电机设计第四章-李景灿

第四章参数计算4-1绕组电阻的计算4-2绕组电抗的一般计算方法4-4漏电抗计算4-3主电抗计算4-5漏抗标么值4-6饱和对电机参数的影响4-7斜槽漏抗计算电机的电阻、电抗是电机的重要参数，它们的大小直接影响电机的经济性和技术性。比如对于感应电机而言，电阻的大小直接影响电机的效率。对转矩、起动都有影响，特别是转子电阻，对起动转矩影响较大。比如我们在设计绕组是，若选择比较大的电流密度，则所用导线的截面积就较小，用铜量较少，但电阻较大。电阻越大，电机运行时绕组中的损耗就越大，效率会降低。绕组电抗的大小对所设计电机的经济性和运行性有很大的影响。一方面，漏抗不能过小，否则感应电动机起动时将产生不能允许的电流；另一方面，漏抗不能过大，否则感应电动机的功率因数、最大转矩和起动转矩都会降低。由此可见，电阻、电抗对电机的性能影响很大。正确计算和设计这些参数非常重要。电机的电气参数一、直流电机电气参数：二、交流同步电机电气参数：励磁绕组电阻Rf、励磁绕组电感Lf；电枢绕组电阻Ra、直轴电枢反应电抗xd交轴电枢反应电抗xq、电枢漏抗x1d三、感应电机电气参数：定子绕组电阻R1、定子励磁电抗xm定子漏抗x1d转子绕组电阻R2、转子漏抗x2d电枢绕组电阻Ra、电枢绕组电感La；励磁绕组电阻Rf、励磁绕组电感Lf；电机绕组的电阻和电感，既决定于绕组和磁路的结构(结构型式、所采用的材料和几何尺寸等)，又与电机的性能(经济性和运行特性)有密切关系。因而电机绕组的电阻和电感是联系结构与性能的重要参数。在设计电机时，根据结构、参数与性能的关系，可以在一定程度上先按电机性能所需要的参数选用合适的结构，然后再按确定的结构计算其参数，从而预计所设计电机的性能。注意：本章所介绍的计算只限于稳态参数。4.1绕组电阻的计算电阻的计算分为：直流电阻：绕组中通以直流时的电阻。交流电阻：绕组中通以交流时的电阻。时的电阻率。导体在的电阻率。导体在。对于铜导体电阻的温度系数。可按下式进行换算：时的电阻率内，温度在电机通常的运行范围时铜的与温度有关，当温度为导体材料的电阻率。导体的截面积绕组导体的长度式中：直流电阻：CtCCtttmCAlAlRtttcc15/004.0)](1[.100175.0151515156按国家标准GB755-81的规定，各绝缘等级的基准工作温度为：对于A级、E级、B级绝缘的基准工作温度为75℃；对于F级、H级绝缘的基准工作温度为：115℃。表4-1列出了一些材料在15℃时的电阻率，计算时取相应的值即可。由于集肤效应，使交流电阻较直流电阻值大。交流电阻值按下式计算：电阻的增加系数式中FFKRKR:0一、直流电机法相同。绕组的电阻，其计算方对于励磁绕组和换相极电枢绕组的电阻一条支路的电阻条并联支路电机有绕组的总导体数。并联支路数；导体截面积；线圈的平均半匝长；电阻率；基准工作温度时导体的式中：电枢绕组电阻：aRRAlaNRaNaAlaaAlNaAlNRaaccaaaccccaccaa222221)2()2(112二、感应电机1、定子绕组每相电阻相绕组的并联支路数。导体截面积；线圈的平均半匝长；绕组的每相串联匝数；式中1111111:2aAlNaAlNKRccccF二、感应电机2、转子绕组每相电阻系数。定、转子绕组基波绕组、匝数；定、转子绕组每相串联、定、转子相数；、式中：乘以一个折算系数：算到定子方。折算时要需要折子方，因此，转子电阻组的实际参数折算到定等效电路中是将转子绕效应可以忽略不计。集肤为转差频率，比较小，运行时，转子电流频率。因为感应电机在正常取为，只是组电阻的计算方法相同阻的计算方法与定子绕绕线式转子绕组每相电、绕线式转子21212122211211)1dpdpdpdpFKKNNmmKNKNmmKK二、感应电机2、转子绕组每相电阻。