《電機(jī)設(shè)計》課件之三

1、1電機(jī)的電氣參數(shù)一、直流電機(jī)電氣參數(shù)：勵磁繞組電阻Rf、勵磁繞組電感Lf；電樞繞組電阻Ra、電樞繞組電感La；二、交流同步電機(jī)電氣參數(shù)：勵磁繞組電阻Rf、勵磁繞組電感Lf；電樞繞組電阻Ra、直軸電樞反應(yīng)電抗xd交軸電樞反應(yīng)電抗xq、電樞漏抗x1三、交流異步（感應(yīng)）電機(jī)電氣參數(shù)：定子繞組電阻R1、定子勵磁電抗xm定子漏抗x1轉(zhuǎn)子繞組電阻R2、轉(zhuǎn)子漏抗x22第四章 參數(shù)計算4-1繞組電阻的計算 直流電阻可按下式計算：CtttmCAlRtt/004. 0.)(1 :,.100175. 015,151560對于銅為導(dǎo)體電阻的溫度系數(shù)可按下式進(jìn)行換算時的電阻率溫度內(nèi)在電機(jī)通常的運行范圍時銅的當(dāng)溫度為電阻

2、率與溫度有關(guān) 按國家標(biāo)準(zhǔn)GB755-81的規(guī)定，各絕緣等級的基準(zhǔn)工作溫度為：對于A級、E級、B級絕緣的基準(zhǔn)工作溫度為75；對于F級、H級絕緣的基準(zhǔn)工作溫度為：115。 由于集膚效應(yīng)，使交流電阻較直流電阻值大。交流電阻值按下式計算：為電阻的增加系數(shù)式中0FFKRKR 3一、直流電機(jī)直流電機(jī)電樞繞組的電阻可按下式計算：.;2;21)2()2(2電阻率基準(zhǔn)工作溫度時導(dǎo)體的為并聯(lián)支路數(shù)為導(dǎo)體截面積為線圈的平均半匝長為繞組的總導(dǎo)體數(shù)式中aAlNaaAlNaAlNRccaccaccaa二、感應(yīng)電機(jī)1、定子繞組每相電阻可按下式計算：;21111111為相繞組的并聯(lián)支路數(shù)為導(dǎo)體截面積為線圈的平均半匝長為繞組的

3、每相串聯(lián)匝數(shù)式中aAlNaAlNKRccccF42、繞線式轉(zhuǎn)子電阻計算 計算公式同上，但系數(shù)KF取1，因為在正常運行時，轉(zhuǎn)子電流的頻率很低集膚效應(yīng)忽略不計。3、籠型轉(zhuǎn)子電阻的計算指折算到定子方面的轉(zhuǎn)子每相電阻。折算系數(shù)如下：2221121)(dpdpKNKNmmK 把籠型轉(zhuǎn)子繞組當(dāng)作一個對稱多相繞組，其相數(shù)等于槽數(shù)即導(dǎo)條數(shù)，每相的導(dǎo)條數(shù)為1。于是：2222,21, 1ZmNKdp 各導(dǎo)條電流的有效值是相等的，相鄰導(dǎo)條之間的相位差為相鄰兩槽間的電角度。22Zp5 同理，轉(zhuǎn)子端環(huán)各段中的電流有效值也相等，相鄰兩段中的電流相位差也等于。導(dǎo)條電流與端環(huán)電流之間的關(guān)系：如圖所示，導(dǎo)條電流IB等于相鄰兩端

4、電流IR之差。由相量圖可得：2sin2BRII6 計算每相電阻時，可用接成星形的電阻來替代接成多邊形的端環(huán)電阻。如圖所示。等效的相電阻R2的電損耗應(yīng)等于原來籠型轉(zhuǎn)子繞組的電損耗即：)2()2(2:2sin22sin2,2)(2:.;2222222222222222222222222RRBBRRBBRBRBRBRBRBRBRRBBBAPDZAlAZDpZAlpRZRRZpZpIIRRIIRRRRRRIZRIZRIZ于是由于于是阻為相鄰導(dǎo)條間的端環(huán)電為導(dǎo)條電阻面積為端環(huán)的平均直徑和截為導(dǎo)條的長度和面積RRBBADAl,;,7折算到定子方面的每相轉(zhuǎn)子電阻為：2211122221121222)(4)(

