电机设计及其CAD第3章课件.ppt
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1、School of Electrical Engineering,1,2023年3月13日星期一,主磁路:磁路计算漏磁路:漏磁系数 一、磁路计算的基本原理电机分成若干扇形,每扇形一对磁极,即一对极的范围。只计算一个扇形范围内磁路即可确定建立磁场所需要的磁动势。,School of Electrical Engineering,2,2023年3月13日星期一,取一条通过磁极中心线的闭合回路,根据全电流定律:闭合回路磁位降回路包围的电流即每对极励磁磁势实际分布复杂,为简化计算,各部分复杂磁场简化为等效磁路等效磁路:各段磁路上磁压降应等于磁场内对应点之间的磁压降,并认为在各段中磁通沿截面均匀分布,各
2、该段中磁场强度为恒值。其中Hi为第i段磁路的磁场强度,Li为第i段磁路的长度。,School of Electrical Engineering,3,2023年3月13日星期一,只计算半条磁路:一对极磁路中两个极的磁路情况相似,半条回路磁压降等于每极励磁磁势。磁路划分原则:(1)每个磁路为同一材料(2)磁路的截面积大体相同(3)流过该磁路中各截面的磁通相同各类电机的磁路划分:(1)空气隙(2)定子轭(3)定子齿(或磁极)(4)转子齿(或磁极)(5)转子轭,School of Electrical Engineering,4,2023年3月13日星期一,空气隙磁位降占较大比例(6085以上)二
3、电机中常用磁性材料 铁心:涂漆硅钢片,叠片减少铁耗,电阻大,在弱磁场或中等磁场下,导磁性提高,强磁场下导磁性弱磁极与磁极相连的磁轭:低碳钢板,结构钢或低合金钢凸极同步电机磁极用整块锻钢直流电机磁轭可用铸钢汽轮发电机转子采用高导磁、高机械性能的低碳合金锻件。,School of Electrical Engineering,5,2023年3月13日星期一,永磁磁极:永磁体 硅钢片分热轧和冷轧 热轧:锻件热轧成薄板几层薄板一起热轧多次,直至达到要求的厚度酸洗,去掉氧化层轻度冷轧提高平整度高温退火(815875度),提高磁性能。缺点:表面粗糙、占空系数低、厚度精度差冷轧:冷轧成形,表面涂绝缘层,保证
4、片间绝缘,且其热膨胀系数比硅钢低,室温下对硅钢施加应力,有利于降低铁心损耗。冷轧钢分为:1、含硅量13,损耗低、导磁性能好2、无硅钢片(含硅0.5以下)价格低、导磁、,School of Electrical Engineering,6,2023年3月13日星期一,导热性能及焊接性能好,国外在中小型电机中应用广泛,但铁耗高。国外已停止生产热轧钢片:节约能源,改善电机性能第二节 空气隙磁压降的计算气隙磁场沿圆周方向分布不均匀。,一个极距内气隙磁密径向分量的分布,School of Electrical Engineering,7,2023年3月13日星期一,通常取最大气隙磁密所在磁极中心线的气隙
5、磁压降。k、H、分别为气隙系数(考虑因槽口影响使气隙磁阻增加而引入的系数)。气隙磁压降 根据绕组感应电势确定:直流电机,School of Electrical Engineering,8,2023年3月13日星期一,交流电机关键:当、已知时,确定p、lef、k。一、计算极弧系数p的确定每极磁通假如每极磁通集中分布在极弧计算长度p内,且均匀分布,磁密为最大值,且p=bp/。,School of Electrical Engineering,9,2023年3月13日星期一,p取决于B(x)的形状,而B(x)形状取决于磁势分布情况,空气隙的均匀程度以及磁路的饱和程度。B(x)为正弦时,1 直流电机
