電機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算

1、第四章 參數(shù)計(jì)算 直流電阻 電 阻 交流電阻參數(shù) 異步機(jī)：勵(lì)磁電抗 主電抗 電 抗 同步機(jī)：電樞反應(yīng)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(jì)性能和運(yùn)行性能有很大影響 異步機(jī)：同步機(jī)：直流機(jī)：電抗電勢，換向條件差點(diǎn)§4-1 繞組電阻的計(jì)算 直流機(jī)： 定子繞組： 繞線式轉(zhuǎn)子： 電阻 異步機(jī) 鼠籠式轉(zhuǎn)子： 同步機(jī)： 直流電阻：gb755-81規(guī)定：要換算到相應(yīng)絕緣等級的基準(zhǔn)工作溫度。 a、e、b： f、h： 交流電阻：繞組通以交流時(shí)，由于集膚效應(yīng)，電阻值較通直流時(shí)增大。一、 直流電機(jī)適用于：電樞電阻、勵(lì)磁繞組、換向極繞組、補(bǔ)償繞組二、 感應(yīng)電機(jī)1、 感應(yīng)電機(jī)定子繞組每相

2、電阻2、 感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組每相電阻 繞線式轉(zhuǎn)子： 鼠籠繞組特點(diǎn)：）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(dǎo)條電阻和端環(huán)電阻。由于導(dǎo)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(dǎo)條邊，再由導(dǎo)條邊折合到定子邊。 折合 折合端環(huán)電阻 導(dǎo)條 定子）端環(huán)電阻 導(dǎo)條端環(huán)電阻： 導(dǎo)條電阻： 端環(huán)折合到導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(jī)與異步機(jī)定子繞組計(jì)算方法一樣。§4

3、-2 繞組電抗的一般計(jì)算方法 在分析交流電機(jī)的運(yùn)行原理時(shí)，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(jì)算交流電機(jī)的運(yùn)行性能。1、2、交流電機(jī)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(jì)算方法（磁鏈法、能量法） 磁鏈法： §4-3 主電抗計(jì)算一、 主電抗多相交流電機(jī)電樞電流產(chǎn)生的氣隙磁場中，相應(yīng)于基波磁場對應(yīng)的電抗叫主電抗。在異步機(jī)中稱勵(lì)磁電抗，同步機(jī)中為電樞反應(yīng)電抗。二、 異步電機(jī)勵(lì)磁電抗的計(jì)算方法1、 假設(shè)： 電樞槽部導(dǎo)體中電流集中在槽中心線上； 鐵磁物質(zhì)磁導(dǎo)率； 槽開中的影響以氣隙系數(shù)計(jì)及。2、 計(jì)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(yīng)電勢時(shí)所需基波磁通、相應(yīng)的氣隙磁勢。 說明：在 一定時(shí)， 與 成正比 而 大，說明繞組匝數(shù)多； （）小，小，感應(yīng)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(jī)電樞反應(yīng)電抗1、 凸極同步電機(jī)的電樞反應(yīng)電抗采用雙反應(yīng)理論，把主電抗分成直軸電樞反應(yīng)電抗與交軸電樞反應(yīng)電抗。2、 直、交軸電樞反應(yīng)電抗的標(biāo)么值 根據(jù)前面推導(dǎo)：3、 隱極同步電機(jī)電樞反應(yīng)電抗§4-4 漏電抗計(jì)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(jì)算（一） 單層整距繞組的槽漏抗4、 假設(shè)： 電流在導(dǎo)體截面上均勻分布； 鐵磁物質(zhì)磁導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)，則可求出不同槽形的槽漏抗。不同槽的磁導(dǎo)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(dǎo)體數(shù)：每相串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)：一 一個(gè)槽總的磁鏈： 一個(gè)槽漏電感系數(shù)：槽漏抗： 一相槽漏抗： 每相 a個(gè)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(dǎo)可看出，只要把不同部分的比漏磁導(dǎo)求出，則它的漏抗即可求出了。上層線圈邊的自感比漏磁導(dǎo)下層線圈邊的自感比漏磁導(dǎo)上下層線圈邊的互感比漏磁導(dǎo) 每相： 一個(gè)槽： 關(guān)鍵就是求、 ： 對比前面推導(dǎo)可看出，在槽口是上層導(dǎo)體中電流產(chǎn)生的漏磁通，且與上層的全部導(dǎo)體相鏈，這部分比磁導(dǎo)為。上層導(dǎo)體處它只是由上層導(dǎo)體中一部分電流產(chǎn)生的漏磁通且只與上層一部分導(dǎo)體相交鏈，這部分比磁導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(jī)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(dǎo)、，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(jì)算方便，把槽漏抗減少，歸結(jié)為槽單位比漏磁導(dǎo)乘上系數(shù)，表示由于短距使無導(dǎo)體部分比漏磁導(dǎo)減少的系數(shù)，它與有關(guān)；表示由于短距使有導(dǎo)體部分比漏磁導(dǎo)減少系數(shù)；、分別表示無導(dǎo)體和有導(dǎo)體部分比漏磁導(dǎo)，它與槽形有關(guān)。2、 、的求法：） ）查曲線 簡化公式計(jì)算： 當(dāng)時(shí)，可近似認(rèn)為是雙層整距的系數(shù)； 二、 諧波漏抗計(jì)算1、 諧波漏抗：簡單說：諧波磁場所感應(yīng)的基波電勢看作漏抗壓降，相應(yīng)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(jī)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(yīng)頻率近似，但異步機(jī)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(yīng)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(shè)： 多槽線圈邊中的電流集中在槽中心線上； 鐵磁物質(zhì)磁導(dǎo)，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(yīng)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(dǎo)： 如考慮飽和影響： 諧波比漏磁導(dǎo)系數(shù)： 的物理意義： a) 它與