5、ZKNmRKNkNmmRKRRdpdpdp三、同步電機(jī)同步電機(jī)電樞繞組的每相電阻的計算和感應(yīng)電機(jī)的算式一樣。4-2繞組電抗的一般計算方法 繞組電抗分為兩類：1、主電抗；2、漏電抗。通常把它們表示成標(biāo)么值的形式。例如，標(biāo)么值表示的繞組漏抗等于：相電流為電機(jī)的額定相電壓式中,NNNNNNIUUxIIUxx電抗的計算方法有兩種：1）磁鏈法對任何一個電路的電抗可以寫成：LX因此，在一定頻率之下，電抗的計算歸結(jié)為對電路的電感L的計算。iL:而電感又可以表示為8則電感的計算又可歸結(jié)為對磁鏈的計算。2、能量法4-3 主電抗的計算 主電抗即為相應(yīng)于基波磁場或相應(yīng)于同時交鏈定、轉(zhuǎn)子繞組的主磁場的電抗，屬于主電抗

6、。 在感應(yīng)電機(jī)中，又將主電抗稱為勵磁電抗；在同步電機(jī)中，則稱為電樞反應(yīng)電抗。 計算主電抗時假定：1）電樞槽部導(dǎo)體中的電流集中在槽中心線上；2）=；3）槽開口的影響用氣隙系數(shù)來計及。pINKINKpmFFFHBdpdpefef11111010135. 12,:為每極基波磁勢幅值有效氣隙長式中隙基波磁密為由電樞電流所建立的氣9AXItIiA2)cos(2ILmm21efefdpdpmeflINKpmNKlB2)(2:2:21011111磁鏈磁通10mHlpNKmfIffLXefefdpmmm/104)(4222702101式中.,421220為主磁路的比磁導(dǎo)式中efdpmmefmqKmlpqNfX

7、上式也可寫成如下形式： 從公式可以看出，感應(yīng)電機(jī)的主電抗或勵磁電抗Xm，主要與繞組的每相匝數(shù)N、電樞的軸向長度lef及極距與氣隙之比/有關(guān)。dpNmNfKKENBNDmNIA4;2:11以及若線負(fù)荷進(jìn)一步分析表明因此，選用較大的A和較小的B將使電機(jī)的主電抗變大。11 對于凸極式同步電機(jī)，顯然，由于氣隙不均勻，則對應(yīng)于不同氣隙尺寸下的主電抗值是不同的。根據(jù)雙反應(yīng)理論，把主電抗分為直軸的電樞反應(yīng)電抗和交軸的電樞反應(yīng)電抗。mqaqmdadXkXXkX交軸電樞反應(yīng)電抗等于直軸電樞反應(yīng)電抗等于式中，系數(shù)Kd與Kq由曲線圖查得。 對于隱極式同步電機(jī)，由于電機(jī)氣隙基本上均勻，因此電樞反應(yīng)電抗不分成直軸與交軸

8、，即：maXX 4-4漏電抗的計算 漏電抗即為漏磁場對應(yīng)的電抗。繞組的漏電抗分為：1）槽漏抗；2）諧波漏抗；3）齒頂漏抗；4）端部漏抗等四個部分。 上述四個部分的漏抗全部相加即得總的漏抗值。EtseflpqNfX204:漏抗的公式可以表示為120.40.50.60.70.80.91.0p00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0kd, kq0.050.03max1.01.52.0kdkqmax圖4-2系數(shù)kd及kq13因此，漏抗的計算歸結(jié)為相應(yīng)的比漏磁導(dǎo)的計算一、槽漏抗的計算（一）單層整距繞組的槽漏抗計算時假定：1）電流在導(dǎo)體截面上均勻分布；2）不計鐵心磁阻；3）槽內(nèi)漏磁力

9、線與槽底平行。 槽漏磁分為兩部分計算：1）通過h0高度上的漏磁通和槽內(nèi)全部導(dǎo)體匝鏈；2）通過h1高度上的漏磁通和部分導(dǎo)體匝鏈。sefssefsssblhINblhINNh00200102)2(:范圍內(nèi)的漏磁鏈對于h1高度上的磁通則有：sefsxbdxlIhxNd01)2(14sefshsefshxssefsxsxsblhINdxxIbhlNdhdxblIhxNdhxNdhxN102022102021021112312:2)(:11的漏磁鏈為范圍內(nèi)由槽中電流產(chǎn)生高度根導(dǎo)體相交鏈的磁鏈為這些磁通與)3(2:100221ssefssssbhbhlIN槽磁鏈總和)3(2:1002ssefsssbhbh