槽间的电角度：之间的相位差是相邻两导条电流的，但是相位不同。各中电流的有效值是相等由于对称关系，各导体的端环构成。的导体和两边转子的一相，是由槽中接在一起的。因而对于导体是由转子的端环联。而且体因为每槽中只有一根导为转子槽数，每相导体数多相绕组，其相数等于个对称组，二应该将其看做一看做是一个对称三相绕鼠笼型转子不能将其再、鼠笼型转子22)(1)2Zp二、感应电机2、转子绕组每相电阻。看一个节点两根端环的电流之差条的电流等于其相联的中可知，每根导电角度。从图，相位差为有效值相等为流段构成，各段之间的电作由对于端环，可以将其看、鼠笼型转子)(14)22RIZ二、感应电机2、转子绕组每相电阻2sin22sin2)(14)22BRRBRIIIIIZ端环电流有效值为：。即：看一个节点的电流之差环流等于其相联的两根端中可知，每根导条的电电角度。从图相位差为，流有效值相等为段构成，各段之间的电作由对于端环，可以将其看、鼠笼型转子二、感应电机2、转子绕组每相电阻计算每相电阻时，可用接成星形的电阻来替代接成多边形的端环电阻。如图所示。等效的相电阻R2的电损耗应等于原来笼型转子绕组的电损耗即：导条槽中的面积；导条槽中的长度；式中：于是端环的平均直径。端环的面积；式中：由于于是阻。为相邻导条间的端环电导条电阻；式中：BBRRBBRRBBRBRRRRRRRRBRBRBRBRBRRBBBAlAPDZAlAZDpZAlpRZRRDAAZDAlRZpZpIIRRIIRRRRRRIZRIZRIZ)2()2(2:12sin22sin2,2)(2:22222222222222222222222222二、感应电机2、转子绕组每相电阻节介绍。在会显著增大，具体计算子频率较高，但是在起动时，由于转。组的电阻增加系数常工作时，笼型转子绕与绕线式转子相同，正。，所以一根导体，是集中绕组由于笼型转子每槽只有系数；定、转子绕组基波绕组、；一根导体，所以由于笼型转子每槽只有匝数；定、转子绕组每相串联、；一相，所以由于笼型转子每槽即为定、转子相数；、式中：乘以折算系数：实际值仍需进行折算，、鼠笼型转子641121)222122122212221121KKKKKNNNZmmmKNKNmmKFdpdpdpdpdp三、同步电机电枢绕组：每相绕组电阻的计算方法与感应电机定子绕组的计算方法相同。励磁绕组：电阻的计算方法与直流电机的计算方法相同。4.2绕组电抗的一般计算方法在交流电机等效电路中，除了电阻参数外，还有电抗参数。电枢绕组对应与气隙磁场的电感称为气隙磁场电感。气隙磁场分为：基波磁场：与之对应的电感称为主电感，相应的绕组电抗为主电抗；谐波磁场：与之对应的电感作为漏电感来处理，与之对应的就是漏电抗(或简称漏抗)电抗的计算方法有两种：磁链法和能量法。磁链法：对任何一个电路的电抗可以写成：X=L。在一定频率之下，电抗的计算归结为对电路的电感L的计算。iL:而电感又可以表示为则电感的计算又可归结为对磁链的计算。若电路处媒质的磁导率随磁场强度的变化而改变，则磁链不随电流线性变化，L不是常数。此时，应求电流变化一个周期内的电感平均值。4.2绕组电抗的一般计算方法求出电感后就可以求出电抗的值。通常把电抗、电阻等表示为表么值的形式。这样既可清晰和方便的表达出电机的某些性能，也便于对功率、电压、转速与额定值不同的电机进行参数和有关性能的比较。NmNmkWNNNNUXIXIIUUXIX**为：以标么值表示的主电抗作为电流基值。也采用功电流在感应电机设计中个，电流，作为基值。电机的额定相电压、相、式中：抗为：以标么值表示的绕组漏4.3主电抗计算主电抗即为相应于基波磁场或相应于同时交链定、转子绕组的主磁场的电抗。