第四講參數(shù)計(jì)算

1、電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì) 第三講參數(shù)計(jì)算講課人：封海潮2015年3月提 要u電機(jī)的電氣參數(shù)；u繞組電阻的計(jì)算；u主電抗的計(jì)算；u漏電抗的計(jì)算：槽漏抗的計(jì)算；諧波漏抗的計(jì)算；齒頂漏抗的計(jì)算；端部漏抗的計(jì)算；漏抗標(biāo)幺值；籠型異步電機(jī)的斜槽漏抗。直流電機(jī)電氣參數(shù)勵(lì)磁繞組電阻Rf、勵(lì)磁繞組電感Lf電樞繞組電阻Ra、電樞繞組電感La交流同步電機(jī)電氣參數(shù)勵(lì)磁繞組電阻Rf、勵(lì)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交流異步電機(jī)電氣參數(shù)定子繞組電阻R1、定子勵(lì)磁電抗Xm定子漏抗x1轉(zhuǎn)子繞組電阻R2、轉(zhuǎn)子漏抗x21 電機(jī)的電氣參數(shù)2 繞組電阻的計(jì)算直流電阻u工作溫度：A、E、B

2、級(jí)絕緣750C；F、H級(jí)絕緣1150C交流電阻考慮集膚效應(yīng)0SlRRKRF0考慮溫升的影響),(1 1515ttt=0.017510-6m（t=150C）u引入電阻增加系數(shù)KF直流電機(jī)u每個(gè)支路上的電阻u電樞繞組電阻電阻率?；鶞?zhǔn)工作溫度時(shí)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(zhǎng)為繞組的總導(dǎo)體數(shù)式中;2;2aSlNaSlNRccaccaccaaSalNRaR2)2(21異步電機(jī)u定子繞組每相電阻計(jì)算公式。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(zhǎng)為繞組的每相串聯(lián)匝數(shù)式中1111111;2aSlNaSlNKRccccFu串聯(lián)繞組匝數(shù)N1？u半匝長(zhǎng)lc？LE1)(d21widthcl

3、異步電機(jī)實(shí)例分析u計(jì)算定子繞組電阻所需參數(shù)相數(shù)m=3極對(duì)數(shù)p=4槽數(shù)Z1=54定子內(nèi)直徑Di1=260mm定子軸向長(zhǎng)度l=200mm極距=Z1/(2p)；節(jié)距比beta=y/ ；雙層繞組（節(jié)距y=6）并聯(lián)支路數(shù)a=2線圈匝數(shù)N=10每相串聯(lián)匝數(shù)N1 =N*Z1/m/a裸徑1.18mm，4根并繞u繞組參數(shù)b1=7.3; b01=3.2; h01=0.8; h1=1.33; h12=25.8; r1=5.1齒寬bt1= *Di1/Z1-b1單位：mmsin(alfa0)=(b1+2*r1)/(b1+2*r1+2*bt1)cos(alfa0)=sqrt1-sin(alfa02Ty= *(Di1+2*

4、h01+h1+h12+r1)*beta/(2*p)平均節(jié)距長(zhǎng)度平均半匝長(zhǎng)度平均半匝長(zhǎng)度Lc=width1+2*(d+LE1)伸出長(zhǎng)d=1030mm，取15mm斜邊長(zhǎng)LE1=Ty/(2*cos_alfa0)11112aSlNRccu直流電阻計(jì)算結(jié)果：u齒槽參數(shù)異步電機(jī)u轉(zhuǎn)子繞組繞線型異步電機(jī)轉(zhuǎn)子頻率低，不計(jì)集膚效應(yīng)： KF=1；計(jì)算公式與定子繞組電阻計(jì)算公式相同。u轉(zhuǎn)子繞組籠型異步電機(jī)折算到定子方面的轉(zhuǎn)子每相電阻；折算系數(shù)K：2221121)(dpdpKNKNmmK m2和N2如何確定？u轉(zhuǎn)子繞組電阻計(jì)算籠型異步電機(jī)相數(shù)m2：籠型轉(zhuǎn)子是對(duì)稱多相繞組 當(dāng)轉(zhuǎn)子槽數(shù)不能被極對(duì)數(shù)整除時(shí)：m2 = z2，

