磁路計(jì)算PPT課件

1、3-1 概述1磁路計(jì)算的目的在于確定電機(jī)中感應(yīng)一定電勢(shì)所對(duì)應(yīng)的主磁場(chǎng)所必需的磁化力或勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)，進(jìn)而計(jì)算勵(lì)磁電流及電機(jī)的空載特性，校核電機(jī)各部分磁密選擇得是否合適，確定一部分有關(guān)尺寸。 )()()4(00000fffdpNmifEifNFiFfNKKEE或， 校核電機(jī)各部分磁密選擇得是否合適； 確定一部分有關(guān)尺寸。第1頁(yè)/共53頁(yè)2磁路計(jì)算所依據(jù)的基本原理 （安培環(huán)路定律）全電流定律 il dH積分路徑：積分路徑是沿著磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量取向（即沿磁力線）選擇通過一對(duì)極的中心線 構(gòu)成閉合回路；dlHl dH第2頁(yè)/共53頁(yè)i是回路所包圍的全電流，即每對(duì)極的勵(lì)磁磁勢(shì)。 包圍的電流：第3頁(yè)/共53頁(yè)3電機(jī)

2、設(shè)計(jì)中磁路計(jì)算的一般步驟 為簡(jiǎn)化計(jì)算，通常把電機(jī)各部分磁場(chǎng)分成等值的各段磁路。所謂等值的磁路是指各段磁路上的磁位降等于磁場(chǎng)內(nèi)對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的磁位降，并認(rèn)為各段中磁通沿截面均勻分布，各該段的磁場(chǎng)強(qiáng)度保持為恒值。2211jjmmjjttLHLHLHLHLHdlHl dH 由于電機(jī)中一對(duì)極磁路中兩個(gè)極的磁路情況相似，所以只需計(jì)算半條回路上的各段磁位降，它們的總和就等于每個(gè)評(píng)級(jí)的勵(lì)磁磁勢(shì)。以下敘述磁位降或磁勢(shì)均為每極的。步驟：0FHLHSBEu第4頁(yè)/共53頁(yè)4電機(jī)中常用的磁性材料鑄鋼直流機(jī)極軛鍛鋼凸極同步機(jī)整塊磁極低合金鋼結(jié)構(gòu)鋼低碳鋼板極軛磁極涂漆的硅鋼片電樞鐵心焊接性能好導(dǎo)磁導(dǎo)熱價(jià)格低以下含硅量無硅鋼

3、片平整度高導(dǎo)磁性好比損耗小含硅量冷軋熱軋硅鋼片,)%5 .(,%)31 (第5頁(yè)/共53頁(yè)3-2 空氣隙磁壓降的計(jì)算計(jì)算方法是：LHFHSBEu1.每極磁通的確定直流電機(jī)中： aNpnEnapNEaaaa6060交流電機(jī)中：韋fNKKEfNKKEdpNmdpNm44第6頁(yè)/共53頁(yè)2確定氣隙最大的磁密BefpefplBlBSB3確定氣隙磁場(chǎng)強(qiáng)度H（極中心線處的氣隙磁場(chǎng)強(qiáng)度）600108 . 0BBHHB第7頁(yè)/共53頁(yè)4確定氣隙磁位降FHkkHLHFk是單邊氣隙徑向長(zhǎng)度（m） 是氣隙系數(shù)，因槽口影響使氣隙磁阻增加而引入的系數(shù)。 peflk下面要解決、如何確定：第8頁(yè)/共53頁(yè)p的確定一、計(jì)算極

4、弧系數(shù)p1. 的物理意義 efpeflBdxxBl22直流電機(jī)沿電樞圓周方向的氣隙磁密分布B(x) BBBdxxBavp221波幅系數(shù)avpsBBF1第9頁(yè)/共53頁(yè)ppb距距之之比比表表示示極極弧弧計(jì)計(jì)算算長(zhǎng)長(zhǎng)度度與與極極2. 大小的決定p計(jì)算極弧系數(shù)的大小決定氣隙磁密 形狀，)(xB因而它決定于勵(lì)磁磁勢(shì)分布曲線的形狀、氣隙的均勻程度及磁路飽和程度。 pF)(xB637. 02p)(xBavBp如：是正弦分布，均勻，磁路不飽和是正弦，磁路越飽和，越平，越大，越大 則第10頁(yè)/共53頁(yè)（一）直流電機(jī)p1均勻氣隙： 的確定ppb而極弧實(shí)際長(zhǎng)度pppbbb2應(yīng)計(jì)及極靴尖處的邊緣效22ppb2不均勻

