電機(jī)的主要參數(shù)之間的關(guān)系.ppt

1、、什么是主要尺寸？ 電機(jī)的幾何尺寸很多，有鐵心尺寸、繞組尺寸、外形尺寸、安裝尺寸，其它各種結(jié)構(gòu)部件的尺寸。但是究竟哪些是主要尺寸：電機(jī)的電磁過程主要是在氣隙中進(jìn)行的，其能量形式的轉(zhuǎn)換則是通過“氣隙主磁通”進(jìn)行的。 因此主要尺寸就必定與氣隙有密切關(guān)系。實(shí)踐證明，靠近氣隙的電樞直徑（D）與鐵心有效長度（lef）是電機(jī)的主要尺寸，而氣隙可以說是第三個尺寸。從幾何角度看，這些尺寸一經(jīng)確定了，其它尺寸就大體上確定了，而且不少電磁性能也就基本上為它們左右或稍許變動。,鐵心尺寸 繞組尺寸 其它尺寸大體確定 電機(jī)的幾何尺寸 外形尺寸 主要尺寸 不少電磁性能變化不大 安裝尺寸 （D、lef、）電機(jī)矢量確定 結(jié)構(gòu)

2、部件尺寸,電樞直徑D：交流電機(jī)（定子內(nèi)徑）,直流電機(jī)（轉(zhuǎn)子外徑）,二、本章研究內(nèi)容 1確定主要尺寸依據(jù)的基本關(guān)系式 選擇電磁負(fù)荷 確定主要尺寸； 2電磁負(fù)荷的選擇； 3確定主要尺寸的一般方法,2-1 電機(jī)的主要參數(shù)之間的關(guān)系式,一、幾個物理量 即找到主要尺寸與額定功率、轉(zhuǎn)速及電磁負(fù)荷的關(guān)系。,額定轉(zhuǎn)速：同步速,電磁功率（計(jì)算功率）：電機(jī)將電能（機(jī)械能）轉(zhuǎn)換成機(jī) 械能（電能），能量都是以電磁能的形式通過定轉(zhuǎn) 子間的氣隙進(jìn)行傳遞的，與之相對應(yīng)的功率稱為電 磁功率。 電磁功率在電機(jī)設(shè)計(jì)中用計(jì)算功率表示（ ）,）,、交流電機(jī)中,的關(guān)系,計(jì)算功率：,m 電樞繞組相數(shù)； E 電樞繞組相電勢； I 電樞繞組

3、相電流,其中電勢：,KNm 氣隙磁場波形系數(shù)，當(dāng)氣隙磁場正弦分布時；,f 電流頻率； N 電樞繞組每相串聯(lián)匝數(shù)； Kdp 電樞繞組系數(shù)； 每極磁通（韋）。,每極磁通：,B 氣隙磁密最大值（T）； Bav 氣隙磁密平均值；, 計(jì)算極弧系數(shù) Lef 電樞計(jì)算長度；, 極距（米）；,電負(fù)荷A：,D 電樞直徑（米）； 把上面關(guān)系代入：,對一定功率和轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的電機(jī)，B、A變動范圍不大，,、KNm、 Kdp變化范圍更小，CA一般為常數(shù)。,三、直流電機(jī) 計(jì)算功率：,其中電勢：,每極磁通：,電負(fù)荷A：,把上面關(guān)系代入：,比較：,直流電機(jī)中,四、的物理意義 1,是電機(jī)常數(shù)：對一定功率范圍內(nèi)電機(jī)B、A變動不大，

4、,、KNm、 Kdp變化范圍更?。?近似地表示轉(zhuǎn)子有效部分的體積，定子有效部分的體積也和它有關(guān)。,的物理意義：反映產(chǎn)生單位計(jì)算轉(zhuǎn)矩所耗用的有效材料（銅、鋁或電工鋼）的體積，并在一定程度上反映了結(jié)構(gòu)材料的耗用量。,2,是電機(jī)常數(shù),的倒數(shù)，叫作利用系數(shù)。,物理意義：,表示單位體積的有效材料所能產(chǎn)生的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，它的大小反映了電機(jī)有效材料的利用程度。 在設(shè)計(jì)方案比較時，往往是一項(xiàng)很好的比較指標(biāo)，隨著電機(jī)制造水平的提高，材料質(zhì)量的改進(jìn)，,將不斷增大。,并非總是常數(shù)，轉(zhuǎn)速一定時，,隨著電機(jī)功率的增大百減小，利用系數(shù),和轉(zhuǎn)矩應(yīng)力則隨電機(jī)功率的增大而增大。,小結(jié)：,確定主要尺寸的基本關(guān)系式找到 確定A 、B、

