電機(jī)設(shè)計第4部分

1、 4.1 小型三相同步發(fā)電機(jī)設(shè)計4.2 永磁同步發(fā)電機(jī)設(shè)計4.3 異步起動永磁同步電動機(jī)設(shè)計第4部分 同步電機(jī)設(shè)計 4.1 小型三相同步發(fā)電機(jī)設(shè)計4.1.1 小型三相同步發(fā)電機(jī)設(shè)計的主要問題小型三相同步發(fā)電機(jī)電磁設(shè)計是在已確定的視在功率或有功功率、電壓、相數(shù)、頻率、功率因數(shù)、轉(zhuǎn)速等額定值的情況下，按產(chǎn)品技術(shù)要求確定電磁負(fù)荷、有效部分尺寸、繞組數(shù)據(jù)及性能參數(shù)等。1、電磁負(fù)荷的取值范圍：設(shè)計時如果想要少用銅，在選擇電磁負(fù)荷時，要盡可能用較高的氣隙磁密和電樞電密，而線負(fù)荷A要盡可能取得低；若設(shè)計時要少用鐵，則應(yīng)適當(dāng)提高線負(fù)荷A 。由于F級絕緣材料的發(fā)展和運用，電磁負(fù)荷的取值也相應(yīng)地提高。目前小型同步

2、發(fā)電機(jī)的電磁負(fù)荷的取值范圍如下表： 4.1 小型三相同步發(fā)電機(jī)設(shè)計（同容量的電機(jī)，F(xiàn)級的絕緣電機(jī)的體積比B級的絕緣電機(jī)的體積小，氣隙磁密一樣，但體積小的定子齒等鐵心的磁密要高些） 4.1 小型三相同步發(fā)電機(jī)設(shè)計2、氣隙長度 的確定 小型發(fā)電機(jī)的氣隙長度可由公式確定，即： 3010cNK AKcmB-飽和短路比，對自勵恒壓發(fā)電機(jī) cK0.250.7cK -經(jīng)驗系數(shù)， 00.220.24K ；0K-線負(fù)荷 ，A-額定工況的氣隙磁密， ，NB-極距。 目前小型同步發(fā)電機(jī)的氣隙一般取 0.52.5mm。3、定轉(zhuǎn)子槽數(shù)及槽形小型三相同步發(fā)電機(jī)定子每極每相槽數(shù)一般選用整數(shù)槽， 3 4 5q 、。為了消除齒

3、諧波電勢對電壓的影響，定子或轉(zhuǎn)子采用斜槽，一般是斜一個齒距。 4.1 小型三相同步發(fā)電機(jī)設(shè)計從工藝考慮，隱極式轉(zhuǎn)子從過去的采用大小槽結(jié)構(gòu)（便于氣隙磁場正弦分布），到現(xiàn)在采用等槽結(jié)構(gòu)，一般每極的有效槽數(shù)大都采用 68槽。 小型三相同步發(fā)電機(jī)定子槽形一般采用梨形或梯形半閉口槽形，如圖。4、電樞繞組的設(shè)計小型低壓發(fā)電機(jī)一般采用半閉口槽和散下的雙層疊繞組。在采用單相三次諧波繞組提供勵磁功率的發(fā)電機(jī)，電樞 4.1 小型三相同步發(fā)電機(jī)設(shè)計繞組常設(shè)計為單雙層繞組（雙層短距繞組，每槽中同相位的上、下線圈邊組成一個新的單層線圈邊，與同相屬的另一個類似槽中的新的單層線圈邊組成一個線圈，詳細(xì)見西交大電機(jī)設(shè)計p233

4、）。單相諧波繞組放在單層線圈的槽內(nèi)，其節(jié)距為電樞繞組整距的 13。5、磁極結(jié)構(gòu)和形狀的選擇小型三相同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)分為凸極和隱極兩種結(jié)構(gòu)。采用何種結(jié)構(gòu)，是各個生產(chǎn)廠家的的工藝決定的。凸極結(jié)構(gòu)，氣隙不均勻，一般取氣隙最大氣隙長度 與最小氣隙長度 maxminmin（磁極軸線處的氣隙，） 之比為： maxmin1.5；極弧系數(shù) 0.700.75a 。對于采用三次諧波勵磁的發(fā)電機(jī)， 4.1 小型三相同步發(fā)電機(jī)設(shè)計一般 maxmin1.21.3；對于30kW以下的發(fā)電機(jī)，為了制造方便，采用均勻氣隙。 隱極結(jié)構(gòu)，采用均勻氣隙。 20世紀(jì)70年代末期發(fā)展了兼顧凸極和隱極結(jié)構(gòu)優(yōu)點的整體凸極疊片轉(zhuǎn)子磁

