【文章內容簡介】 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矩，并且轉子回路中可以串接外加電阻以增加起動轉矩，因而它與籠型轉子不同，無需把附加轉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。本次電機設計中根選取=4求出=48。 轉子繞組的特點及設計方法中型電機的轉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，并使轉子容易達到機械平衡。轉子槽型則用半閉口槽。因為希望轉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的形狀，最后用并頭套將半繞組元件的“末端”部分聯(lián)接，再經焊接便成。轉子三相繞組可接成或。在合理的開路電壓范圍內一般都接成星型。當轉子槽數和支路數選定后，可以由下式獲得轉子繞組每相串聯(lián)導體數： (318) 其中，為轉子每槽導體數，為轉子繞組相數。有了后，可按 (319)核算空載轉子相電勢，看是否超過常用的電壓范圍。三相轉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 與的關系 于是導體截面積 (321)其中，為轉子繞組的電流密度。表39中記錄了轉子繞組的有關計算結果。表39 轉子繞組的有關計算結果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、端部及部分結構零件中就激發(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）轉子齒(或磁極）；（4）定子軛；（5）轉子軛[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，考慮到因槽口影響使氣隙磁阻增加而引入的系數。氣隙磁密的最大值:： (323)每極磁通可根據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、電樞的計算長度及氣隙系數。一、計算極弧系數的確定計算極弧系數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，氣隙磁場已經不是正弦分布，此時比正弦分布時要大。的數值主要與定子齒及轉子齒的飽和程度有關。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，為轉子齒部磁壓降。圖31給出了感應電機的與的關系曲線，它是根據許多電機的磁場曲線(用作圖法求得）確定的。圖31 感應電機的與的關系曲線在磁路計算開始時，、以及均為未知數。這時可參考類似電機的數據，先假定一個飽和系數的預計值（對一般感應電機）。據此從圖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穿過空氣隙，而且有一小部分從定轉子端面越過（這種現(xiàn)象稱為邊緣效應）。本文中所設計的電機定、轉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，為沿鐵心軸向長度因一個徑向通風道所損失的長度。三、氣隙系數氣隙系數是略大于1的系數，通常把稱為有效氣隙長。 但在的大多數實際情況中，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、轉子兩邊都開槽時，與二者的相對位置有關。當定、轉子槽口的中心線相互對準時，則有（是定子有槽，轉子虛擬為光滑時的氣隙系數；是轉子有槽，定子虛擬為光滑時的氣隙系數）；當轉子槽口與定子齒的中心線對準時。實際上轉子是旋轉的，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。在一個齒距范圍內的主磁通從空氣隙進入鐵心表面后，將幾乎全部從齒內通過。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，；為計算齒寬。二、齒的磁路計算長度對開口槽，??；對半開口槽，取 。表310記錄了上述計算過程中得到的數據。表310 磁路計算的有關數據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，與軛尺寸、極對數及有關。本次電機設計中計算得到：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的實際值尚未算出，因而僅能按經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，N為每相串聯(lián)匝數。本次電機設計中計算得到：F0=，I*m=。 參數計算電阻、電抗是電機的重要參數。電阻的大小不僅影響電機的經濟性，并且與電機的運行性能亦有極密切的關系。例如在設計繞組時，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。感應電機轉子電阻的大小對其轉矩特性影響特別突出。繞組電抗的大小亦對所設計電機的經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、最大和起動轉矩降低。 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；為基準工作溫度時導體的電阻率；為每相串聯(lián)的匝數；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。繞線轉子感應電機的轉子繞組每相電阻可按類似于式(45)的關系式來計算，但系數取等于1，因為在正常運行時，轉子繞組里電流的頻率是很低的，集膚效應可以忽略不計。轉子電阻折算到定子時，按電機學原理，應乘以折算系數如下： (340)其中，、為定子、轉子相數；、為定子、轉子繞組每相串聯(lián)匝數；、為定子、轉子基波繞組系數。本次電機設計中計算得到：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、極數一定的情況下，感應電機的主電抗主要與繞組每相匝數、基波繞組系數、電樞的軸向計算長度及極距與氣隙之比有關。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；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。 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子繞組。表311中記錄了各項漏抗。表311 各項漏抗的計算結果Xs1*Xδ1*XE1*Xs2*Xδ2*XE2* 工作性能的計算在主要尺寸、氣隙以及定轉子繞組和鐵心設計好以后，就要進行工作性能的計算和起動性能的計算，以便與設計要求中的性能指標相比較，在此基礎上對前面的設計進行必要的調整。圖32(a)是較準確的形等效電路，其中參數、和可按有關公式計算得到；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。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據，即額定電流、額定功率因數、額定效率、額定轉差率和最大轉矩倍數。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，定轉子電流的有功分量相等，定轉子電流的有功分量相等[18]，定轉子無功分量的關系如下： (349)其中，為額定負載時轉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，根據磁路計算的結果求出。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。轉子電流無功分量標幺值 (351)其中， 這樣在假設了電機的效率以后，便可以求出,于是