5、即每一根導(dǎo)條就構(gòu)成一相，即每一根導(dǎo)條就構(gòu)成一相匝數(shù)N2：一根導(dǎo)條相當(dāng)于半匝，即N2=1/2導(dǎo)條中的電流每根導(dǎo)條電流的有效值相等，相位不同22Zp端環(huán)電流的有效值相等，相位差2sin2BRII端環(huán)電流與導(dǎo)條電流的關(guān)系：相位差（電角度）：u轉(zhuǎn)子繞組電阻計(jì)算籠型異步電機(jī)計(jì)算每相電阻時(shí)，可用接成星形的電阻來替代接成多邊形的端環(huán)電阻；阻。為相鄰導(dǎo)條間的端環(huán)電為導(dǎo)條電阻RBRRBBBRRRIZRIZRIZ;22222222,2)(2222RBRBRBRRIIRRR222sin22sin2ZpZpIIRB面積。為端環(huán)的平均直徑和截為導(dǎo)條的長(zhǎng)度和面積式中：RRBBRRBBRRBBRBSDSlSpDZSlSZD

6、pZSlpRZRR,;,)2()2(2222222222222則有：于是：等效變換前后，電阻的損耗不變。u轉(zhuǎn)子繞組電阻計(jì)算籠型異步電機(jī)轉(zhuǎn)子槽數(shù)能被極對(duì)數(shù)整除時(shí)：pzm22NNSS123456789101112每對(duì)極下的每一根導(dǎo)條就構(gòu)成一相。各對(duì)極下占相同位置的導(dǎo)條可看作是屬于一相的并聯(lián)導(dǎo)條，即每相有 p 根導(dǎo)條并聯(lián)。m2 = 6同步電機(jī)：同步電機(jī)電樞繞組的每相電阻的計(jì)算和感應(yīng)電機(jī)的算式一樣。繞組電抗的一般計(jì)算方法u主電抗相應(yīng)于基波磁場(chǎng)或的主磁場(chǎng)的電抗。 感應(yīng)電機(jī)：勵(lì)磁電抗 同步電機(jī)：電樞反應(yīng)電抗u漏電抗相應(yīng)于漏磁場(chǎng)的電抗。 槽漏抗、諧波漏抗、齒頂漏抗、端部漏抗等u標(biāo)幺值表示相電流為電機(jī)的額定相

7、電壓式中,*NNNNNNIUUxIIUxxfLLXiL2u計(jì)算方法：磁鏈法當(dāng)磁導(dǎo)率不變或變化不大，磁鏈與電流成正比，L為常值；當(dāng)磁導(dǎo)率受磁場(chǎng)強(qiáng)度影響時(shí)，應(yīng)求電流變化一個(gè)周期情況下，電感的平均值。3 主電抗的計(jì)算假設(shè)條件u電樞槽部導(dǎo)體中的電流集中在槽中心線上；u鐵磁物質(zhì)的磁導(dǎo)率=；u槽開口的影響用氣隙系數(shù)來計(jì)及。電樞電流基波氣隙磁密11101011( 2 )1.35dpdpefNKIFmBHFNKIpp每極基波磁勢(shì)幅值：每極基波磁通eflB1122111012() ( 2 )mdpdpefefmKNNKIlp 基波磁場(chǎng)產(chǎn)生的磁鏈3 主電抗的計(jì)算每相繞組主電抗efefdpmmmlpNKmfIffL

8、X2101)(4222定義主磁路的比磁導(dǎo)mefmlpqNfX204efdpmqKm212則有：異步電機(jī)和隱極型同步電機(jī)，主電抗可由上式直接計(jì)算得到。主電抗與哪些參數(shù)有關(guān)？3 主電抗的計(jì)算凸極同步電機(jī)：雙反應(yīng)理論（氣隙不均勻）其最大值之比。為交軸磁場(chǎng)基波振幅與其最大值之比；為直軸磁場(chǎng)基波振幅與交軸電樞反應(yīng)電抗等于直軸電樞反應(yīng)電抗等于qdmqaqmdadkkXkXXkXmax由大量的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)作圖得到。u異步電機(jī)主電抗的標(biāo)幺值NNNNNNNmNmFFUEUxIx111*01111122)2(22efNdpdpdpNBFKAKpDDmNIINKpmF1110*2BAkBAKxmefdpm則有： 當(dāng) 一

