電機電磁計算說明書

1、實用標(biāo)準(zhǔn)文檔鼠籠型轉(zhuǎn)子三相異步電動機電磁計算說明一、 主要性能數(shù)據(jù).電動機五個重要的性能指標(biāo)效率卜功率因數(shù)cos卜最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)Tst、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)Tst、堵轉(zhuǎn)電流倍數(shù) 1st。.電動機的額定值額定功率：電動機在額定情況運行下，由軸端輸出的機械功率，單位 kWo額定電壓：電動機額定運行時外加于定子繞組上的線電壓，單位 V。額定頻率：電動機額定運行時電網(wǎng)頻率，單位 Hz。額定電流：電動機在額定電壓、額定頻率下、軸端有額定功率輸出時，通過定子繞組的線電流單位Ao額定轉(zhuǎn)速：電動機在額定電壓、額定頻率下、軸端有額定功率輸出時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，單 位 r/min。.在電磁計算中什么是標(biāo)幺值？怎么表示？標(biāo)幺值是

2、一種比值，它表示的是實際值與基值的比例關(guān)系。一般按下面的方法表示。如、一 ,117E子相電流I 1的表么值用i1表小，i1。I KW.為什么在電磁計算中要使用標(biāo)幺值？在電磁計算中采用標(biāo)幺值不但可以方便計算，又可清楚的反映各參數(shù)之間的關(guān)系。.電磁計算中基值有那些。功率基值：額定輸出功率 P2,單位kW電壓基值：額定相電壓 U1,單位V電流基值：功電流Ikw ,單位A文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)文檔, Ui 、阻抗基值：,單位I KW.輸出功率的計算過程P23 Ii cos Ui （11每相電流、Ui相電壓）因為，丫接時un J3 U1, 接時in J3 I1（用相量計算可證明）故：F23 UN IN cos

3、.功電流的計算.F2 103 田八 A功電流：I KW ,單位Ao3 Ui二、三相交流繞組.對三相交流繞組的要求a.在一定的導(dǎo)體數(shù)下，獲得較大的基波電勢和基波磁勢。b.三相電勢和磁勢必須對稱，即三相大小相等相位互差i20。c.電勢和磁勢波形盡可能接近正弦波，諧波分量要小。d.用銅量少，絕緣性能和機械性能可靠。.三相繞組的分類a.按槽層數(shù)分類，可分為雙層繞組和單層繞組。b.按每極每相槽數(shù)分類，可分為整數(shù)槽繞組和分?jǐn)?shù)槽繞組。c.按排列方式可分為，雙層繞組可分為迭繞組、波繞組；單層繞組可分為等元件 繞組、單層交叉繞組和單層同心繞組。.每極每相槽數(shù)q為了使三相電勢相等，每相在每極下應(yīng)占有相等的槽數(shù)，該

4、槽數(shù)成為每極每相槽數(shù)。一 般用q表示，q -Z （Z為槽數(shù)，p為極數(shù)）。q可以是整數(shù)，也可以是分?jǐn)?shù)。文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)文檔 b分?jǐn)?shù)時q a 中c不能是3或3的倍數(shù)。 c.最大并聯(lián)支路數(shù)abd對于整數(shù)槽amax D ,對于分?jǐn)?shù)槽q a, amax cc.極距和節(jié)距y極距 Z （槽），當(dāng)線圈的節(jié)距y時成為等距繞組，當(dāng) y時成為短距繞組。在D電動機設(shè)計中一般采用短距繞組來降低高次諧波的影響。三相交流電機的磁路計算1.感應(yīng)電勢1.感應(yīng)電勢當(dāng)磁通密度幅值為B當(dāng)磁通密度幅值為Bm的正弦磁場以速度V切割長度為l的導(dǎo)體時，會在導(dǎo)體部感應(yīng)強度為幅值E的電勢，即 為幅值E的電勢，即 EBmBm的單位為 T , l的

