電機設計參數(shù)計算

1、第四章 參數(shù)計算 直流電阻 電 阻 交流電阻參數(shù) 異步機：勵磁電抗 主電抗 電 抗 同步機：電樞反應電抗 槽漏抗 諧波漏抗漏電抗 端部漏抗 齒頂漏抗影響：對經(jīng)濟性能和運行性能有很大影響 異步機：同步機：直流機：電抗電勢，換向條件差點§4-1 繞組電阻的計算 直流機： 定子繞組： 繞線式轉(zhuǎn)子： 電阻 異步機 鼠籠式轉(zhuǎn)子： 同步機： 直流電阻：gb755-81規(guī)定：要換算到相應絕緣等級的基準工作溫度。 a、e、b： f、h： 交流電阻：繞組通以交流時，由于集膚效應，電阻值較通直流時增大。一、 直流電機適用于：電樞電阻、勵磁繞組、換向極繞組、補償繞組二、 感應電機1、 感應電機定子繞組每相

2、電阻2、 感應電機轉(zhuǎn)子繞組每相電阻 繞線式轉(zhuǎn)子： 鼠籠繞組特點：）是多相繞組，相數(shù)等于轉(zhuǎn)子槽數(shù)； ）鼠籠轉(zhuǎn)子的電阻包括兩部分：導條電阻和端環(huán)電阻。由于導條中電流與端環(huán)電流是不一樣的，因此這兩部分不能簡單相加，而須將端環(huán)電阻折合到導條邊，再由導條邊折合到定子邊。 折合 折合端環(huán)電阻 導條 定子）端環(huán)電阻 導條端環(huán)電阻： 導條電阻： 端環(huán)折合到導條中的折合原則：折合前后電損耗不變。 如何求的關(guān)系： 每相鄰導條電流之間相位差等于槽距電角 相鄰兩段端環(huán)的電流相位差也等于導條電流等于相鄰兩端環(huán)電流之差（ 很?。┦蠡\式轉(zhuǎn)子電阻）轉(zhuǎn)子電阻折合到定子邊三、 同步電機與異步機定子繞組計算方法一樣。§4

3、-2 繞組電抗的一般計算方法 在分析交流電機的運行原理時，大多數(shù)可把它們看作為等效的雙繞組變壓器，這樣可以利用與雙繞組變壓器類似的等效電路來計算交流電機的運行性能。1、2、交流電機中： 主電抗 槽漏抗 電 抗 齒頂漏抗 漏電抗 端部漏抗 諧波漏抗3、電抗的一般計算方法（磁鏈法、能量法） 磁鏈法： §4-3 主電抗計算一、 主電抗多相交流電機電樞電流產(chǎn)生的氣隙磁場中，相應于基波磁場對應的電抗叫主電抗。在異步機中稱勵磁電抗，同步機中為電樞反應電抗。二、 異步電機勵磁電抗的計算方法1、 假設： 電樞槽部導體中電流集中在槽中心線上； 鐵磁物質(zhì)磁導率； 槽開中的影響以氣隙系數(shù)計及。2、 計算步

4、驟： 電樞相電流的幅值 每極電樞基波磁勢幅值 由定子額定電流建立的氣隙基波徑向磁密幅值 正弦 有效匝數(shù) 由定子額定電流產(chǎn)生的基波磁勢、基波磁通及所感生電勢（假想） 額定電壓、在定子繞組中感應電勢時所需基波磁通、相應的氣隙磁勢。 說明：在 一定時， 與 成正比 而 大，說明繞組匝數(shù)多； （）小，小，感應一定電勢所需匝數(shù)多。不同條件下，隨的變化曲線a) b) c) 三、 同步電機電樞反應電抗1、 凸極同步電機的電樞反應電抗采用雙反應理論，把主電抗分成直軸電樞反應電抗與交軸電樞反應電抗。2、 直、交軸電樞反應電抗的標么值 根據(jù)前面推導：3、 隱極同步電機電樞反應電抗§4-4 漏電抗計算漏電