5、氣隙 削角極弧)(兩側(cè)邊緣效應(yīng)削弱ppbbpppbb第11頁(yè)/共53頁(yè) 偏心氣隙極弧ppbb 時(shí)時(shí)3maxFppeqb)(25. 075. 0max等效氣隙長(zhǎng)但計(jì)算時(shí)要用：第12頁(yè)/共53頁(yè)（二）異步電機(jī)p 一般異步電機(jī)氣隙較小，由于磁路鋼部分的飽和，氣隙磁場(chǎng)已不是正弦波，而是比較扃平形狀。此時(shí)的確定avB比正弦分布大，637. 0pp決定定子齒及轉(zhuǎn)子齒的飽和程度。齒部越飽和，氣隙磁場(chǎng)波形愈平，p愈大，因異步機(jī)由下面決定。第13頁(yè)/共53頁(yè)1確定飽和系數(shù)FFFFKtts21%1)(,45. 115. 121sssttsKKKFFFK初初選選2由psKp與關(guān)系曲線找到avsNMsNMpavssp

6、psBKKxBKfKBKKfK,11. 1,)()(,)(正弦分布越大越大磁路越飽和第14頁(yè)/共53頁(yè)（三）凸極同步電機(jī)的p凸極同步電機(jī)采用集中勵(lì)磁繞組，勵(lì)磁磁勢(shì)在空間分布是矩形。如略去鋼中磁位降，F(xiàn)一般力圖使)(xB為正弦分布，氣隙本應(yīng)做成正弦分布。 的空間分布也為矩形。xxFBBxFxHxBxBcos)()()(cos)(01001 凸極同步氣隙磁密分布曲線第15頁(yè)/共53頁(yè))75. 055(.(5 . 12cos)(,2:maxmaxpppbxbxbx一般選取當(dāng)一般第16頁(yè)/共53頁(yè)二、電樞或氣隙的軸向計(jì)算長(zhǎng)度efl 在計(jì)算空氣隙磁密最大值時(shí)，用的是電樞或氣隙的軸向計(jì)算長(zhǎng)度efl，而不是

7、鐵心的總長(zhǎng)度 。tlefpefplBlBSB1為什么用efltl而不用：(沿軸向磁場(chǎng)分布不均勻，為什么？) 邊緣效應(yīng)的影響：主磁通不僅在鐵心總長(zhǎng)tl空氣隙，而且有一小部分從定、轉(zhuǎn)子端面進(jìn)入，這種現(xiàn)象稱為邊緣效應(yīng)。的范圍穿過 徑向通風(fēng)道的影響 在實(shí)際上，定、轉(zhuǎn)子都具有徑向通風(fēng)，氣隙磁場(chǎng)沿軸向分布不均勻；由于徑向通風(fēng)道沒有鋼片，磁通較少，因此也不能用tl第17頁(yè)/共53頁(yè)2. 的物理意義：efl由于邊緣效應(yīng)和徑向通風(fēng)溝的影響，使氣隙磁場(chǎng)沿軸向分布不均勻，在鐵心中磁密大，在通風(fēng)溝及定、轉(zhuǎn)子端部磁密較小。為了計(jì)算方便，從等效磁道的觀點(diǎn)出發(fā)，引入計(jì)算長(zhǎng)度efl的概念，即在這個(gè)長(zhǎng)度內(nèi)它的磁密B為不變。無徑

8、向通風(fēng)道電機(jī)氣隙磁場(chǎng)的軸向分布 有徑向通風(fēng)道電機(jī)氣隙磁場(chǎng)的軸向分布第18頁(yè)/共53頁(yè)3計(jì)算方法邊緣效應(yīng)的影響（無徑向通風(fēng)溝）如考慮邊緣效應(yīng)，經(jīng)過作圖和分析證明：2tefll如不考慮邊緣效應(yīng)（如直流電機(jī)設(shè)計(jì)），則：tefll通風(fēng)道的影響計(jì)算長(zhǎng)度：vvtefbNll鐵心中徑向通風(fēng)道數(shù)vN徑向通風(fēng)道的寬度vb通風(fēng)道所損失的長(zhǎng)度沿鐵心長(zhǎng)度因一個(gè)徑向vb第19頁(yè)/共53頁(yè)52vvvbbb252vvvbbb損失長(zhǎng)度： （一邊開風(fēng)道） （二邊開風(fēng)道） 綜上所述：vvtefbNll2第20頁(yè)/共53頁(yè)三、氣隙系數(shù)k在計(jì)算氣隙磁路長(zhǎng)時(shí)，引入，kkefk就是由于電樞開槽后而引起的氣隙系數(shù)。1物理意義為什么引入 :