5、 根據(jù) 之間的曲線 ,五、計(jì)算功率與額定功率的關(guān)系,在設(shè)計(jì)電機(jī)時，一般都是給定額定功率，因此應(yīng)找出,與,的關(guān)系,異步電機(jī)： 輸入功率：,額定功率：,計(jì)算功率：,比較上兩式：,滿載電勢標(biāo)么值：,額定負(fù)載時感應(yīng)電勢與端電壓的比值,給定，,給定，,可先假設(shè)再得到計(jì)算功率,2.同步電動機(jī)：,3.同步發(fā)電機(jī)：,4.同步調(diào)相機(jī)：,5. 并勵直流發(fā)電機(jī)：,6.并勵直流電動機(jī)：,六、從確定主要尺寸關(guān)系式所得的結(jié)論,選定A 、B，,=0.630.72,電機(jī)的主要尺寸決定于：計(jì)算功率P與轉(zhuǎn)速n之比或計(jì)算轉(zhuǎn)矩； 可以看出：在其它條件相同時，計(jì)算轉(zhuǎn)矩相近的電機(jī)所消耗的有效材料相近，功率大、轉(zhuǎn)速高與功率小、轉(zhuǎn)速低的電機(jī)

6、其相近，則電機(jī)體積是接近。二者可采用相同的電樞 直徑與某些其它尺寸。,2.A 、B不變時，相同功率的電機(jī)，n，尺寸較?。?尺寸相同的電機(jī)，n，功率較大。 說明：n，可減小電機(jī)的體積V和質(zhì)量M，只能在一定轉(zhuǎn)速下；當(dāng)n太高的話，機(jī)械損耗，直流電機(jī)鐵耗，于是只好使A 、B。如n太高，機(jī)械應(yīng)力T； 3.轉(zhuǎn)速一定，若直徑不變而采用不同長度可得不同的功率的電機(jī)； 4. 、KNm、 Kdp一般變化不大，電機(jī)的主要尺寸在很大程度上和選擇的A 、B有關(guān)，A 、B，電機(jī)的尺寸就愈小。,結(jié)論：,1. 是常數(shù)，電機(jī)主要尺寸決定于,（T）,基本相同；,2. 一定，,3. 、KNm、 Kdp一定，給定,，,決定于A 、B

7、，選A 、B，,；,4. 一定，n一定，D一定，lef，P ，可得不同容量。,T相近（ ），電機(jī)體積上基本相同，,2-2 電機(jī)中的幾何相似定律概述 什么是幾何相似？ 指電機(jī)對應(yīng)的尺寸具有相同的比值。 如：A、B兩臺電機(jī)若是幾何相似，則它們的對應(yīng)尺寸成比例， 即：,2.幾何相似定律： 在電流密度、磁感應(yīng)強(qiáng)度、轉(zhuǎn)速、頻率保持不變時，對一系列功率遞增，幾何相似的電機(jī)，每單位功率所需有效材料的質(zhì)量 的1/4次方成反比的定律稱幾何相似定律。,、成本,及產(chǎn)生的損耗與功率,證明： 條件：,保持不變, 長度與功率,之間的關(guān)系,代入,，, 與 的關(guān)系,有效材料的成本,與損耗,與,成正比。,有效材料重量與體積成正

8、比，也與長度 的立方成正比；, 單位功率所需有效材料的質(zhì)量,、成本,及產(chǎn)生的損耗與功率,的關(guān)系,即得：幾何相似定律：在,對一系列功率遞增、幾何形狀相似的電機(jī)，每單位功率所需有效材料的,、成本,及產(chǎn)生的損耗,與功率,成正比。,保持不變時，,4用途： 這定律可用來大體上估計(jì)與已制成電機(jī)幾何相似，但功率不同的電機(jī)的質(zhì)量、成本或損耗不同； 也可用來分析通常是幾何相似的系列中各規(guī)格電機(jī)之間的對應(yīng)關(guān)系。,5解釋幾個問題 為什么在可能的情況下盡可能采用大功率電機(jī)來代替總功率相等的數(shù)臺小功率（為什么要提高單機(jī)容量）？,隨著單機(jī)容量增加，其有效材料的重量 、成本的增加相對容量的增加要慢。因此有效材料的利用率提高