5、單位為 m , v的單位為m/sm/s時，E的單位為V。2.導(dǎo)體電勢根據(jù)電路基礎(chǔ)，導(dǎo)體電勢得有效值Eci2.導(dǎo)體電勢根據(jù)電路基礎(chǔ)，導(dǎo)體電勢得有效值EciE1m 2,22 f（推導(dǎo)過程省略），其中f為頻率，為每極磁通。3.匝電勢3.匝電勢線圈得兩條邊在不同極下，感應(yīng)電勢的大小相等、方向相反，且在時間上相差180 ,故整距線圈的匝電勢Et1 2Ec1 4.44 f ,考慮到短距對電勢的影響， Eti 2Ec1 4.44 f Kp1 ,其中Kp1 sin（以90 ）成為短距系數(shù)。.線圈電勢匝線圈的電勢Ey1Et1.線圈組電勢文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)文檔考慮到線圈的分布對電勢的影響（存在電角度差）,線圈組（考

6、慮到線圈的分布對電勢的影響（存在電角度差）,線圈組（q個線圈）的電勢Eqiq EEqiq Eyi G ,其中q asin +Kdi2,稱為繞組的分布系數(shù)。（aaq sin26.相電勢、每相磁通量E 4.44K dpi f,E 4.44K dpi f,其中kdpikdi卜山為每極磁通量,為每相串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)。在電磁計算中一般要先假定電勢求磁通，即2.22 f1KdpiE （0.850.95） Ui,其中U i為定子繞組每相電壓。.磁通密度、磁勢的計算電機的每極磁路通過了 2個定子齒、i個定子輾、2個轉(zhuǎn)子齒、個轉(zhuǎn)子輾、2個氣隙。定子齒部磁密Bti轉(zhuǎn)子齒部磁密Bt2F電機的每極磁路通過了 2個定子齒、i

7、個定子輾、2個轉(zhuǎn)子齒、個轉(zhuǎn)子輾、2個氣隙。定子齒部磁密Bti轉(zhuǎn)子齒部磁密Bt2Fs定子輛部磁密BciSc1轉(zhuǎn)子輾部磁密Bc2Sc2氣隙磁密BqgFsS其中Fs是反應(yīng)磁路飽和影響的波幅系數(shù)，S為各部分磁路面積。在求得磁路各部分磁通密度后，根據(jù)鐵心的磁化曲線可獲得各部分的單位長度磁勢用at乘以各部分磁路長度l可得到各部分磁路的磁勢，但氣隙磁勢求法不同。ATg0.8 Bg ge,其中g(shù)e g KCi Kc2為有效氣隙長度。將各部分磁路的磁勢相加可得每極所需磁勢 AT 文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)文檔磁密的單位為Tesla (國際單位制)或 Gauss, 1T 10000G磁勢的單位為 A或AT (Amp Tur

8、n ) .磁化電流222 AT p滿載磁化電流Im P單位A。mKdpi滿載磁化電流標(biāo)么值 。ImI kw TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark39 o Current Document 1U1激磁電抗標(biāo)么值xm( Xm-)i mI m空載電勢標(biāo)么值e01 im % ( E0 Ui Im Xi),其中Xi為考慮定子槽漏磁、 端部漏磁、諧波影響的等效電抗，其實際值的單位為。滿載電勢標(biāo)么值 e 1 (ip r1 ir Xi) (E Ui (Ip Ri I r Xi)其中ip為定子1電流中的有功分量的標(biāo)么值ip - i1 cos , ir為定子電流中的無功分量ir i

9、m ix i1 sin , ix為滿載電抗電流其大小反應(yīng)了電機的漏磁、可用電路法直接求解出O據(jù)空載磁路可得空載磁化電流m02.22 AT0 p據(jù)空載磁路可得空載磁化電流m02.22 AT0 pm Kdp1諧波影響的程度,e0 .Bt10 Bt1),根e9.電機的電流電流是電機計算中的最關(guān)鍵參數(shù)，電磁計算其實就是計算電機各部分電流O有功電流概念：有功電流是指定子電流中以做功(發(fā)熱或產(chǎn)生機械能)形式消耗掉的部分，用I p表不。無功電流概念：無功電流是指定子電流中用于能量轉(zhuǎn)換(激勵磁通、電抗電流)的部分,文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)文檔實用標(biāo)準(zhǔn)文檔其本身不產(chǎn)生熱量，用1r表不。定子電流是有功電流分量和無功電流分