10、有關(guān)。， ，（為分?jǐn)?shù)，所建立氣隙磁場中含有許多分?jǐn)?shù)次諧波 較大）b）與有關(guān)。當(dāng)時(shí)，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(jī)的計(jì)算方法 凸極同步電機(jī)定子諧波漏抗軸氣隙大，忽略不計(jì)。是由于凸極同步電機(jī)氣隙不均勻，而近似地乘上一個(gè)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(jī)鼠籠繞組的諧波漏抗 是轉(zhuǎn)子諧波比漏磁導(dǎo)系數(shù)，可從曲線查出，也可直接求出近似計(jì)算公式： 三、 齒頂漏抗計(jì)算1、 齒頂漏抗 在同步電機(jī)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(gè)齒頂進(jìn)入另一個(gè)齒頂而形成閉合回路，這些磁通稱為齒頂漏磁通，與之相應(yīng)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(dǎo)槽漏抗假設(shè)磁力線與槽底平行，實(shí)際上不平行。因此磁路比實(shí)際短了，比實(shí)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(yīng)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(yīng)的漏抗； 磁力線不與槽底平行在前面假設(shè)算大后的一部分電抗在此修正。3、 計(jì)算利用許瓦茲變換其中： 是槽口面對極靴時(shí)對應(yīng)的齒頂漏磁場的比漏磁導(dǎo)也可查曲線，由求得。 是當(dāng)槽口面對極間區(qū)域時(shí)齒頂比漏磁導(dǎo) 為齒頂寬對隱極同步電機(jī)： （氣隙均勻）當(dāng)使用短距繞組時(shí)： 異步機(jī)氣隙小時(shí)： 四、 端部漏

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

13、中整塊導(dǎo)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(dǎo)體中電密大 主磁通在導(dǎo)體中感應(yīng)相同電勢下 導(dǎo)體中電流 槽底部分導(dǎo)體中電密小擠向表面 這種現(xiàn)象稱擠流效應(yīng)（集膚效應(yīng)）。a) 槽內(nèi)導(dǎo)體 b) 電流密度的分布 c) 計(jì)算交流電阻的等效導(dǎo)體二、 擠流效應(yīng)的主要影響1、 使導(dǎo)體中交流電阻增大倍。 2、 使導(dǎo)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(dǎo)體的等效高度減小。 三、 交流電機(jī)定子繞組考慮擠流效應(yīng)后的參數(shù)修正系數(shù)四、 異步電動機(jī)鼠籠繞組的擠流效應(yīng)§4-7 飽和對電機(jī)參數(shù)的影響一、 為什么要考慮飽和的影響：前面推導(dǎo)公式電抗計(jì)算公式中，假設(shè)，實(shí)際上

14、，電機(jī)的主磁路或漏磁路某些部分處于飽和狀態(tài)。飽和導(dǎo)致。為了精確計(jì)算電機(jī)相應(yīng)的運(yùn)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(yùn)行時(shí)，異步電機(jī)的勵(lì)磁電抗、同步電機(jī)電樞反應(yīng)電抗將會減少。1、 對異步電機(jī)勵(lì)磁電抗的影響不考慮飽和時(shí)： 考慮飽和時(shí)： 2、 對凸極同步電機(jī)的影響 交軸電樞反應(yīng)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(jì)算 由a) ：由矢量圖可知，忽略q軸電樞反應(yīng)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(yīng)磁路經(jīng)過氣隙、齒、軛d) 查曲線求出，（圖4-28） 直軸電樞反應(yīng)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(jī)中常用代替 在凸極機(jī)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(zhǔn)確些。，對計(jì)算需要精確些。用代替。b) c) d) 注：d軸負(fù)載時(shí)，電樞反應(yīng)去磁，轉(zhuǎn)子勵(lì)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(shí)大，§4-8 斜槽漏抗計(jì)算一、 斜槽漏抗在異步電機(jī)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(gè)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(dǎo)條耦合（反之也時(shí)）。相當(dāng)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(yīng)電機(jī)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(jì)算但實(shí)際計(jì)算斜槽漏抗不是這樣計(jì)算（定、轉(zhuǎn)子漏抗的增加）感應(yīng)電機(jī)考慮