組系數(shù)、電樞的軸向計算長度及極距與氣隙之比有關(guān)。主電抗： (341)其中， (342) 漏電抗計算由于繞組電流在電機中不同位置所建立的漏磁場情況、因而其產(chǎn)生的磁鏈情況不同，繞組的漏抗通常分為：（1）槽漏抗，（2）諧波漏抗，（3）齒頂漏抗和（4）端部漏抗等四部分進行計算，然后相加得到總漏抗值。感應電機的氣隙較小，一般不再計算齒頂漏抗。漏抗公式可以用下式來表示： (343) (344)其中，、為槽比漏磁導、諧波比漏磁導、齒頂比漏磁導、端部比漏磁導。一、槽漏抗計算雙層短距繞組的槽漏抗 (345)其中， 為槽口比漏磁導；為安放導體的槽下部的比漏磁導； 為由于短距對槽口比漏磁導的影響引入的節(jié)距漏抗系數(shù)；為由于短距對槽下部比漏磁導的影響引入的節(jié)距漏抗系數(shù)。 諧波漏抗計算 (346) 其中， 三、端部漏抗計算對于雙層疊繞組，端部比漏磁導 (347)對于雙層波繞組，上式中的取2。上列公式亦同樣適用于繞線轉(zhuǎn)子繞組。表311中記錄了各項漏抗。表311 各項漏抗的計算結(jié)果Xs1*Xδ1*XE1*Xs2*Xδ2*XE2* 工作性能的計算在主要尺寸、氣隙以及定轉(zhuǎn)子繞組和鐵心設(shè)計好以后，就要進行工作性能的計算和起動性能的計算，以便與設(shè)計要求中的性能指標相比較，在此基礎(chǔ)上對前面的設(shè)計進行必要的調(diào)整。圖32(a)是較準確的形等效電路，其中參數(shù)、和可按有關(guān)公式計算得到；勵磁電阻是代表定子鐵耗的等效電阻；是代表總機械功率的等效電阻；校正系數(shù)。為了方便分析，將圖32(a)進一步簡化：在勵磁支路中略去勵磁電阻和定子漏阻抗和；近似認為,便有等效電路圖32(b)。相應的電流相量圖也由圖33(a)簡化為33(b)。圖32(b)和33(b)便是我們進行工作性能計算所用的等效電路和相量圖。通常三相感應電動機工作性能的計算只需要計算額定數(shù)據(jù)，即額定電流、額定功率因數(shù)、額定效率、額定轉(zhuǎn)差率和最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)。圖32 異步電動機等效電路圖33 異步電動機等效電流相量圖一、定子電流的計算由圖33b可見： (348)由于作了前面的簡化，定轉(zhuǎn)子電流的有功分量相等，定轉(zhuǎn)子電流的有功分量相等[18]，定轉(zhuǎn)子無功分量的關(guān)系如下： (349)其中，為額定負載時轉(zhuǎn)子電流無功分量的標幺值，又稱滿載電流電抗標幺值；為額定負載時磁化電流的標幺值，根據(jù)磁路計算的結(jié)果求出。定子電流有功分量的標幺值 (350)其中，—電動機額定負載時的效率，正是我們在工作性能中要計算的一個性能指標。在開始計算時，可以先假定一個效率值。轉(zhuǎn)子電流無功分量標幺值 (351)其中， 這樣在假設(shè)了電機的效率以后，便可以求出,于是