電機(jī)設(shè)計的實施過程和CAD軟件要求

1、電機(jī)設(shè)計的實施過程和CAD軟件要求一、概述1.1 課程目的1、掌握電機(jī)設(shè)計的實施過程2、掌握電機(jī)性能分析的基本方法3、初步掌握電機(jī)CAD軟件編制4、了解電機(jī)設(shè)計分析的相關(guān)軟件5、了解電機(jī)機(jī)械CAD相關(guān)軟件1.2 中小型電機(jī)發(fā)展趨勢調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，擴(kuò)大派生產(chǎn)品規(guī)模以節(jié)能、環(huán)保為目標(biāo)更新產(chǎn)品擴(kuò)大產(chǎn)品出口技術(shù)改造，組合兼并1.3 微特電機(jī)傳統(tǒng)微特電機(jī)1、小功率感應(yīng)電機(jī)2、永磁電機(jī)3、低速電機(jī)機(jī)電一體化微特電機(jī)1、變頻感應(yīng)電機(jī)2、無刷直流電機(jī)3、步進(jìn)電機(jī)4、開關(guān)磁阻電機(jī)5、低速大轉(zhuǎn)矩調(diào)速電機(jī)新原理微特電機(jī)1、超聲波電機(jī)2、超微靜電電機(jī)3、鞭毛電機(jī)1.4 電機(jī)設(shè)計與制造現(xiàn)狀電機(jī)電磁CAD電機(jī)機(jī)械CAD電機(jī)

2、制造三、電機(jī)的主要參數(shù) 之間的關(guān)系3.1 電機(jī)設(shè)計流程確定主要尺寸磁路計算參數(shù)計算性能計算開始3.2 電機(jī)的主要參數(shù)之間的關(guān)系式1、主要尺寸2、關(guān)系式（輸出方程）建立主要尺寸與電磁參數(shù)之間的關(guān)系。1）直流電機(jī) 2）交流電機(jī)3.3 電磁負(fù)荷的選擇一、電磁負(fù)荷對電機(jī)性能和經(jīng)濟(jì)性的影響（一）線負(fù)荷A高，磁負(fù)荷B不變（1）電機(jī)體積減小，節(jié)約材料（2）B一定時，由于鐵心重量減小，鐵耗減?。?）繞組用銅量增加（4）增大電樞單位表面上銅耗，繞組溫升增高（5）影響電機(jī)參數(shù)和電機(jī)特性（二）磁負(fù)荷B高，線負(fù)荷A不變（1）電機(jī)體積減小，節(jié)約材料（2）基本鐵耗增大（3）磁路飽和程度增大（4）影響電機(jī)參數(shù)和電機(jī)特性二、

3、線負(fù)荷A和磁負(fù)荷B的選擇3.4 電機(jī)主要尺寸比的選擇及確定主要尺寸的一般方法一、主要尺寸比的選擇二、確定主要尺寸的一般方法四、磁路計算主要目的： 確定產(chǎn)生主磁路所必須的磁化力或勵磁磁動勢（簡稱磁勢），校核鐵心各部分磁通密度的合理性，計算勵磁電流以及電機(jī)的空載特性曲線。4.1 概述 4.1.1 磁路計算的基本原理全電流定律（安培環(huán)路定律）：磁場強(qiáng)度向量沿任一閉合回路的線積分等于該回路所包圍的全電流（電流代數(shù)和）， 如果積分路徑沿著磁場強(qiáng)度向量取向（即沿著磁力線），則鐵心各部分的磁場化為等效的各段磁路。各段磁路磁通沿截面均勻分布，B=Const，由B=H， = 各段中磁場強(qiáng)度H=Const，故即各

4、類電機(jī)磁路可分為5段：空氣隙；定子齒（或磁極）；轉(zhuǎn)子齒（或磁極）；定子軛；轉(zhuǎn)子軛4.2 空氣隙磁壓降的計算4.2.1 計算極弧系數(shù)p的確定4.2.2 電樞或氣隙的軸向計算長度lef4.2.3 氣隙系數(shù)K4.2.4 極軛間隙氣隙磁壓降的計算4.3 齒部磁壓降的計算4.3.1 齒磁密Bt的計算1）Bt時2）Bt1.8T時4.4 軛部磁壓降的計算按所銜接的是齒或是磁極可分為極聯(lián)軛和齒聯(lián)軛兩種。4.4.1 極聯(lián)軛磁壓降的計算1）交流電機(jī)齒聯(lián)軛磁壓降2）直流電機(jī)齒聯(lián)軛磁壓降4.5 磁極漏磁系數(shù)與磁極磁壓降的計算4.5.1 磁極漏磁系數(shù)磁極磁通其中，漏磁系數(shù)1）凸極同步電機(jī)的磁極漏磁系數(shù)五、參數(shù)計算 計算