10、量的矢量和，用I 定子電流是有功電流分量和無功電流分量的矢量和，用I 1表不。Il JI P I 22miKdpi .轉(zhuǎn)子電流（導(dǎo)條電流）125 P lx ,有效值I212 I KW ,試中Q2KdpiQ2LQ2多相繞組（每根導(dǎo)條為一相），實際上轉(zhuǎn)子繞組共有 N根導(dǎo)體，其繞組系數(shù)為 1。、， .、Q2P 端環(huán)電流Ir I2,即表示將端環(huán)電流按電角度 （一P ）折算后，用導(dǎo)條電PQ2流計算。電動機的功率方程.平衡方程P2Pi Pcul PfeBu2 Ps Pfw是功率平衡方程。方程中所有項目都為有功功率即以發(fā)熱和做功的形式消耗，以下逐項說明。.額定功率P2J3un in cos是通過電機轉(zhuǎn)軸輸出

11、的額定機械功率。.輸入功率P V3 Un In cos是輸入電機的有功電功率。.定子銅耗2Pcui 3 Ii Ri是定子電流與定子電阻產(chǎn)生的電功率，也發(fā)熱形式消耗。.定子鐵耗Pfe 3 I0 Rm （）是定子鐵心受磁滯現(xiàn)象和渦流現(xiàn)象影響的熱損耗，在實際計算中是通過鐵心磁路各部分磁通密度查到對應(yīng)的每單位損耗值，再乘以鐵心總重量，在通過校文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)文檔正系數(shù)得到的。鐵耗的大小與最大磁密、額定頻率、材料用量、單片厚度成正比。注意,實際中還存在轉(zhuǎn)子鐵耗，但轉(zhuǎn)子頻率非常低f2 S fi,故可忽略不計。.轉(zhuǎn)子銅耗2Pcu2 I2 R2是轉(zhuǎn)子電流與轉(zhuǎn)子電阻產(chǎn)生的電功率，也發(fā)熱形式消耗。.雜散損耗Ps是

12、反應(yīng)漏磁通、諧波磁通、磁諧波磁通產(chǎn)生的有害附加轉(zhuǎn)矩對電機的損耗，一般按經(jīng)驗或標(biāo)準(zhǔn)選取。.機械損耗Pfw是考慮風(fēng)扇和軸承對電機的損耗，一般按經(jīng)驗取。9.轉(zhuǎn)差率9.轉(zhuǎn)差率P ，S 產(chǎn)表示為銅耗占總電磁功率的比例，式中Pfe為旋轉(zhuǎn)鐵耗約占鐵耳 PfePsPfw耗的65%。10.效率P2一為輸出功率與輸入功率的比值。11.功率因數(shù)cos最大轉(zhuǎn)矩電動機的最大轉(zhuǎn)矩與額定電壓的平方成正比，與頻率成反比。轉(zhuǎn)差率可以影響最大轉(zhuǎn)矩時轉(zhuǎn)差點。起動計算鼠籠型轉(zhuǎn)子電動機的起動計算十分復(fù)雜，因為起動時，起動電流很大，導(dǎo)致磁路飽和，文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)文檔磁路的各個參數(shù)改變，不能按原磁路參數(shù)計算。另外由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)條有集膚效應(yīng)（又