5、極結(jié)構(gòu)稱整體式凸極結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的磁極和磁軛為一體，由0.5mm或0.65mm薄鋼片整片沖出，沖片疊壓并經(jīng)氬弧焊焊成一體，疊裝在軸上，在鐵心上噴涂絕緣漆或者包絕緣。勵磁繞組由繞線機(jī)直接繞到極身上，邊繞邊涂線圈膠，然后整體浸漆烘干。 6、勵磁繞組設(shè)計勵磁繞組設(shè)計包括確定勵磁繞組匝數(shù)、導(dǎo)線尺寸以及勵磁系統(tǒng)對額定勵磁電壓和額定勵磁電流的要求。 4.1 小型三相同步發(fā)電機(jī)設(shè)計小型凸極同步電機(jī)的勵磁繞組一般采用漆包圓線或漆包扁導(dǎo)線。 7、阻尼繞組的設(shè)計 現(xiàn)代中大型發(fā)電機(jī)一般設(shè)有阻尼繞組。發(fā)電機(jī)裝置阻尼繞組，不僅使發(fā)電機(jī)運行穩(wěn)定，也可以減少發(fā)電機(jī)在短路或跳閘時的電樞過電壓及勵磁繞組的過電壓。 凸極發(fā)電機(jī)的

6、阻尼繞組是裝在極靴的表面。阻尼繞組由伸出極靴鐵心槽的阻尼條與兩端的端環(huán)焊接組成。 小型隱極發(fā)電機(jī)由于轉(zhuǎn)子磁極鐵心采用整塊合金鋼鍛成，合金鋼具有阻尼效果，故小型隱極發(fā)電機(jī)不再裝置阻尼繞組。中大型隱極發(fā)電機(jī)裝置阻尼繞組，阻尼條裝置在轉(zhuǎn)子鐵心安置勵磁繞組的開設(shè)槽的槽楔下，端環(huán)裝在中心環(huán)里。 4.1 小型三相同步發(fā)電機(jī)設(shè)計8、磁路計算 磁路計算的主要目的是計算電機(jī)的空載特性、短路比及滿載勵磁電流。 確定磁路各部分的磁密是否合理。凸極同步電機(jī)的磁路計算包括：氣隙磁勢，定子齒磁勢，定子軛磁勢，極身磁勢，轉(zhuǎn)子軛磁勢及第二氣隙磁勢（磁極和磁軛之間的氣隙）六部分。對整體凸極和隱極電機(jī)沒有第二氣隙磁勢。9、參數(shù)計

7、算計算定、轉(zhuǎn)子的直流電阻和各種電抗。 10、損耗與效率中小型同步發(fā)電機(jī)的損耗：1）鐵耗 定子齒和軛的鐵耗；2）定子銅耗；3)勵磁損耗；4）機(jī)械損耗；5）附加損耗。 效率計算和感應(yīng)電機(jī)的一樣。 4.2 永磁同步發(fā)電機(jī)設(shè)計永磁同步發(fā)電機(jī)設(shè)計的主要問題:永磁材料的選擇、永磁體尺寸、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)尺寸、定子繞組和定子沖片的確定、磁路計算、電壓調(diào)整率和短路計算。 4.3 異步起動永磁同步電動機(jī)設(shè)計4.3.1異步起動永磁同步電動機(jī)設(shè)計的主要問題永磁同步電動機(jī)由永磁（體）提供磁場，沒有了電勵磁同步電動機(jī)中的電刷及勵磁電源。 1、異步起動永磁同步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)異步起動永磁同步電動機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子組成。 1）定子結(jié)構(gòu) 永

