【正文】 轉(zhuǎn)子兩邊都開槽時，與二者的相對位置有關(guān)。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。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）。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。據(jù)此從圖31中查出的預計值。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)。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。的數(shù)值主要與定子齒及轉(zhuǎn)子齒的飽和程度有關(guān)。當為正弦分布時。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)。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。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）。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。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。表39中記錄了轉(zhuǎn)子繞組的有關(guān)計算結(jié)果。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。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)。轉(zhuǎn)子三相繞組可接成或。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。 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。為了減少附加損耗，和不宜相差太多，一般建議選。 轉(zhuǎn)子繞組與鐵心的設(shè)計 轉(zhuǎn)子槽數(shù)的選擇繞線轉(zhuǎn)子感應電動機的轉(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，無需把附加轉(zhuǎn)矩對起動的影響作為首先和必須考慮的因素。表37記錄了本次電機設(shè)計所選用的開口槽的尺寸。平行槽的槽型尺寸要和扁導線的尺寸及絕緣結(jié)構(gòu)尺寸等結(jié)合起來考慮，不須核算槽滿率。這種槽型的槽壁都是平行的，因此稱平行槽。表36記錄了上述計算結(jié)果。對于功率較大的電機，選用扁導線。一般來說，小型電機的支路數(shù)應少些，以免極間連線太多，而大、中型電機（特別是低壓的）有時為了得到合適的每槽導體數(shù)，常采用較多的支路數(shù)。當較大時，為了避免采用截面太大的導線，一般常把定子每相繞組接成路并聯(lián)，以使每支路的電流減為，或者采用根截面相同的導線并繞(也可以采用幾根截面差別不大的導線并繞），使每根導線所通過的電流減為，或者既采用路并聯(lián)，又采用根并繞。工廠中常用控制A和的乘積（稱為熱負荷）來控制電機的溫升，所以在選擇時要注意到前面所選用的A值。選用較大的值，導體截面減小，可節(jié)省材料、降低成本，但同時卻導致了損耗增大、效率降低，同時電機的溫升增高，壽命和可靠性都降低[16]。表35記錄了上述計算結(jié)果。因此設(shè)計時常常通過改動來取得若干不同設(shè)計方案進行選優(yōu)。從式（33）可以看出，的大小必然影響電機電磁負荷A和的數(shù)值。選定每極每相槽數(shù)和節(jié)距后，可按下列公式求出基波繞組系數(shù)。在正常三相感應電機中，通常選以便削弱磁勢的5次和7次諧波分量。缺點是多用了絕緣材料，嵌線也較為麻煩。雙層疊繞組通常用于功率較大的感應電動機。 定子繞組型式和節(jié)距的選擇三相感應電動機定子繞組的型式很多，常用的有單層同心式、單層鏈式、單層交叉式、雙層疊繞組等。對極數(shù)少、功率大的電機，可取的較大一些；對于極數(shù)多的電機，則取的小些。因此選擇槽數(shù)時應對各方面的因素綜合考慮。槽中線圈邊的總散熱面積增加，有利于散熱。當采用較大的值時：由于定子諧波磁場減小，使附加損耗降低，諧波漏抗減小。 定子繞組與鐵心的設(shè)計 定子槽數(shù)的選擇在極數(shù)、相數(shù)既定的情況下，定子的槽數(shù)決定于每極每相槽數(shù)。對于大、中型電機，2p=2~16，可用下列經(jīng)驗公式求出δ（單位為m）： (36)其中，單位為米。因為機座、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，其值對電機運行性能有很大影響。但是氣隙不能過小，否則除影響機械可靠性外，還會使諧波磁場及諧波漏抗增大，導致起動轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩減小，諧波轉(zhuǎn)矩和附加損耗增加，進而造成較高溫升和較大噪聲。