5、電機(jī)的電阻、電抗，為性能計算作準(zhǔn)備。（僅計算穩(wěn)態(tài)參數(shù)）5.1 繞組電阻的計算 直流電阻： 溫度為t時的電阻率 交流電阻繞組中通以交流電時，由于集膚效應(yīng)，使其電阻值比通直流時增大，式中系數(shù)KF表示電阻增加系數(shù)。圖5.1 Visual EMCAD/VIM 溫度設(shè)置 直流電機(jī)設(shè)電樞繞組由2a條支路組成，每條支路長度2a條支路并聯(lián)，故電樞繞組總電阻：感應(yīng)電機(jī)定子每相電阻 N1為每相串聯(lián)匝數(shù)（每相中每條支路串聯(lián)匝數(shù)），則每相每條支路長度： 設(shè)每相繞組的并聯(lián)支路數(shù)為a，故每相繞組總電阻： 轉(zhuǎn)子子每相電阻把鼠籠轉(zhuǎn)子繞組當(dāng)作一個對稱多相繞組，其相數(shù)等于槽數(shù)，每相導(dǎo)體數(shù)等于1各導(dǎo)條電流之間的相位差等于相鄰兩槽間

6、的電角度由圖可得： 等效繞組的的電損耗等于原來鼠籠繞組的電損耗，即：故其中如果端環(huán)與導(dǎo)條的材料相同，則 要應(yīng)用于等效電路，轉(zhuǎn)子電阻須折算到定子，折算系數(shù)K 對鼠籠轉(zhuǎn)子，相數(shù)m2等于槽數(shù)Z2，每相串聯(lián)匝數(shù)N2=1/2，繞組系數(shù)Kdp2=15.2 繞組電抗的一般計算方法 繞組電抗大體上可分為：1）主電抗；2）漏電抗。電抗可以采用兩種方法計算：1）磁鏈法；2）能量法。任何一個電路的電抗可寫成 =2f，交變電流的角頻率，L電路的電感當(dāng)電路處于線性媒介時（磁鏈隨電流正比變化），5.3 主電抗計算六、損耗與效率6.1 概述電機(jī)的損耗一般分為：電氣損耗基本鐵耗機(jī)械損耗雜散損耗6.2 基本鐵耗6.2.1 磁滯

7、損耗磁滯損耗系數(shù)磁滯損耗系數(shù)更準(zhǔn)確的表達(dá)式當(dāng)B 時6.2.2 渦流損耗渦流損耗系數(shù)6.2.3 軛部及齒部的基本鐵耗鋼的損耗系數(shù)（比耗，W / kg）為方便計算p10/50 當(dāng)B=1T，f=50Hz時，鋼單位重量內(nèi)的損耗鋼中基本鐵耗的一般表達(dá)式為6.3 空載時鐵心中的附加損耗（旋轉(zhuǎn)鐵耗）表面損耗、脈振損耗，由氣隙中的諧波磁場引起。作業(yè)解答七、感應(yīng)電機(jī)的電磁設(shè)計7.1 概述Y-132M-4、Y-315S-6、Y-801-2我國基本系列主要技術(shù)參數(shù)：派生和專用系列：感應(yīng)電動機(jī)的主要性能指標(biāo)和額定參數(shù)1）性能指標(biāo)效率功率因數(shù)最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)起動電流倍數(shù)繞組和鐵心溫升起動過程中的最小轉(zhuǎn)矩2）額定

8、參數(shù)與標(biāo)么值額定功率額定電壓額定頻率額定轉(zhuǎn)速基準(zhǔn)值電壓基準(zhǔn)值：額定相電壓UN功率基準(zhǔn)值：額定功率PN電流基準(zhǔn)值：每相功電流IKW阻抗基準(zhǔn)值：ZKW=UN/IKW轉(zhuǎn)矩基準(zhǔn)值：額定轉(zhuǎn)矩TN7.2 主要尺寸與氣隙的確定7.2.1 主要尺寸和計算功率一般情況下可近似認(rèn)為：即（1-L）稱為電勢系數(shù)開始設(shè)計時給一假定值，采用經(jīng)驗公式，對2極小型電機(jī)非2極小型電機(jī)中型電機(jī)7.2.2 電磁負(fù)荷的選擇7.2.3 主要尺寸比的選擇7.2.4 主要尺寸的確定7.2.5 空氣隙的確定7.3 定子繞組與鐵心的設(shè)計7.3.1 定子槽數(shù)的選擇定子槽數(shù)=每極每相槽數(shù)q1，q1大小對電機(jī)的參數(shù)、附加損耗、溫升及絕緣材料消耗等都