5、抗：槽漏抗、諧波漏抗、齒頂漏抗、端部漏抗一、 槽漏抗的計算（一） 單層整距繞組的槽漏抗4、 假設： 電流在導體截面上均勻分布； 鐵磁物質(zhì)磁導率； 槽內(nèi)磁力線與槽底平行。2、矩形開口槽單層整距繞組的槽漏抗3、其它槽形亦可采取同樣的推導方法，抗前面都與槽形尺寸無關(guān)。因此，只需求出不同槽形比漏磁導，則可求出不同槽形的槽漏抗。不同槽的磁導可推出：槽口部分（）槽高部分（）單層整距繞組槽漏電抗：矩形槽：槽寬：槽口高：槽底高：每槽導體數(shù)：每相串聯(lián)導體數(shù)：一 一個槽總的磁鏈： 一個槽漏電感系數(shù)：槽漏抗： 一相槽漏抗： 每相 a個支路 槽數(shù) 并聯(lián) 單層和單籠繞組及其槽形尺寸（二） 雙層整距繞組的槽漏抗雙層整距，

6、各槽中上、下層屬于同一相的，電流大小相位完全一樣。從建立槽漏磁場情況看，它和單層沒有什么區(qū)別。從前面的推導可看出，只要把不同部分的比漏磁導求出，則它的漏抗即可求出了。上層線圈邊的自感比漏磁導下層線圈邊的自感比漏磁導上下層線圈邊的互感比漏磁導 每相： 一個槽： 關(guān)鍵就是求、 ： 對比前面推導可看出，在槽口是上層導體中電流產(chǎn)生的漏磁通，且與上層的全部導體相鏈，這部分比磁導為。上層導體處它只是由上層導體中一部分電流產(chǎn)生的漏磁通且只與上層一部分導體相交鏈，這部分比磁導為。雙層繞組及其槽形尺寸 ：根據(jù)同樣道理： ：）由下層電流在上層處產(chǎn)生的磁通：這磁通只與上層線圈邊的導體數(shù)為交鏈在范圍內(nèi)所有磁通對上層邊

7、的磁鏈為：）下層線圈邊的電流在范圍內(nèi)產(chǎn)生的磁通對上層邊的磁鏈為： 一般： 由此可知：對于雙層整距繞組，由于其各槽上、下線圈邊中的電流屬于同一相，槽比漏磁導仍可用單層繞組的算式，只要將中的用上下層線圈邊（包括層間絕緣）在槽中總高度代替即可。（三） 雙層短距繞組的槽漏抗交流電機中，常采用雙層短距繞組，可知槽中電流不屬于同一相，同一槽中電流不屬于同一相，其合成電流，x。 每極每相槽數(shù)： 繞組節(jié)距比： 在每極下總槽數(shù)： 線圈短距后節(jié)距： 被短距的槽數(shù)中即每相中：上下層線圈電流不屬于同一相的槽數(shù)： 上下層線圈電流屬于同一相的槽數(shù)： 例如圖： ，不屬于同一相=2， 屬于同一相=1。每相槽漏電感：根據(jù)前面推

8、導、，假定，則說明：1、 意義：由于雙層短距繞組在有些槽中上、下層線圈邊電流不同相，使產(chǎn)生漏磁的磁勢減小，引起槽漏抗減小。為計算方便，把槽漏抗減少，歸結(jié)為槽單位比漏磁導乘上系數(shù)，表示由于短距使無導體部分比漏磁導減少的系數(shù)，它與有關(guān)；表示由于短距使有導體部分比漏磁導減少系數(shù)；、分別表示無導體和有導體部分比漏磁導，它與槽形有關(guān)。2、 、的求法：） ）查曲線 簡化公式計算： 當時，可近似認為是雙層整距的系數(shù)； 二、 諧波漏抗計算1、 諧波漏抗：簡單說：諧波磁場所感應的基波電勢看作漏抗壓降，相應的電抗稱諧波電抗。由于這些諧波磁場等于電樞電流所產(chǎn)生的氣隙總磁場與基波磁場之差，故把諧波磁場稱之為差漏抗。2