实际是指在多相对称绕组中通以对称多相电流所产生的气隙基波磁场所对应的电抗。感应电机：主电抗称为励磁电抗。同步电机：称为电枢反应电抗。计算感应电机主电抗时假定：1.电枢槽部导体中的电流集中在槽中心线上；2.铁磁物质磁导率m=∞；3.槽开口的影响用气隙系数来计及。4.3主电抗计算efefdpmmdpmefefefefdpdplINKpmΨΨBFNKΨBlKFHBpINKINKpmFdmddddmmddddd222,:,:35.12210111111111110101111，得到：将上式中相应的磁链的幅值为：每极基波磁通量为：。有效气隙长式中为气隙磁场基波磁密幅值磁动势的幅值为：所建立的气隙每极基波称电流后，由电枢电流相电枢绕组通以多相对在上述假设条件下，多4.3主电抗计算efefdpmmmlpNKmfIffLXdm2101)(4222主电抗为：相的磁导。匝时，单位轴向长度电枢绕组为槽，绕组为整距，当一对极，每相为比磁导的物理意义是：为主磁路的比磁导。式中：主电抗可以表示为：111421220efdpmmefmqKmlpqNfXdm可以看出：感应电机的主电抗或励磁电抗Xm，主要与绕组的每相有效匝数(NKdp1)2、电枢的轴向长度lef及极距与气隙之比/d有关。4.3主电抗计算maappaqaqqadaddXXXbBBkBBk和交轴，即：不分成直轴，因而电枢反应电抗交直轴的磁阻接近相等对于隐极同步电机，沿。，如图有关。可用作图法得出形状和极弧长度它们的值与磁极的结构值与其最大值之比。是电枢交轴磁场基波幅值与其最大值之比。是电枢直轴磁场基波幅2411凸极同步电机通常采用双反应理论，把主电抗分为：直轴电枢反应电抗Xad=kdXm交轴电枢反应电抗Xaq=kqXm4.3主电抗计算maappaqaqqadaddXXXbBBkBBk和交轴，即：不分成直轴，因而电枢反应电抗交直轴的磁阻接近相等对于隐极同步电机，沿。，如图有关。可用作图法得出形状和极弧长度它们的值与磁极的结构值与其最大值之比。是电枢交轴磁场基波幅值与其最大值之比。是电枢直轴磁场基波幅2411凸极同步电机通常采用双反应理论，把主电抗分为：直轴电枢反应电抗Xad=kdXm交轴电枢反应电抗Xaq=kqXm0.40.50.60.70.80.91.0p00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0kd,kqd0.050.03ddmax1.01.52.0kdkqdmaxd图4-2系数kd及kq4.3主电抗计算。一定时，可见：在得到：值。的气隙基波磁通密度幅感应电势为额定电压时式中：其中：的气隙磁动势。所需的基波磁通及相应中感应电势额定电压、在定子绕组、、波磁通及感应电势；产生的基波磁动势、基定子额定相电流、、式中：形式：将主电抗表示为标么值1*11101*10111111111111111*222222dddddddmmdBAXBAKABKFFXBBFKAKpDDmNIKNIpmFUEFUIEFFFUEUXIXmefmefdpNNmefNdpdpNdpNNNNNNNNNNNNNNNNNmNm4.3主电抗计算1NA144.4,221*1**21*21111aqadmqaqmdadmefmefefefNNkkBAkkXBAkkXXlNBXlNBANDlBKfNElBDNDmNIA对于隐极同步电机则：，电抗标么值为：对于凸极同步电机，主关的参数。求的住电抗及与电抗有合技术要，避免的处不合理或不负荷的比值应选择恰当因此，在设计时，电磁。增大主电抗，或机尺寸较大即势所需的绕组较多或电选的小，则感应一定电若；，主电抗增大增大选的大，则绕组匝数若；又线负荷dddddd4.