13、稱擠流效應(yīng)）使轉(zhuǎn)子的有效槽高變短，又改變了轉(zhuǎn)子參數(shù)。下面簡單介紹一下這些關(guān)鍵參數(shù)。Kz起動時由于磁路飽和引起漏抗變化系數(shù)。Kr考慮集膚效應(yīng)使轉(zhuǎn)子電阻增加系數(shù)。一般大于1Kx考慮集膚效應(yīng)使轉(zhuǎn)子電抗減小系數(shù)。一般小于1 U11 一j 八起動電流倍數(shù)1st 一,表不起動電流與額定電壓成正比與起動阻抗成反Zst 1l Zst ii比。（r“起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)Tst 號（1 S）,所以要想明顯的增大起動轉(zhuǎn)矩，就需要增大轉(zhuǎn)子起動Zst電阻在總起動阻抗中的占有率。電磁計算中關(guān)鍵尺寸及其影響.沖片、槽形尺寸在相同磁密的情況下沖片尺寸越大其磁通越大，也就是出力越大。B 一。S在相同沖片的下，定子槽形越大，其能容納的導(dǎo)

14、體面積越大，可以降低電密，減小熱負荷，減小電阻（匝數(shù)不變）和定子銅耗，降低槽滿率（匝數(shù)、線規(guī)不變），但定子齒部磁密升高，激磁電流增大導(dǎo)致定子電流增大（滿載時影響不大），鐵耗增大。在相同沖片的下，轉(zhuǎn)子槽形增大，可降低導(dǎo)條電密，減小熱負荷，減小轉(zhuǎn)子電阻和轉(zhuǎn)子銅耗，但轉(zhuǎn)子齒部磁密升高，激磁電流增大導(dǎo)致定子電流增大（滿載時影響不大），無轉(zhuǎn)子鐵耗故鐵耗不受影響。但影響最大的是起動性能，使起動轉(zhuǎn)矩大幅下降。調(diào)整轉(zhuǎn)子沖片槽形可以在起動轉(zhuǎn)矩減小不大的情況下，有效的降低起動電流；采用短槽形可以增大起動轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)差率，適用于高轉(zhuǎn)差電機。所以說，轉(zhuǎn)子槽形的合理性是十分重要的。文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)文檔.氣隙尺寸氣隙是電機中

15、機電能量轉(zhuǎn)換的重要部分，其尺寸十分重要。空氣的磁導(dǎo)率要遠低于鐵磁材料（相關(guān)知識見電磁場教材），所以雖然氣隙很小但所需的激磁磁勢卻是最大的，由于激磁電流為無功電流，所以說減小氣隙可以顯著提高功率因數(shù)，但會導(dǎo)致氣隙中的附加轉(zhuǎn)矩增強，影響電機的轉(zhuǎn)矩，雜散損耗增大，裝配困難。.鐵心長度在相同的磁通下，鐵心越長磁密越低，鐵耗越低，熱負荷下降。有助于提高效率。加長鐵心的最明顯缺點是浪費材料，和可能造成端部緊。.繞組匝數(shù)這是個十分重要的參數(shù)，在感應(yīng)電勢一定時，匝數(shù)越少，產(chǎn)生的磁通就越大 E,減小匝數(shù)可以提高電流，但磁密也相應(yīng)提高，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩、最 2.22 fiKdpi大轉(zhuǎn)矩增大，堵轉(zhuǎn)電流也隨之提高。.繞組材料

16、鼠籠型電動機的定子繞組一般由銅圓線或扁銅線繞制而成，而轉(zhuǎn)子鼠籠則根據(jù)不同需求采用不同的材料。a.普通低壓鼠籠型電機和高轉(zhuǎn)速高壓電機一般采用鑄鋁鼠籠。其優(yōu)點是工藝簡單，機械性能可靠，價格便宜，能滿足一般。b.部分低轉(zhuǎn)速的高壓電機，和熱容量要求大的低壓電機一般采用銅條轉(zhuǎn)子。其優(yōu)點是，轉(zhuǎn)子電阻小，產(chǎn)生的熱量小，可提高效率，材料材質(zhì)均勻不會出現(xiàn)細條、斷條、氣孔等缺陷。其缺點也很明顯，價格高，工藝性差（導(dǎo)條與端環(huán)焊接），轉(zhuǎn)矩低，易受離心力影響。,轉(zhuǎn)子鼠籠用鋁鎰合c.對于對起動轉(zhuǎn)矩要求高的電機（如起重及冶金用電動機）,轉(zhuǎn)子鼠籠用鋁鎰合文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)文檔金鑄成，其特點是轉(zhuǎn)子電阻率高，起動轉(zhuǎn)矩大。但缺點是轉(zhuǎn)