表34中記錄了上述計算結(jié)果。 主要尺寸的確定根據(jù)電機的計算功率和轉(zhuǎn)速n，在充分考慮采用的材料、結(jié)構(gòu)、工藝等因素后，選擇合適的電磁負荷A和值，算出并令它等于V(單位為)。λ的大小會對電機運行性能產(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)子的機械強度；（4）轉(zhuǎn)動慣量等方面的限制和要求。但體積相同的電機，長度可以設(shè)計的不同。隨著材料性能提高、冷卻條件改善、電機結(jié)構(gòu)不斷改進，A、的數(shù)值和電機利用系數(shù)正在逐步提高，從而在保證電機性能的同時，使其體積和重量不斷減小?？偟膩碚f，電磁負荷的選擇要考慮的因素很多，很難單純從理論上來確定。由于勵磁電流標幺值正比于/A，選取較高的或較低的A，勵磁電流將增大，使異步電機的功率因數(shù)降低。因此導致電樞鐵耗增加、效率降低及在冷卻條件不變時溫度將升高。（4）選擇較高的，電機基本鐵耗增加。由于電機的尺寸減小了，若不變，每極磁通將減小，為得到一定的感應電勢，繞組匝數(shù)必將增多。電磁負荷的選擇要考慮的因素很多，應綜合考慮電機技術(shù)和經(jīng)濟指標，其選擇要點如下：（1）當輸出功率一定時提高電磁負荷A和電機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。 在電機中、與等各量一般只在較小的范圍內(nèi)變化，因此對功率和轉(zhuǎn)速一定的電機，其主要尺寸和基本上將由電磁負荷A和值的大小來確定。計算功率： (32)對于中型異步電機滿載電勢標幺值 (33)利用上述公式并假設(shè)表32中的參數(shù)，初步估算電機的體積：表32假設(shè)的各個參數(shù)Kdp1KEαpKNMBδA46000A/m 電磁負荷的選擇本次電機設(shè)計中取=，A=46000A/m。系數(shù)、與的數(shù)值一般變化不大，因此電機的主要尺寸在很大程度上和選用的電磁負荷A、有關(guān)。電磁負荷A和不變時，相同功率的電機，轉(zhuǎn)速較高的，尺寸較??；尺寸相同的電機，轉(zhuǎn)速高的，則功率較大。所以確定主要尺寸是電機的第一步。本文中電機設(shè)計的要求如表31中所示：表31 電機設(shè)計要求PN/kWUN/Vf /HzηN/%cosφN nTmax*Tst*Tst*500kW6000V50Hz% 1480 r/min 主要尺寸與氣隙的確定 主要尺寸和計算功率定子鐵心內(nèi)經(jīng)Di1及有效長度是感應電動機的主要尺寸，主要尺寸確定后，其他尺寸就可以大體確定。第3章 中型高壓異步電動機的電磁設(shè)計 電機設(shè)計要求這一章主要討論中型三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動機電磁計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；工作性能的計算[15]。轉(zhuǎn)子繞組中電動勢和電流的頻率為 (23)異步電機在作電動機額定運行時，值很小，~。轉(zhuǎn)差率為同步轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差對同步轉(zhuǎn)速之比值，以表示，即 (22)當異步電機的負載發(fā)生變化時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差率隨之變化，使得轉(zhuǎn)子導體的電勢、電流和電磁轉(zhuǎn)矩發(fā)生相應的變化，因此異步電機轉(zhuǎn)速隨負載的變化而變動。圖21 繞線式轉(zhuǎn)子電機接線圖當異步電機定子繞組接到三相電源上時，定子繞組中將流過三相對稱電流，氣隙中將建立基波旋轉(zhuǎn)磁動勢，從而產(chǎn)生基波旋轉(zhuǎn)磁場，其同步轉(zhuǎn)速取決于電網(wǎng)頻率和繞組的極對數(shù)，即 (21)這個基波旋轉(zhuǎn)磁場在短路的轉(zhuǎn)子繞組（若是籠型繞組則其本身就是短路的，若是繞線式轉(zhuǎn)子則通過電刷短路）中感應電動勢并在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生相應的電流，該電流與氣隙中的旋轉(zhuǎn)磁場相互作用而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。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。繞線式繞組是與定子繞組相似的對稱三相繞組。改變重要的參數(shù)得到不同的方案，比較這些方案并進行分析，從它們中選出最優(yōu)的設(shè)計方案。電磁計算相當于求解一項比較復雜的數(shù)學計算題[13]，計算機技術(shù)的發(fā)展為電磁計算創(chuàng)造了有利條件，利用計算機編寫程序進行求解是解決這類問題的有效途徑。