9、k由于電樞開槽后，使氣隙磁導(dǎo)分布不均勻，在齒冠處氣隙磁導(dǎo)較槽口處的磁導(dǎo)大，故較之光滑電樞，磁力線集中于齒冠。因此，在靠近齒冠處的maxBB大于光滑電樞中所得到的。 在同一磁通下，有槽電樞之氣隙磁壓降大于無槽電樞的氣隙磁壓降?？紤]這種有槽電樞氣隙磁壓降的增大，就把氣隙由增至ef第21頁(yè)/共53頁(yè) 物理意義：kef有槽的電樞看成為一臺(tái)無槽電樞，后者的氣隙長(zhǎng)度為從等效計(jì)算氣隙磁勢(shì)的角度上看，把一個(gè)k，而氣隙磁密仍為BFFkBBkBBBteftmmt開槽后開槽后無槽有槽開槽后等效磁勢(shì)maxmax第22頁(yè)/共53頁(yè)從等效磁勢(shì)觀點(diǎn)出發(fā)：kBBkkBkHHFBHFefefefmax66maxmax108 .

10、 0108 . 0第23頁(yè)/共53頁(yè)直流電機(jī)轉(zhuǎn)子有槽而定子 表面光滑時(shí)氣隙磁密的分布一個(gè)齒距內(nèi)的氣隙磁通密度分布第24頁(yè)/共53頁(yè)2計(jì)算方法分析法1）開槽后一個(gè)齒距t內(nèi)的磁通：10maxSBtB一個(gè)齒距的最大磁通：tBmax由于開槽后減少的磁通：10SB2）未開槽時(shí)一個(gè)齒距t內(nèi)的磁通：tB3）保持同一個(gè)主磁通不變：tBSBtB10max第25頁(yè)/共53頁(yè)tSBBB10max101max01max0maxmaxmax1SttSBBtttSBBtBBBBk卡氏系數(shù)：max00BB第26頁(yè)/共53頁(yè)01S0b和均與、槽口寬有關(guān)又可表示成：2001021ln224bbtgbttk 近似公式01b200

11、0)75. 04 . 4()75. 04 . 4(bbtbtk2000)55()5(bbtbtk 半閉口槽和半開口槽：開口槽：第27頁(yè)/共53頁(yè) 經(jīng)驗(yàn)公式):(10101111定子齒寬ZZbbtk 定、轉(zhuǎn)子都開槽的話，則21kkk四、極軛間殘余氣隙磁位降的計(jì)算1引入：由于工藝上的原因及旋轉(zhuǎn)時(shí)的離心力作用，凸極同步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極與磁軛的接觸面間不可能形成處處密合，而在局部出現(xiàn)殘隙，在磁路計(jì)算時(shí)可把它看成磁路中附加一均勻等值氣隙。第28頁(yè)/共53頁(yè)2計(jì)算方法：小型凸極同步機(jī)：42108 . 0310mjl米2108 . 03mjlml殘余氣隙： 厘米( 不包括壓板的極身長(zhǎng)度）mmmjblB：磁極磁通

12、m：極身寬mb殘隙的磁密： GS 6108 . 0jjjBFmjBF500殘隙引起的磁位降： 有的直接用經(jīng)驗(yàn)公式： 安第29頁(yè)/共53頁(yè)3-3 齒部磁壓降的計(jì)算齒齒部部磁磁路路計(jì)計(jì)算算長(zhǎng)長(zhǎng)度度每每極極齒齒部部磁磁壓壓降降ttttttLBHLHtF:一、齒磁密tB的計(jì)算 齒磁密tBtBtB18000GS：齒部磁路比較飽和，磁導(dǎo)小，主磁通大部分由齒通過，但有小部分則經(jīng)過槽進(jìn)入軛部。第30頁(yè)/共53頁(yè)因此分析時(shí)必須分兩種情況來討論。（一）齒磁密小于1.8T的場(chǎng)合1通過齒部的磁通因?yàn)辇X磁密小于1.8T，齒磁路飽和程度不高，齒部導(dǎo)磁率 槽部導(dǎo)磁率，齒部 槽部 。因此可認(rèn)為在一個(gè)齒距范圍內(nèi)的主磁通從空氣隙

13、進(jìn)入鐵心表面后，幾乎全部從齒通過。又因?yàn)檫x擇的積分路徑是通過磁極的中心線，因此要計(jì)算處于主極中心線上的那個(gè)齒內(nèi)磁密 。顯然這個(gè)齒所在地區(qū)的空氣隙剛好是最大值 該處一個(gè)齒距的范圍內(nèi)的空氣隙磁通為 tBmRmRtBBtlBef第31頁(yè)/共53頁(yè) slRslRTBmmt08 . 1槽齒槽齒一個(gè)齒下的氣隙磁通全部由齒通過。tlBBBefttlBeft2. 齒中的磁密tBtlBSBeftttt)()3/1;(不不含含通通風(fēng)風(fēng)道道鐵鐵心心長(zhǎng)長(zhǎng)度度處處齒齒寬寬平平行行槽槽取取靠靠近近最最狹狹的的如如平平行行齒齒取取齒齒寬寬計(jì)計(jì)算算齒齒寬寬ttttFetlbblKS)93. 092. 05 . 0(FetFe