10、lNIL每槽漏感)3(22:1002ssefsssbhbhlfNfLX每槽漏抗每相槽漏抗： 每相繞組共有2pq個槽，如果并聯(lián)支路數(shù)為a，每一支路中有2pq/a個槽中的導(dǎo)體相串聯(lián)，故每一支路的槽漏抗為：15.34:,22:2:201202磁導(dǎo)為矩形開口槽的槽比漏式中于是所以由于每相槽漏抗每支路漏抗為ssssefssssssbhbhlpqNfXpqNaNmapqmNNXapqXXapq 由式可見，每相槽漏抗與每相串聯(lián)匝數(shù)N成平方關(guān)系，因此每相串聯(lián)匝數(shù)N的多少對于每相的槽漏抗數(shù)值影響最大。 對于其它槽形，亦可采用類似方法來獲得有關(guān)槽比漏磁導(dǎo)的計算公式。（二）雙層整距繞組的槽漏抗仍以矩形開口槽為例，槽

11、中有兩層線圈邊，如圖所示：16 求槽漏抗的基本思想是分別求出上層、下層線圈邊的自感及互感，然后相加得出總自感。假設(shè)上、下層串聯(lián)導(dǎo)線數(shù)為Ns/2，則：baefsabbefsbaefsalNMlNLlNL020202)2()2()2(上下層邊互感下層邊自感上層邊自感 由于是整距繞組，所以上下層線圈邊屬于同一相，其電流也屬同一相，不存在時間上的相位差，故每槽漏感：)2()2(202abbaefsabbaslNMLLL每相槽漏抗：17)2(414:,2222022abbassefssssslpqNfXpqNaNfLapqXapqX式中又得考慮到對比單層整距繞組的槽比漏磁導(dǎo)的計算化式，不難看出：ssab

12、ssbssabhbhbhhhbhbhbh012103012:3,3導(dǎo)出采用積分的辦法可以推ssssssssssssabbasbhbhbhbhbhhhbhbhbhhhbhbhbh002131012103013432, )233(41)2(41:所以一般有總的比漏磁導(dǎo)18（三）雙層短矩繞組的槽漏抗 由于采用短矩繞組，因此在有些槽中的上下層線圈邊中的電流不屬于同一相，如圖所示。 具體有多少個槽的上下層線圈電流不屬于同一相，則要看線圈的節(jié)距比=y/的值。19.3)1 (.)1 (3,132同一相的下層邊中的電流屬于槽個上層邊中的電流與同其余的于同一相的上層邊中的電流不屬的電流與同槽有同樣數(shù)量的下層邊中

13、不屬于同一相同槽的下層邊中的電流個上層邊中電流與每相有在一個極距范圍內(nèi)的情況下當(dāng)qqq 于是在一個極距范圍內(nèi)，一相繞組（例如A相）的總磁鏈（用符號法表示的復(fù)振幅）為：)(23()2(2)(23()2(2)(1 (3)2(2)(1 (3)2(220202020abAbAefsabAaAefsabCbAefsabBaAefsIIqlNIIqlNIIqlNIIqlN20) 13()()2(2:)60sin60(cos),60sin60(cos:2033abbaefsACBAjACAjABCBAqqlNIIIjIeIIjIeIIIII得式代入將之間的關(guān)系為由相量圖可知SefSSSefSsASASAlp

14、qNffLXlpqNLpqNaNaIpLAaIpLAAI2020242,2:,122:,22:,2:每相槽漏抗得式代入并考慮到將漏磁電感為相繞組的槽則條并聯(lián)支路如果繞組有相繞組的槽漏磁電感為則條支路相線圈全部串聯(lián)構(gòu)成一如果所有極下的所對應(yīng)的槽漏電感為于是) 13(41abbaS式中LLUUSSSabbaKKbhbhhhhh)1679(3)413(:,2,0,0312得以及并假定式代入將211649,43,31016118,416,32311679,413,132LULULUKKKKKK時當(dāng)時當(dāng)時當(dāng).3;:0漏磁導(dǎo)為安放導(dǎo)體的槽下部比為槽口比漏磁導(dǎo)式中sLsUbhbh二、諧波漏抗計算 電機(jī)定子（