計算的主要參數(shù)有：定（轉(zhuǎn)）子鐵心尺寸；定（轉(zhuǎn)）子繞組結(jié)構(gòu)；電機的磁路、運行性能和起動性能等。首先應學習電機電磁設(shè)計的基礎(chǔ)知識和設(shè)計方法。感應電機設(shè)計時通常給定下列數(shù)據(jù)：額定功率、額定電壓（線電壓）、功率因數(shù)、額定頻率、額定轉(zhuǎn)速。電機電磁設(shè)計中需要考慮的因素和確定的尺寸、數(shù)據(jù)很多，這就難免會遇到錯綜復雜的矛盾所以設(shè)計過程比較復雜。 電機的電磁設(shè)計任務與過程電機電磁設(shè)計是根據(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、機械可靠性要求等），運用有關(guān)的電磁計算方法進行電機的電磁計算。這種情況下繞線式異步電動機就顯出明顯的優(yōu)勢。 對于大中型電動機帶重載啟動的工況，可采用繞線式異步電動機[9]。YR系列電動機采用雙層短矩波繞組繞線轉(zhuǎn)子，接法均為Y聯(lián)結(jié)。本文中設(shè)計的電機是YR系列繞線式電機。導線中通過電流后會受到電磁力的作用。本文中所研究電機的額定電壓為6000V。中型高壓電動機是指額定電壓在1000V以上，中心高在（355~630）mm，定子鐵心外徑在（500~1000）mm的電動機。Y（IP44）系列的中心高H =（80~280）mm，定子鐵心外徑=（120~445）mm，共11個機座，功率范圍為（~90）kW，電壓380V[3]。中型：中心高H =（355~630）mm，定子鐵心外徑=（500~1000）mm；功率范圍在（45~1250）kW以上，電壓為380 V和3000V和6000V。 電機的分類我國目前生產(chǎn)的三相異步電動機按電機尺寸分成大、中、小型。國外電機設(shè)計理念先進，對于電機采用計算機分析技術(shù)，運用多功能分析軟件，如電磁計算分析軟件、結(jié)構(gòu)仿真分析軟件等，產(chǎn)品綜合設(shè)計水平高。國外的先進水平主要體現(xiàn)在：電機的可靠性高，壽命長，通用化程度高，電機效率不斷提高，噪聲低，重量輕，電機外形美觀，而且也考慮了電機制造成本的降低等要求。 electrical machine design。利用計算機軟件（MATLAB）編寫電機設(shè)計程序進行電機的電磁計算能夠提高工作效率和設(shè)計的精確度。通過電磁計算所得的電機性能指標必須符合設(shè)計要求，否則應對計算過程中的某些參數(shù)進行調(diào)整。計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，為復雜的電磁計算創(chuàng)造了有利條件；計算機輔助工具的應用，給電機設(shè)計和優(yōu)化帶來了新的契機。確定所設(shè)計電機有關(guān)的尺寸和參數(shù)，并核算其電磁性能。因此設(shè)計者必須針對具體的情況采取適合的解決方法，全面地、綜合的看待問題。然后詳細介紹了中型高壓異步電動機的電磁設(shè)計步驟與設(shè)計方法。分析了三相異步電動機的基本工作原理，講述了電機設(shè)計的主要任務和主要過程。并且提出了應用MATLAB軟件進行電機電磁計算過程仿真的優(yōu)勢和方法。密級：內(nèi)部 中型高壓異步電動機設(shè)計及仿真Design and Simulation ofMediumSized High Voltage Induction Motor 學 院： 專 業(yè) 班 級：學 號：學 生 姓 名： 指 導 教 師： 年月IV摘 要對中型高壓異步電動機的電磁設(shè)計方法進行了研究。首先說明了國內(nèi)外電機制造工業(yè)的發(fā)展狀況，電機的分類情況和選用方法，并對中型高壓異步電動機的特點和用途進行了簡單的敘述。為電機設(shè)計做好了必要理論知識的準備。電機設(shè)計中所需要考慮的因素和確定的尺寸、數(shù)據(jù)很多，這就難免會遇到錯綜復雜的矛盾。本階段的任務是根據(jù)設(shè)計要求，手算電機電磁計算程序。最后應用MATLAB軟件進行整個計算過程的仿真。利用計算機編寫電磁計算程序進行電磁計算的求解已經(jīng)成為必然的趨勢。改變某些參數(shù)得到不同的電機設(shè)計方案，通過比較這些方案，確定出最佳的設(shè)計方案。關(guān)鍵詞：中型高壓異步電動機；電機設(shè)計；電磁計算AbstractStudy the electromagnetic design methods of mediumsized high voltage induction motor, and propose advantages and methods of applying MATLAB software in simulation process of electromagnetic calculation.First, state the development of motor manufacturing industry at home and abroad, the classification of