17、子電阻大，轉(zhuǎn)子發(fā)熱大，電機效率低。（銅耗是普通鑄鋁的大約 2倍）。電磁計算時各主要參數(shù)和常見問題.定子電流、定子電流密度定子相電流用Ii表示， 是電磁計算中至關(guān)重要的物理量。定子電流的大小取決于激磁電流和轉(zhuǎn)子電流，一般設(shè)計合理的電機不同方案的額定電流基本在一定圍。定子電流密一 . Ii -度Ji 其中Si為每匝導(dǎo)體有效面積，電流密度對電機的發(fā)熱影響很大，應(yīng)注意a1 Si2取值應(yīng)在合理圍（2.54.0A/mm ）,太高則導(dǎo)致電機溫升過高，太低則浪費材料。.激磁電流激磁電流Im （空載時為Im0 , I m0 Im）為純無功電流，作用是建立旋轉(zhuǎn)磁場。激磁電流過大會導(dǎo)致功率因數(shù)降低、定子損耗過大、效

18、率降低。降低 Im的方法有減小氣隙、采用磁化性能更好的鐵磁材料（具體可參考鐵磁材料的磁化曲線）、在磁通密度B合理的條件下盡量減小磁路體積。其中減小氣隙可有效的降低激磁電流提高功率因數(shù)，但會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子裝配困難、增大寄生轉(zhuǎn)矩和雜散損耗。.轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電流I2基本上是有功電流（還包含無功的電抗電流），在電動機負載一定的條件下，轉(zhuǎn)子電流的有功部分基本不變（轉(zhuǎn)子電流的有功分量與負載大小成正比），其無功部分的與電機的等效電抗和有功電流的乘積成正比。.定子電阻定子電阻就是定子每相繞組的電阻，計算時是根據(jù)材料的電阻率算出，試驗時是用直流電橋測出。電動機的定子電阻一般都很小，對磁路的影響也不大，但如果合理的控制繞

19、組端部尺寸可減小定子電阻，從而降低定子銅耗提高效率。文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)文檔.等效電抗等效電抗X是綜合反應(yīng)電機由于槽漏磁、繞組端部漏磁、諧波影響、斜槽設(shè)計對電機磁路的影響。等效電抗過大會增大無功電流使電機效率、功率因數(shù)降低。采用合理的節(jié)距可有效降低諧波影響。轉(zhuǎn)子采用斜槽設(shè)計（也可采用定子斜槽）可有效降低齒諧波的影 響。采用磁性槽楔或閉口槽設(shè)計可減少槽漏磁。減小端部尺寸可降低端部漏磁。.磁通密度（磁感應(yīng)強度）磁通密度B再磁路計算中一般分為5部分，其中氣隙磁密一般取值0.50.8T,定子齒部磁密冷軋片一般不要高于 1.6T ,熱軋片一般不要高于 1.5T （最好仔細研究材料的磁化曲線找出最佳磁密點）。因為轉(zhuǎn)子頻率非常低，轉(zhuǎn)子磁密可以略高，但轉(zhuǎn)子磁密太高會增大激磁電流和電抗電流，使轉(zhuǎn)子銅耗增加。為了提高電機的效率，并使材料充分利用，定子磁密選在 1.48T1.52T （硅鋼片50W470 ）為最佳點，其它類型硅鋼片需 進一步試驗總結(jié)。.磁場強度鐵磁材料的磁場強度 H與磁通密度B并非線性關(guān)系，需要根據(jù)鐵磁材料的磁化曲線來B _ ,查。而仝氣隙的磁場強度與磁通號度有如下關(guān)系H ,其中 00410 7（H /m）為真空磁導(dǎo)率。.效率效率是輸出功率與輸入功率的比值。要提高效率