8、磁同步電動機(jī)的定子結(jié)構(gòu)和感應(yīng)電機(jī)的相同。 2）轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)子分為實心永磁轉(zhuǎn)子和籠型永磁轉(zhuǎn)子兩種。 實心永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)鐵心由整塊鋼加工而成，上面銑出槽以放置永磁體。起動時，旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子鐵心中感應(yīng)渦流產(chǎn)生起動轉(zhuǎn)矩?；\型永磁轉(zhuǎn)子是最常見的結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子鐵心由0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成，上面沖有均勻的槽，通常是半閉口槽。 4.3 異步起動永磁同步電動機(jī)設(shè)計永磁同步電動機(jī)由于永磁體的放置原因，轉(zhuǎn)子很難斜槽，通常采用定子斜槽。轉(zhuǎn)子籠型繞組有銅條焊接式和鑄鋁式兩種，和感應(yīng)電機(jī)的籠型轉(zhuǎn)子繞組一樣。 永磁體的固定方式有兩種：采用在永磁體上涂樹脂，再將永磁體插入轉(zhuǎn)子鐵心，樹脂凝固后將永磁體和轉(zhuǎn)子固定在一起；將永磁體

9、插入轉(zhuǎn)子鐵心，然后在鐵心兩端加非磁性端環(huán)固定在轉(zhuǎn)子鐵心上。 2.異步起動永磁同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu) 根據(jù)永磁體放置在鐵心的位置，將轉(zhuǎn)子磁極分為表面式和內(nèi)置式兩種轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)。 1）表面式轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)4.3 異步起動永磁同步電動機(jī)設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖，圖a，永磁體用高強(qiáng)度非導(dǎo)磁圈固定在籠型轉(zhuǎn)子的外部。磁極（永磁體）之間如采用樹脂、鋁等非導(dǎo)磁材料填充，屬于隱極電機(jī)；磁極（永磁體）之間如采用導(dǎo)磁材料這種結(jié)構(gòu)的電機(jī)籠型繞組導(dǎo)體在轉(zhuǎn)子內(nèi)部，產(chǎn)生的起動轉(zhuǎn)矩（異步轉(zhuǎn)矩）較小。 填充， 屬于凸極電機(jī)，交軸磁阻小于直軸磁阻。4.3 異步起動永磁同步電動機(jī)設(shè)計2）內(nèi)置式轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu) 在內(nèi)置式轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)中，永磁體位于籠

10、型繞組導(dǎo)體和鐵心軸孔之間的鐵心中。內(nèi)置式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)按一對極下永磁體的磁路關(guān)系，可以分為并聯(lián)式、串聯(lián)式和混合式三種。 并聯(lián)式磁路結(jié)構(gòu) 并聯(lián)式磁路結(jié)構(gòu)又稱切向式磁路結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，相鄰兩磁極的永磁體并聯(lián)提供每極磁通，如圖。 4.3 異步起動永磁同步電動機(jī)設(shè)計串聯(lián)式磁路結(jié)構(gòu) 串聯(lián)式磁路結(jié)構(gòu)又稱徑向式磁路結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由兩個磁極的永磁體串聯(lián)，如圖。 4.3 異步起動永磁同步電動機(jī)設(shè)計 混合式磁路結(jié)構(gòu) 該結(jié)構(gòu)集合了并聯(lián)式磁路結(jié)構(gòu)和串聯(lián)式磁路結(jié)構(gòu)，如圖。4.3 異步起動永磁同步電動機(jī)設(shè)計3.異步起動永磁同步電動機(jī)的電磁設(shè)計1）定子沖片尺寸和氣隙長度的確定 定子沖片尺寸和感應(yīng)電機(jī)的相同。定子每極每相槽數(shù)一般取整數(shù)， 。氣隙長度比同容量的感應(yīng)電機(jī)的氣隙長度大 126q 0.10.2 mm。2）定子繞組的設(shè)計 定子三相繞組常采用Y形聯(lián)接。定子繞組的類型和感應(yīng)電機(jī)的一樣，有單層繞組和雙層繞組。為了提高起動轉(zhuǎn)矩，定子每相匝數(shù)比感應(yīng)電機(jī)的要少些，起動電流當(dāng)然也大些。電流密度比同容量感應(yīng)電機(jī)的要小些。 4.3 異步起動永磁同步電動機(jī)設(shè)計3）轉(zhuǎn)子鐵心的設(shè)計 轉(zhuǎn)子槽數(shù)為極數(shù)的整數(shù)倍，且采用多槽遠(yuǎn)槽配合。轉(zhuǎn)子槽形和感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子槽形相似。 4.永磁體設(shè)計在異步起動永磁同