【正文】 1) 每相串聯(lián)導體數(shù)，每槽導體數(shù)的計算每相串聯(lián)導體數(shù)： (312)在確定電機的定子內(nèi)徑后，從上式可以求出定子繞組的每相串聯(lián)導體數(shù)。當電機的主要尺寸確定后，A的乘積就確定了，因此如果減小，A值就降低而值就增大，這一般地使功率因數(shù)降低，最大轉矩、起動轉矩和起動電流倍數(shù)都有所增加。如果定子繞組采用的并聯(lián)支路數(shù)為，則每槽導體數(shù)為 (313)對雙層繞組，應取偶數(shù)，此時每個線圈匝數(shù)：最后可算出定子繞組每相串聯(lián)匝數(shù)： (314)上面計算出的是初步數(shù)據(jù)，待磁路、參數(shù)、性能計算后，如必要還須進一步調(diào)整。表35定子繞組參數(shù)計算結果Kdp1Nφ1N1a1Ns1Nc13201601168 電流密度的選擇及線規(guī)、并繞根數(shù)和并聯(lián)支路數(shù)的確定電流密度的選擇對電機的性能及成本影響很大，所以必須全面考慮電機的具體情況：效率、制造成本、使用壽命、散熱條件、絕緣等級、導線材料等。對于中型電機，可以在范圍內(nèi)選用。選定后，便可按下式估算導線截面積 (315)其中，為定子繞組額定相電流，為導線并繞根數(shù)，為定子繞組并聯(lián)支路數(shù)。選擇時主要根據(jù)工藝條件考慮。雙層整數(shù)槽繞組所能使用的并聯(lián)支路數(shù)的條件為等于整數(shù)，因此最多為；單層繞組當為偶數(shù)時，并聯(lián)支路數(shù)最多為，當為奇數(shù)時，并聯(lián)支路數(shù)最多為。這時應注意：（1）~，并要與電機的槽口、槽寬和槽高尺寸相適應；（2）每根導線的截面最好小于15，導線截面太大會引起較大的渦流損耗，并在制造線圈時，較難于脹形及整形。表36 定子繞線線規(guī)數(shù)據(jù)計算結果Nt1J1Ac1b1a13 5A/mm2 定子沖片的設計中型高壓（3000V及以上）電機則采用開口槽，這是因為線圈的主絕緣需要在下線以前包扎好并進行浸烘處理。開口槽增大了氣隙磁場中的磁導齒諧波分量，為了避免因此引起較大的空載附加損耗，可采用磁性槽楔，但此時槽漏抗將增大。為使齒部磁密在正常的范圍內(nèi)，定子槽寬和齒距有下列關系 (316)槽高和槽寬的比例也要適當，以保證合理的槽漏抗，通常 (317)最后要校驗齒部最小截面處的磁密。表37 定子開口槽尺寸bsb01hs0hs1hs2α130176。為了減少噪聲和振動，一般應采用整數(shù)槽繞組。本次電機設計中根選取=4求出=48。轉子槽型則用半閉口槽。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。在合理的開路電壓范圍內(nèi)一般都接成星型。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。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 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。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。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。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]。 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。 (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)。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。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。齒部越飽和，氣隙磁場波形越平，越大。圖31給出了感應電機的與的關系曲線，它是根據(jù)許多電機的磁場曲線(用作圖法求得）確定的。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）。然后用式(323)算出值，并算出、及相應的值。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?。划敶怕凡伙柡蜁r，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。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(shù)，為沿鐵心軸向長度因一個徑向通風道所損失的長度。 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。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(shù)；是轉子有槽，定子虛擬為光滑時的氣隙系數(shù)）；當轉子槽口與定子齒的中心線對準時。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。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。二、齒的磁路計算長度對開口槽，?。粚Π腴_口槽，取 。表310 磁路計算的有關數(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）。本次電機設計中計算得到：Fj1=，F(xiàn)j2=。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。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：。本次電機設計中計算得到：F0=，I*m=。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系。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。