6、(1)有补偿绕组的大中型直流电机和某些小型直流电机:均匀气隙,(2)不均匀气隙(无补偿绕组,削弱电枢反应)a.极靴中部2/3部分极弧表面气隙均匀(为),两侧线性增加到2。,School of Electrical Engineering,10,2023年3月13日星期一,b 偏心圆形极靴 气隙由连续增加到max,转子表面的圆弧的圆心与极弧表面的圆心不同心。,但e=0.75+0.25max,School of Electrical Engineering,11,2023年3月13日星期一,2 感应电机 不饱和时,p0.637 磁路饱和气隙磁场不正弦,扁平,p0.637,p与定子齿、转子齿的饱和程
7、度有关。饱和系数 图3-5给出了p、KNM与ks的关系曲线。可由ksp,计算时,先假定ks磁路计算计算ks,若误差大(超过1),重新计算。KNM在计算每极磁通时用。,School of Electrical Engineering,12,2023年3月13日星期一,3 凸极同步电机 励磁绕组为集中绕组,磁动势空间分布矩形。忽略饱和,F也为矩形。一般尽量使气隙正弦分布,即,School of Electrical Engineering,13,2023年3月13日星期一,很难实现,一般做成偏心气隙 弧长,一般为(0.550.75)。利用气隙磁场3次谐波励磁的同步发电机,可采用均匀气隙,增大3次谐
8、波,School of Electrical Engineering,14,2023年3月13日星期一,凸极同步电机一般较大,气隙磁密波形与钢的饱和程度关系不大,极弧近似按max设计的电机,其 曲线见图3-7、3-8。,School of Electrical Engineering,15,2023年3月13日星期一,二、电枢或气隙的轴向计算长度 计算气隙磁密最大值,用电枢或气隙轴向计算长度lef,不是铁心总长度lt,lef比lt大,取 lef=lt+2 若忽略边缘效应,则 lef=lt(直流电机计算常用)。,School of Electrical Engineering,16,2023年3
9、月13日星期一,利用k来求因存在通风道而损失的电枢轴向计算长度若定转子都有,且相互对齐,磁场分布可以等同于气隙为/2时上述情况,School of Electrical Engineering,17,2023年3月13日星期一,三、气隙系数1 转子铁心表面有齿槽,定子内圆光滑。槽口存在磁阻增加,槽口处磁通减少气隙磁通减少 为维持磁通恒定,齿顶处最大磁密由无槽时B增大到Bmax定义k=Bmax/B等效认为有槽电机用一无槽电机代替,但 k,气隙磁密最大值仍为B。t为齿距,b0为槽口宽,School of Electrical Engineering,18,2023年3月13日星期一,2 定转子双边
10、开槽(如感应电机)定子光滑,转子开槽 k1定子开槽,转子光滑 k2k=k1k2 或k=k1k213 极轭间残隙磁压降的计算 残隙j,工艺原因和离心力使磁极和磁轭之间存在气隙,工厂经验(小型电机),School of Electrical Engineering,19,2023年3月13日星期一,第三节 齿部磁压降的计算齿部磁压降:Ft=HtLt 其中:Lt齿磁路计算长度,Ht对应于齿磁密Bt关键在于计算Lt和Bt一 齿磁密Bt的计算1 Bt1.8T 铁心饱和程度不高,齿部磁导率比槽部磁导率大的多,因而齿部磁阻比槽部磁阻小的多,在一个齿距范围内磁通从空气隙进入铁心表面时,几乎全从齿中通过。一个齿
11、距内的磁通t=Bleft,则齿部磁密Btt/At,School of Electrical Engineering,20,2023年3月13日星期一,At=kFeltbt铁心叠压系数:kFe=0.92-0.96,取决于材料例:1.5T时,D21硅钢片的磁导率为882106H/m,而非导磁材料为1.257106 H/m)。(1)平行齿的梨形槽 大部分齿截面上磁密相等或接近相等,bt取齿一半高度处的齿宽,School of Electrical Engineering,21,2023年3月13日星期一,School of Electrical Engineering,22,2023年3月13日星期
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