9、、 為什么要將這部分抗歸為漏抗呢？ 對于異步機轉(zhuǎn)子而言，這些定子諧波磁場雖大部分也與轉(zhuǎn)子相鏈，但是它在轉(zhuǎn)子繞組感應頻率近似，但異步機轉(zhuǎn)子電流頻率為 頻率電流并不影響它。不會產(chǎn)生有用的轉(zhuǎn)矩。諧波磁場在定子繞組中感應電勢頻率是，與主電勢同頻率，它對的端電壓必定發(fā)生影響，起到漏抗壓降的作用。所以把它視為漏電抗處理。3、 假設： 多槽線圈邊中的電流集中在槽中心線上； 鐵磁物質(zhì)磁導，忽略鐵中磁壓降； 氣隙均勻且較??； 忽略各次諧波磁場在對方繞組中所感應電流對本身的削弱作用。一般方法： 4、 諧波漏抗 諧波磁勢幅值 諧波電抗： 諧波比漏磁導： 如考慮飽和影響： 諧波比漏磁導系數(shù)： 的物理意義： a) 它與

10、有關(guān)。， ，（為分數(shù)，所建立氣隙磁場中含有許多分數(shù)次諧波 較大）b）與有關(guān)。當時，諧波磁勢中影響較大的5、7次諧波大被削弱 較小。5、 各種不同電機的計算方法 凸極同步電機定子諧波漏抗軸氣隙大，忽略不計。是由于凸極同步電機氣隙不均勻，而近似地乘上一個直軸磁場的基波振幅對其最大值之比。，可從圖4-2查取。 異步機鼠籠繞組的諧波漏抗 是轉(zhuǎn)子諧波比漏磁導系數(shù)，可從曲線查出，也可直接求出近似計算公式： 三、 齒頂漏抗計算1、 齒頂漏抗 在同步電機中，由于氣隙比較大，氣隙磁場不是完全沿徑向方向穿越氣隙，其中一部分磁力線由一個齒頂進入另一個齒頂而形成閉合回路，這些磁通稱為齒頂漏磁通，與之相應的即齒頂漏抗。

11、2、 所包括的其它因素 有一部分諧波磁場也非沿徑向穿過氣隙，由齒頂之間閉合也考慮在內(nèi)； 前面推導槽漏抗假設磁力線與槽底平行，實際上不平行。因此磁路比實際短了，比實際小，公式抗值偏大，也考慮在齒頂漏抗中加以修正。 基波氣隙磁場在齒頂形成閉合回路的漏磁通對應的漏抗；齒頂漏抗 諧波氣隙磁場在齒頂形成閉合回路的漏磁通對應的漏抗； 磁力線不與槽底平行在前面假設算大后的一部分電抗在此修正。3、 計算利用許瓦茲變換其中： 是槽口面對極靴時對應的齒頂漏磁場的比漏磁導也可查曲線，由求得。 是當槽口面對極間區(qū)域時齒頂比漏磁導 為齒頂寬對隱極同步電機： （氣隙均勻）當使用短距繞組時： 異步機氣隙小時： 四、 端部漏

12、抗計算1、 端部漏抗：相應于繞組端部匝鏈的漏磁場的電抗。2、 端部漏抗的計算 由于電機端部形狀十分復雜，且繞組型式不同而有較大差異，其鄰近金屬構(gòu)件時，漏磁場的分布影響頗大。下面介紹一些計算方法。 不分組單層同心式： 分組單層同心式： 單層鏈式： 雙層疊繞組： 雙層波繞組： 鼠籠式： §4-5 漏抗標么值1、 總漏抗 槽漏抗： 諧波漏抗：漏抗 齒頂漏抗： 端部漏抗：2、 阻抗的基值3、 漏抗標么值4、 說明抗的調(diào)整： 槽漏抗：，在總導體數(shù)一定時，每槽，比值，實質(zhì)上改變漏磁路的磁導； 諧波漏抗：； ； 。§4-6 集膚效應對電機參數(shù)的影響一、 擠流效應 槽口部分磁通少漏抗小 槽