9、有影響。當(dāng)采用較大的q1值時：1、定子諧波磁場減小，使附加損耗降低，諧波漏抗減小。2、每槽導(dǎo)體數(shù)減少，使漏抗減?。涣硪环矫娌蹟?shù)增加，槽高與槽寬的比值相應(yīng)增大，使槽漏抗增大，但這方面影響較小。3、槽中線圈邊總散熱面積增加，有利于散熱。4、絕緣材料用量和加工工時增加，槽利用率降低對一般感應(yīng)電動機(jī)，q1可在26之間，極數(shù)少、功率大的電機(jī)，q1可取得大些。7.3.2 定子繞組形式和節(jié)距的選擇（一）單層繞組優(yōu)點：槽利用率高；嵌線方便；槽內(nèi)不會相間擊穿。缺點：不易做成短距，磁勢波形較雙層繞組差；嵌線困難。單層同心式單層鏈?zhǔn)絾螌咏徊媸剑ǘ╇p層繞組（三）單雙層繞組 q1=3，p=1，y=8/9 =8改為單雙

10、層后（四）繞組節(jié)距的選擇7.3.3 每相串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)，每槽導(dǎo)體數(shù)的計算7.3.4 電流密度、線規(guī)、并繞根數(shù)、并聯(lián)支路對數(shù)的確定7.3.5 定子沖片的設(shè)計7.4 轉(zhuǎn)子繞組與鐵心的設(shè)計7.4.1 籠型轉(zhuǎn)子的設(shè)計計算（一）轉(zhuǎn)子槽數(shù)選擇及定轉(zhuǎn)子槽配合問題 （1）槽配合對附加損耗的影響感應(yīng)電機(jī)附加損耗主要由氣隙諧波磁通引起，在定轉(zhuǎn)子鐵心中產(chǎn)生高頻損耗（表面損耗和齒部脈振損耗），在籠型轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生高頻電流損耗。其中以定轉(zhuǎn)子齒諧波的作用最為顯著。直槽斜槽（2）槽配合對異步附加轉(zhuǎn)矩的影響異步附加轉(zhuǎn)矩是某一極對數(shù)的定子諧波磁場與由它感應(yīng)于轉(zhuǎn)子中的電流所建立的同一極對數(shù)的諧波磁場相互作用而產(chǎn)生的。這兩個磁場之間有直接

11、的依賴關(guān)系。定子次諧波磁勢產(chǎn)生的異步附加轉(zhuǎn)矩最大值與基波磁勢產(chǎn)生的起動轉(zhuǎn)矩之比：（3）槽配合對同步附加轉(zhuǎn)矩的影響如果定子某一個諧波磁場感應(yīng)于轉(zhuǎn)子中的電流所建立的某一諧波磁場的極對數(shù)，等于另一個定子諧波磁場的極對數(shù)，則在某一轉(zhuǎn)速下，這兩個極對數(shù)相等的定轉(zhuǎn)子磁場可以在空間上同步旋轉(zhuǎn)而相對靜止，因此它們相互作用而產(chǎn)生一個象同步電機(jī)一樣的轉(zhuǎn)矩，稱為同步附加轉(zhuǎn)矩。同步附加轉(zhuǎn)矩迭加在電動機(jī)的異步轉(zhuǎn)矩上，使電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性曲線發(fā)生畸變，影響電機(jī)的起動性能。其中，由定子齒諧波磁場和轉(zhuǎn)子齒諧波磁場所構(gòu)成的附加同步轉(zhuǎn)矩最嚴(yán)重。八、電機(jī)計算機(jī)輔助工程制圖（二維工程制圖）8.1 AutoCAD 2000用戶界面8.2 設(shè)置圖層、線型及顏色8.3 繪圖基礎(chǔ)8.3.1 繪制直線(1) 輸入點的坐標(biāo)畫線采用絕對坐標(biāo)（直角坐標(biāo)、極坐標(biāo)）采用相對坐標(biāo)（直角坐標(biāo)、極坐標(biāo)）(2) 使用對象捕捉精確畫線(3) 利用正交模式輔助畫線(4) 結(jié)合極軸追蹤、自動追蹤功能畫線(5) 剪斷直線(6) 刪除線條(7) 綜合練習(xí)：繪制支架8.3.2 作平行線(1) 用OFFSET命令繪制平行線(2) 用平行捕捉“PAR”繪制平行線8.3.3 環(huán)行陣列8.3.4 鏡象對象8.3.5 倒角（圓角、斜角）8.3.