9、定時(shí)，主電抗標(biāo)幺值與 成正比。ef1BA)(1221電勢(shì)一定，極數(shù)一定時(shí)efefNDllBDNDmNIAm14XfKKENBNAdpNmu凸極型同步電機(jī)主電抗的標(biāo)幺值與其最大值之比。為勵(lì)磁磁場(chǎng)的基波幅值為交軸電樞反應(yīng)系數(shù)；為直軸電樞反應(yīng)系數(shù)；值：交軸電樞反應(yīng)電抗標(biāo)幺值：直軸電樞反應(yīng)電抗標(biāo)幺faqadfqaqmqNaaqNfaqaqfdadmdNaadNfadadkkkkkkBAkkFFkFkFkxkkkBAkkFFkFkFkx,1*1*u隱極型同步電機(jī)1aqadkk4 漏電抗的計(jì)算漏抗表達(dá)式EtseflpqNfX204us槽比漏磁導(dǎo)；u諧波比漏磁導(dǎo)；ut齒頂比漏磁導(dǎo)；uE端部比漏磁導(dǎo)。槽漏抗單

10、層整距繞組（以矩形槽為例）u假設(shè)條件：電流分布均勻；忽略鐵芯磁阻；磁力線平行于槽底u(yù)h0范圍內(nèi)的漏磁鏈幅值sefssefssefssssssblhINblhINNlhbFNN00200010112)2()(sefsxbdxlINhxd01)2(uh1范圍內(nèi)磁通：與 根導(dǎo)體匝鏈sNhx1dxblIhxNdhxNdsefsxsx02112)(sefshsefshxsblhINdxxIbhlNd10202210202231211)3(2100221ssefssssbhbhlIN槽磁鏈總和)3(21002ssefsssbhbhlNIL)3(221002ssefsssbhbhlfNfLX每槽漏感每槽漏抗

11、uh0范圍內(nèi)的漏磁鏈槽漏抗單層整距繞組（以矩形槽為例）u每相槽漏抗每相總槽數(shù)：2p*q每相支路數(shù)為a，則每相每個(gè)支路的總槽數(shù)為： 2p*q/a每個(gè)支路上的槽漏抗為：2sXapq)3(222100222ssefsssbhbhlfNapqXapqX每相槽漏抗：pqNaNmapqmNNss22槽導(dǎo)體數(shù)Ns與每相串聯(lián)匝數(shù)N的關(guān)系：.340120磁導(dǎo)為矩形開口槽的槽比漏式中ssssefsbhbhlpqNfX則有：槽漏抗單層整距繞組（以矩形槽為例）槽漏抗雙層整距繞組（以矩形槽為例）u方法：可采用單層整距繞組的分析方法 求出上層、下層線圈邊的自感及互感，然后相加得出總自感。baefsabbefsbaefsa

12、lNMlNLlNL020202)2()2()2(上下層邊互感下層邊自感上層邊自感)2()2(202abbaefsabbaslNMLLLu上下層線圈屬于同一相u每相槽漏抗槽漏抗雙層整距繞組（以矩形槽為例）pqNaNfLapqXapqXssss22222ssabssbssabhbhbhhhbhbhbh012103012:3,3導(dǎo)出采用積分的辦法可以推ssssssssssssabbasbhbhbhbhbhhhbhbhbhhhbhbhbh002131012103013432, )233(41)2(41則)2(41420abbassefslpqNfX式中對(duì)比單層整距繞組的槽比漏磁導(dǎo)的計(jì)算化式，不難看出：

13、總的比漏磁導(dǎo)槽漏抗雙層短距繞組（以矩形槽為例）u短距繞組上下層線圈可能不同相，則電流存在相位差具體有多少個(gè)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。132槽漏抗雙層短距繞組（以矩形槽為例）u當(dāng) 時(shí)，一個(gè)極距范圍內(nèi)，每相磁鏈（A相）132)(23()2(2)(23()2(2)(1 (3)2(2)(1 (3)2(220202020abAbAefsabAaAefsabCbAefsabBaAefsIIqlNIIqlNIIqlNIIqlN)2()2(2)2()2*2(22abbaefsabbaefsslNIlNIN每個(gè)槽的磁鏈：) 13()()2(220abbaefsAqqlNI用A