9、了，損耗增加相對容量增加也慢，因此效率提高了。人們常說的電機(jī)怕效率也就是這個道理。,為何冷卻問題對大功率電機(jī)比對小功率電機(jī)更顯得重要（也就是人們常說的大電機(jī)怕溫升）？,電機(jī)損耗與長度 的立方成正比，而冷卻表面卻與長度成正比，功率,，長度,，損耗,冷卻表面,，故電機(jī)溫升,因此就必須設(shè)法改變冷卻系統(tǒng)或冷卻方式，放棄它們的幾何形狀相似。,2-3 電磁負(fù)荷的選擇,根據(jù)確定主要尺寸的關(guān)系式來看：,在正常的電機(jī)中，,實(shí)際上變化不大，,因此在計(jì)算功率和轉(zhuǎn)速一定時，主要尺寸,就決定于電磁負(fù)荷,從上式看出，,越大,越小，質(zhì)量越輕，成本越低。,因此希望,一點(diǎn)好。,但是,選擇與許多因素有關(guān)，,它將影響電機(jī)的其它性能

10、，它不但影響有效材料的耗用量，對電機(jī)的參數(shù)、啟動和運(yùn)行影響較大。究竟如何選擇才好？下面介紹具體選擇方法。,一、電磁負(fù)荷對電機(jī)性能和經(jīng)濟(jì)性能的影響,（一）電負(fù)荷A較高,沿電樞圓周單位長度上的總電流（安/米）,1優(yōu)點(diǎn)： 電機(jī)的尺寸和體積將減小，可節(jié)省鋼鐵材料；,電機(jī)有效材料近似表示轉(zhuǎn)子有效部分體積, 一定時，由于鐵心質(zhì)量減小，鐵耗減小。,B,（,一定時）,2 缺點(diǎn)： 繞組用銅（鋁）量將增加；, 增大了電樞單位表面上的銅（鋁）耗，使繞組溫升增大； 繞組有效部分（即槽內(nèi)部分）的銅耗為：,電樞表面的銅（鋁）耗為：,電機(jī)溫升 AJ 熱負(fù)荷的大小 溫升不超過一定限度 AJ 不能超過一定限度 A，J 有銅量

11、（,）, 改變了電機(jī)參數(shù)和電機(jī)特性。 由后面4-3可知交流繞組的電抗（互感電抗或漏電抗）的標(biāo)么值,1）異步電機(jī)：啟動轉(zhuǎn)矩，最大轉(zhuǎn)矩，啟動電流； 2）同步電機(jī)：電壓變化率，短路電流，短路比，穩(wěn)定度； 3）直流電機(jī)：換向惡化，換向時電抗電勢和電樞反應(yīng)電勢影響換向電流的變化。,（二）氣隙磁密B較高 1優(yōu)點(diǎn)：電機(jī)的尺寸和體積較小，可節(jié)省鋼鐵材料。,2 缺點(diǎn)： 使電樞基本鐵耗增大；,基本鐵耗 = 鐵心質(zhì)量 比損耗 （單位質(zhì)量鐵心中損耗）,a),b), 氣隙磁位降和磁路飽和程度將增加；,a) 同步機(jī)、直流機(jī)：由于上面兩原因使勵磁磁勢勵磁繞組用銅量勵磁損耗效率、勵磁繞組溫升，使勵磁繞組排列困難或?qū)е麓艠O和電

12、機(jī)外形尺寸加大。,b)異步機(jī)：勵磁電流, 改變了電機(jī)參數(shù)和電機(jī)特性。,和氣隙磁密,二、電負(fù)荷,A,A、,1. 不應(yīng)選擇過高,2. 的比值要適當(dāng),A、,這比值影響電機(jī)的參數(shù)和特性；影響銅、鐵的分配，即影響電機(jī)效率曲線上出現(xiàn)最高效率的位置（可變損耗=不變損耗，效率最大）。,一般輕載電機(jī)A大點(diǎn)，,小點(diǎn)，使效率較主高。,（輕載I，pcu,可變損耗小，A，可變損耗=不變損耗）,3. 的選擇要考慮冷卻的條件,A、,防護(hù)式冷卻方式條件較好，A、 選擇一般比同規(guī)格封閉式的高，對一般小型異步電機(jī)通?？筛叱?5-20%。,4.A、,絕緣結(jié)構(gòu)的耐熱等級愈高，電機(jī)允許溫升愈高，A； 導(dǎo)磁材料（包括結(jié)構(gòu)部件材料）性能越