13、中整塊導體 通以交流電 槽漏磁通 槽底部分磁通多漏抗大 槽口部分導體中電密大 主磁通在導體中感應相同電勢下 導體中電流 槽底部分導體中電密小擠向表面 這種現(xiàn)象稱擠流效應（集膚效應）。a) 槽內(nèi)導體 b) 電流密度的分布 c) 計算交流電阻的等效導體二、 擠流效應的主要影響1、 使導體中交流電阻增大倍。 2、 使導體的槽漏抗變小倍。 擠流作用使下部幾乎沒有電流，槽下部漏磁通少，使槽中導體的等效高度減小。 三、 交流電機定子繞組考慮擠流效應后的參數(shù)修正系數(shù)四、 異步電動機鼠籠繞組的擠流效應§4-7 飽和對電機參數(shù)的影響一、 為什么要考慮飽和的影響：前面推導公式電抗計算公式中，假設，實際上

14、，電機的主磁路或漏磁路某些部分處于飽和狀態(tài)。飽和導致。為了精確計算電機相應的運行性能，則必須考慮磁路鐵心飽和對參數(shù)的影響。二、 飽和對參數(shù)的影響由于飽和， 在運行時，異步電機的勵磁電抗、同步電機電樞反應電抗將會減少。1、 對異步電機勵磁電抗的影響不考慮飽和時： 考慮飽和時： 2、 對凸極同步電機的影響 交軸電樞反應電抗： q軸磁路：齒軛氣隙 只需考慮軛和齒的飽和影響。 不同的磁路計算 由a) ：由矢量圖可知，忽略q軸電樞反應小，引起轉(zhuǎn)子磁勢增加小，仍用b) c) 由磁化曲線 交軸電樞反應磁路經(jīng)過氣隙、齒、軛d) 查曲線求出，（圖4-28） 直軸電樞反應電抗 d軸磁路：氣隙齒軛極身 只需考慮齒、

15、軛和極身的飽和影響。 a) ：由矢量圖可知在磁勢-電勢圖中，凸極同步電機中常用代替 在凸極機中簡單磁勢電勢圖本身就是近似的，通過采用 反而使結(jié)果準確些。，對計算需要精確些。用代替。b) c) d) 注：d軸負載時，電樞反應去磁，轉(zhuǎn)子勵磁繞組為了維持氣隙磁通，必須克服（比較大）。轉(zhuǎn)子磁勢，轉(zhuǎn)子漏磁比空載時大，§4-8 斜槽漏抗計算一、 斜槽漏抗在異步電機中，為了削弱由齒諧波磁場引起的附加轉(zhuǎn)矩及噪聲，一般籠型轉(zhuǎn)子常采用斜槽，即把轉(zhuǎn)子槽相對定子槽沿軸向扭斜一個角度。這樣，定、轉(zhuǎn)子繞組間耦合系數(shù)減小了，即定子電流產(chǎn)生的基波磁場有一部分不與轉(zhuǎn)子導條耦合（反之也時）。相當于定、轉(zhuǎn)子間互感電抗減小，定轉(zhuǎn)子漏抗增加。這種由斜槽引起的附加漏抗稱斜槽漏抗。 感應電機互感電抗（主電抗） 定、轉(zhuǎn)子漏抗中分別增加一斜槽漏抗：二、 斜槽漏抗的計算但實際計算斜槽漏抗不是這樣計算（定、轉(zhuǎn)子漏抗的增加）感應電機考慮