繞組電抗的大小亦對所設計電機的經(jīng)濟性及運行性能有很大的影響。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)、最大和起動轉矩降低。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(shù)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。本次電機設計中計算得到：R1=，R2=。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。感應電機的氣隙較小，一般不再計算齒頂漏抗。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)。上列公式亦同樣適用于繞線轉子繞組。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(diào)整。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)。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。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(jù)磁路計算的結果求出。在開始計算時，可以先假定一個效率值。若功率因數(shù)太低，不能滿足技術條件中規(guī)定的指標，應設法降低（縮小定子轉子槽面積，降低各部分磁密；減小氣隙；增加每槽導體數(shù)；增大，放長）或降低（增大定轉子槽寬、減小槽高以降低）,使它們的和降低。負載時附加損耗計算比較困難，我國有關生產(chǎn)和科研部門對大量不同型號和規(guī)格的感應電機進行了負載附加損耗的測定，得到統(tǒng)計的結果，規(guī)定在無實測值做參考時，對銅條轉子[19]。四、額定轉差率的計算感應電機的轉差率是轉子銅（鋁）耗與電磁功率之比，寫成標幺值便有 (356)生產(chǎn)實踐中往往在式（366）的分母中加上鐵心中的附加損耗（空載附加損耗）一項，其大小等于全部鐵損耗減去定子齒部和軛部的基本損耗，叫做旋轉鐵耗，是指由于定轉子都有齒和槽的存在，當電機旋轉時便產(chǎn)生脈振損耗和表面損耗。五、最大轉矩倍數(shù) (357)就一般中型感應電機而言，比大得多，而的變化不大，因而影響最大轉矩倍數(shù)的主要因素是漏抗,設計中常對電磁負荷和（正比于/）以及槽型作適當?shù)恼{(diào)整以符合設計要求中提出的最大轉矩倍數(shù)指標。我國國家標準對各種類型異步電動機的起動性能都有具體規(guī)定。起動轉矩：起動時轉差率。這就是說，對于繞線式異步電動機，當轉子回路串入啟動電阻，且滿足時，起動轉矩就等于最大電磁轉矩。起動電流：當異步電機直接投入電網(wǎng)起動時，在t=0時刻 n=0，s=1。 (359)第4章 用MATLAB進行電機設計仿真 計算機技術在電機設計中的應用與發(fā)展在電機設計中應用電子計算機是從50年代開始的，至今仍在進行廣泛的研究和探索。“設計分析”程序是按設計人員事先估計好的若干設計參量，依一定程序步驟來計算產(chǎn)品的性能，相當于通常的設計核算。但設計分析程序仍是十分重要的，它是設計綜合和設計優(yōu)化的基礎。它與“設計分析”的區(qū)別主要是：它可在規(guī)定的產(chǎn)品性能和技術條件下，自動選擇適當?shù)募夹g參數(shù)和結構尺寸，從而得出可行的設計方案。在使用設計分析程序時，設計人員必須花一定時間去分析各個方案的計算結果，然后人為地調(diào)整某些設計數(shù)據(jù)，為下一次計算做準備，經(jīng)過多次反復后才能得到滿意的設計方案。要得到一個較典型的、通用性較強的設計綜合程序并不是輕而易舉的，因此從60年代就已開始發(fā)展的這類程序，至今仍在不斷完善之中。這是近10年來才開始在實際問題中應用且仍在進行多方面探索的一種程序。 應用電子計算機設計電機大致可分為以下幾個步驟：選定目標、數(shù)學描述、數(shù)值處理、編制程序、整理輸入數(shù)據(jù)、校驗程序和輸出結果分析。對于綜合設計程序則必須確定以哪些參數(shù)作為主要變量，其變化范圍以及性能的合格標準和容差。為了使一個多重循環(huán)的程序更為合適、簡練，在編制程序時不僅需要慎重考慮設計的邏輯性，而且應比較準確地確定疊代初值（即假定的初值）、疊代方法（即恰當?shù)卮_定假定值的再設值）以及疊代的收斂條件（即提出合理的設計精度等）。 應用MATLAB在電機設計中的優(yōu)勢MATLAB是新一代的科學與工程計算軟件，已經(jīng)成為全球應用最廣泛最流行的軟件之一。MATLAB不僅具有傳統(tǒng)的交互編程功能，而且提供了豐富可靠的矩陣運算、圖形繪制、數(shù)據(jù)處理、信號與圖象處理等工具，其功能也越來越強大[23]。通過電磁計算所得的電機性能指標必須符合國家標準或設計任務書的要求，否則應進行調(diào)整。電磁計算相當于求解一項比較復雜的數(shù)學計算題，隨著計算機技術的發(fā)展，為電磁計算創(chuàng)造了有利條件，利用計算機并應用數(shù)值方法進行求解是解決這類問題的有效途徑。從異步電機電磁設計的手算程序轉變?yōu)橛嬎銠C軟件設計，使用Windows平臺下的MATLAB進行電機設計軟件的開發(fā)，該軟件具有友好的工作平臺和編程環(huán)境、簡單易用的程序語言、強大的科學計算機數(shù)據(jù)處理能力、出色的圖形處理功能、應用廣泛的模塊集合工具箱、實用的程序接口和布平臺、友好的人機界面等優(yōu)點，簡單易用，功能強大，方便運算和程序操作，設計出的操作界面清晰明了，便于人機交流，并且使用了數(shù)據(jù)的存儲管理上較為先進的數(shù)據(jù)庫技術，可以方便存儲和讀取數(shù)據(jù)，加強了數(shù)據(jù)管理的結構化和安全性，也可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢的功能，極大地方便了用戶，提高了工作效率和設計的精確度，從而為保證產(chǎn)品質量提供了有利條件。 用CAD軟件繪制電機的定、轉子沖片圖圖42中畫出了本次電機設計的定、轉子沖片圖，供參考：圖42 定、轉子沖片 MATLAB程序中的查表程序示例在使用MATLAB軟件進行電機電