14、相電流表示B、C兩相的電流SefSSSefSsASlpqNffLXlpqNLpqNaNaIpL20202422,122每相槽漏抗每相漏抗計(jì)算槽漏抗雙層短距繞組（以矩形槽為例）u比漏磁導(dǎo)漏磁導(dǎo)為安放導(dǎo)體的槽下部比為槽口比漏磁導(dǎo)式中得以及并假定式代入將sLsULLUUSSSabbabhbhKKbhbhhhhh3;:)1679(3)413(:,2,0,003121649,43,31016118,416,32311679,413,132LULULUKKKKKK時(shí)當(dāng)時(shí)當(dāng)時(shí)當(dāng)諧波漏抗u除基波磁場(chǎng)外，還有諧波磁場(chǎng)，均會(huì)在繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，只不過諧波磁場(chǎng)在繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為漏抗壓降，也應(yīng)考慮到電勢(shì)平

15、衡方程中，不能忽略。u計(jì)算方法BlpImNKFFKFHBefdpef2211000efefdpdplINKpmNK2)(220efefdplNKpmfIfX2)(22220總的諧波漏抗：為諧波比漏磁導(dǎo)式中,)(422220sqmKqmlpqNfXXefdpefef 適用于氣隙均勻的交流電機(jī)，對(duì)于凸極同步電機(jī)，應(yīng)再乘以一個(gè)系數(shù)。諧波漏抗鼠籠轉(zhuǎn)子繞組u鼠籠轉(zhuǎn)子諧波磁場(chǎng)次數(shù):,21,21,12則及鼠籠轉(zhuǎn)子的繞組系數(shù)pqNKdp), 3, 2, 1(1222kpZkRpZpZkqmKqmlfXefefdpefef22222222222222022)11()(2式中22222)2(65)11(ZppZk

16、R 可查經(jīng)驗(yàn)曲線，亦可由左式近似計(jì)算得到。齒頂漏抗u對(duì)于同步電機(jī)，由于氣隙較大，齒頂漏抗較大。b0)1 (442020tqptdpefteftlpqNflpqNfx齒對(duì)應(yīng)于極靴區(qū)域td；齒對(duì)應(yīng)于極間區(qū)域tq 。端部漏抗u繞組連接方式不同，端部形狀不同；端部漏抗較為復(fù)雜。為端部比漏磁導(dǎo)。EEefElpqNfX,420u計(jì)算公式：)64. 0(47. 0)64. 0(67. 0EefEEefEllqllq分組情況不分組情況下EefEllq2 . 0)213(57. 0efElq為導(dǎo)條伸出鐵芯長(zhǎng)度。為轉(zhuǎn)子每極槽數(shù)；lZlpDlZpRefpE22)13. 12(2523. 0單層同心繞組：?jiǎn)螌渔準(zhǔn)嚼@組

17、：雙層疊繞組：籠型轉(zhuǎn)子繞組：端部漏抗的有限元求解漏抗標(biāo)幺值u計(jì)算公式NNNZXXUIX1mqKlFXdpNefN21102121111)(22NNdpNdpNNpFfNKmZmNKpFI1112NdpNNNNINKfIUZefNdpNlBKAF11122mqKkUEBIIABAkBAmqKXdpNNdp101111102;2時(shí)的氣隙基波磁密幅值相應(yīng)于感應(yīng)電勢(shì)時(shí)的線負(fù)荷當(dāng)電樞電流1BAX空載時(shí)：進(jìn)一步則u斜槽：消弱齒諧波磁場(chǎng)引起的附加轉(zhuǎn)矩及噪聲u減小了定、轉(zhuǎn)子間的互感電抗，增加了定、轉(zhuǎn)子漏抗。1R111EsXXXmskXK )1 ( )1 (mskXKmskXKsR2222EsXXX為轉(zhuǎn)子齒距為斜槽的扭斜寬度其中斜槽系數(shù)222