13、好， ；,電樞繞組用鋁 RAl大 A、,比銅要好,的選擇要考慮所用材料和絕緣結(jié)構(gòu)的等級,5.A、,的選擇要考慮,（圓周速度取決于,和n的大小,）,總的說，電磁負(fù)荷的選擇要考慮的因素很多，很難從理論上來確定。通常主要參考電機(jī)工業(yè)長期積累的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并分析對比設(shè)計(jì)電機(jī)與已有電機(jī)之間在使用材料、結(jié)構(gòu)、技術(shù)條件、要求等方面的異同后進(jìn)行選取。,關(guān)于A、,的具體選用值可參看后序文章。,，冷卻條件、電機(jī)結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，,體積,隨材料性能,2-4 電機(jī)主要尺寸比的選擇及確定主要尺寸的一般方法,在正常的電機(jī)中，,實(shí)際上變化不大，因此在,計(jì)算功率和轉(zhuǎn)速一定時，,當(dāng)電磁負(fù)荷,選定后，則可確定,（主要尺寸比）,大小影響

14、電機(jī)運(yùn)行性能、經(jīng)濟(jì)性、工藝性。,一、,大小的影響,一定，,，,（極距），,較大時：,大，電機(jī)較細(xì)長（,較大、,線圈的跨距較??；繞組端部變短，端部用銅（鋁）量相應(yīng)減少； 在正常范圍內(nèi)可提高繞組銅的利用率。各結(jié)構(gòu)部件尺寸較小，重量輕，因此單位功率的材料消耗較少，成本低。,較?。?，,一定：, 單位功率耗材 成本,一定：,，,，,一定：,一定：, 端部較短 端部漏抗總漏抗,一定：, 冷卻條件變差 導(dǎo)致軸向溫,，在采用氣體作為冷卻介質(zhì)時，風(fēng)路加長，冷卻條件變差，導(dǎo)致軸向溫度分布不均勻度增大，必須加強(qiáng)冷卻措施。如主要依靠機(jī)座表面散熱的封閉式電機(jī)，熱量主要通過定子機(jī)座向外散熱，對散熱有利。 對無徑向通風(fēng)道開

15、啟式或防護(hù)式電機(jī)，為了充分利用端部散熱效果，,，端部。,度分布不均勻度增大 , 線圈數(shù)目 線圈制造工時絕緣材料 但, 鐵心長 沖片數(shù)目沖剪疊壓工時，沖模易損壞, D 機(jī)座加工工時下線難度大（跨距小）工時, D 轉(zhuǎn)軸加粗（為了保證足夠的轉(zhuǎn)子剛度）, , 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量小，va 大 轉(zhuǎn)速較高的電機(jī)或要求時間常數(shù)較小的電機(jī)是有利,二、選擇,時的考慮 考慮參數(shù)與溫升 考慮節(jié)約用銅（鋁） 考慮轉(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)度 考慮轉(zhuǎn)動慣量,三、多種不同電機(jī),1異步電機(jī),大致的范圍,極數(shù)多的電機(jī)，繞組跨距小，電機(jī)端部較短，鐵心可以長，,大些；極數(shù)少的電機(jī)，為了保證軛磁密不過高，軛厚，D大，,小。,（一般,=1-1.3為好）,2同步電機(jī),一般,隨極數(shù)增加而,。,3直流電機(jī),四、確定主要尺寸的一般方法 這里只介紹電機(jī)主要尺寸確定的一般方法。某些電機(jī)可根據(jù)其本身特點(diǎn)而采用不同的步驟，甚至將主要尺寸的關(guān)系式寫成其它的形式。,2-5 系列電機(jī)及其設(shè)計(jì)特點(diǎn),1系列電機(jī)就是指技術(shù)要求、應(yīng)用范圍、結(jié)構(gòu)型式、冷卻方式、生產(chǎn)工藝基本上相同，功率及安裝尺寸按一定規(guī)律遞增，零部件通用性很高的一系列電機(jī)。,2系列電機(jī)的優(yōu)點(diǎn) 由此減少材料與工設(shè)計(jì)時，消耗、降低成本：由于它們的生產(chǎn)工藝過程與另部件型式相同，可以充分利用沖模、模