15、電樞）多相繞組通多相電流，在氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，除了基波磁場外，還有一系列的旋轉(zhuǎn)諧波磁場，雖然轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)向不同，但是它們切割電樞繞組感應(yīng)電勢頻率均為基率電勢頻率f1。 因此，諧波電勢應(yīng)反映在定子回路的電勢平衡方程中。 但是由于它們不產(chǎn)生有用的轉(zhuǎn)矩。所以一般把諧波磁場所感應(yīng)的基頻電勢看作漏抗壓降，相應(yīng)的電抗稱之為諧波漏抗。計算諧波漏抗時假定：1）各槽線圈邊中的電流集中在槽中心線上；2）鐵心磁導(dǎo)率無窮大；3）氣隙是均勻的，開口槽對各次諧波的影響以氣隙系數(shù)來計及；4）忽略各次諧波磁場在對方繞組中所感應(yīng)的電流對本身的削弱作用。22次諧波繞組系數(shù)為式中dpefdpefKBlpImNKFFKFHB,2211

16、000諧波磁場對繞組的磁鏈：efefdpdplINKpmNK2)(220相對于次諧波的諧波漏抗：efefdplNKpmfIfX2)(22220總的諧波漏抗（所有各次諧波漏抗之和）：為諧波比漏磁導(dǎo)式中sqmKqmlpqNfXXefdpefef22220)(4對諧波比漏磁導(dǎo)的計算也可以采用查曲線的方法。1、定子繞組諧波漏抗的計算23 以上諧波漏抗的計算式子適用于氣隙均勻的電機(jī)如感應(yīng)電機(jī)、隱極式同步電機(jī)等。 對于凸極式同步電機(jī)的諧波漏抗可以近似地應(yīng)用上式，但要乘以一個系數(shù)Kd，即：efdlpqNfkX20142、感應(yīng)電機(jī)籠型轉(zhuǎn)子繞組的諧波漏抗計算RpZpZkqmKqmlfXpqNKkpZkefefd

17、pefefdp222222222222220222222)11()(2:,21,21,1), 3, 2, 1(1式中計算式得代入定子繞組諧波漏抗及其繞組系數(shù)諧波磁場次數(shù)22222)2(65)11(:,ZppZkRR即接計算也可以通過近似公式直求得可以通過查曲線的方法對24efefeftZpZppZ12625)2(652:22222222于是三、齒頂漏抗計算 在同步電機(jī)里，氣隙比較大，于是磁場不是完全沿著徑向穿越氣隙，其部分磁力線經(jīng)由一個齒頂進(jìn)入另一個齒頂形成閉合回路，如圖所示。這些漏磁稱之為齒頂漏磁。與之相應(yīng)的漏抗為齒頂漏抗，如下圖所示。b025)41ln(2tan2:)1 (25. 0079

18、6. 02284. 0:,22000100bbbbbtd式中漏磁導(dǎo)為相應(yīng)于齒頂漏磁場的比當(dāng)槽口面對極靴時克變換根據(jù)許當(dāng)槽口面對極間區(qū)域時，齒頂比漏磁導(dǎo)的計算式為：齒頂寬度式中5 . 00:)(3184. 02164. 0tttqbbb齒頂總的比漏磁導(dǎo)為：tqptdpt)1 ( 齒頂漏抗為：)1 (442020tqptdpefteftlpqNflpqNfx26 對于隱極式同步電機(jī)，由于氣隙是均勻的，則有：tdt四、端部漏抗計算 繞組端部漏抗是相應(yīng)于繞組端部匝鏈的漏磁場的電抗。對于不分組的單層同心式繞組則有：)64. 0(67. 04)64. 0(67. 0)(422:,.)43. 067. 0()(:202002EEsEsEEEEsElpNfXpqNNlpqNfpLfXllqNL則每相的端部漏抗組相互串聯(lián)如果電機(jī)每相所有線圈半匝線圈的端部長度端部漏感為了便于計算，將上式化為與槽漏抗公式相同的形式：.)64. 0(67. 0,420為產(chǎn)端部比漏磁導(dǎo)EefEEefEllqlpqNfX27對于分組的單層同心式繞組，其端部比漏磁導(dǎo)為：)64. 0(47. 0EefEllq對于單層鏈?zhǔn)嚼@組，其端部比漏磁導(dǎo)為：EefEllq2 . 0對于雙層疊繞組，其端部比漏磁導(dǎo)為：)213(57. 0efElq對于籠型轉(zhuǎn)子繞