14、vvttttFeeftKmmKbNllblKtlBB涂漆硅鋼片涂漆硅鋼片對(duì)對(duì)鐵心疊壓系數(shù)鐵心疊壓系數(shù)第32頁(yè)/共53頁(yè)1.每極齒部磁壓降ttttLHHBtF 平行槽： 平行齒：shtBtHtttttLHHHBtF平均的平均的1 沿槽高上各點(diǎn)齒寬度是變化的，因此齒磁密與也相應(yīng)變化。因此我們?nèi)∪齻€(gè)位置計(jì)算第33頁(yè)/共53頁(yè)tttttttrttttttFeeftttttFeefttrtttFeeftrLHFHHHHHblKtlBBHblKtlBBHblKtlBB)(6121212121齒頂處齒頂處齒中部齒中部齒根處齒根處sattssatstrtrsatrbZDbbZhDbbtbZhDt)()2(21

15、第34頁(yè)/共53頁(yè) 在齒不太飽和以及齒寬沿其高度上的變化不大時(shí)，可采用近似的公式計(jì)算。 求出離齒最狹部分1/3處齒高處的ttttLHHB31t3131F ttttttFeeftLHFHblKtlBB31313131注意：1131)312(ssatbZhDb第35頁(yè)/共53頁(yè)矩形槽尺寸及齒部磁場(chǎng)強(qiáng)度分布用圖解法求取實(shí)際齒磁密和相應(yīng)磁場(chǎng)強(qiáng)度第36頁(yè)/共53頁(yè)（二）齒磁密大于1.8T的場(chǎng)合（對(duì)于熱軋鋼片）1為什么不行？ 當(dāng)齒磁密超過1.8T，這時(shí)齒部磁路比較飽和，鐵的導(dǎo)磁率下降，此時(shí)齒部磁阻與槽的磁阻相差不大，磁通大部分將由齒通過，小部分則經(jīng)過槽部進(jìn)入軛部。因此按上面方法來算的比實(shí)際齒的磁密大，算出

16、的齒部磁密及磁壓降都會(huì)大一些。2實(shí)際齒磁密計(jì)算方法 一個(gè)齒距范圍內(nèi)磁通 :sxtxtt第37頁(yè)/共53頁(yè) 磁密 :tB部部磁磁通通通通過過齒齒假假想想一一個(gè)個(gè)齒齒距距范范圍圍內(nèi)內(nèi)全全齒齒視視在在磁磁密密,txtxsxtxtxtxtBSSS齒齒實(shí)實(shí)際際磁磁密密txtxsxttxBSBBssxssxtxsxsxsxtxsxkHkBSSSS0ttxsxssxtxtxHHHkHBB故故等磁位面等磁位面近似假設(shè)圓柱形表面為近似假設(shè)圓柱形表面為,0sttxtxstttstxtxtxkHBBkHBBkHBB257. 100stttkHBB257. 1 第38頁(yè)/共53頁(yè) 磁場(chǎng)強(qiáng)度 :tHsttkHB257.

17、 1sk257. 1)257. 1(skarctgttttLHHBtF是下傾的直線方程，直線斜率為可用作圖求得，或：skttttLHHB tF查查曲曲線線，sk如何求：由圖直接查得tH，在不同sk情況下，)(tHfB 曲線tH值。 查出第39頁(yè)/共53頁(yè)二、齒的磁路長(zhǎng)度tL對(duì)每一極的磁路而言，定子或轉(zhuǎn)子電樞齒的磁路計(jì)算長(zhǎng)度，按工廠習(xí)慣。 直流電機(jī)電樞梨形槽（或類似槽）),()(32122222少少算算一一部部分分齒齒高高磁磁密密低低處處齒齒寬寬大大rrrhLt 異步機(jī)梨形槽（或類似槽）),(21212111少少算算一一部部分分齒齒高高磁磁密密低低處處齒齒寬寬大大rrhhLt 對(duì)半開口槽：)(2

18、1忽略槽口處磁壓降忽略槽口處磁壓降hhLt 對(duì)開口槽：sthL 第40頁(yè)/共53頁(yè)3-4 軛部磁壓降的計(jì)算同步機(jī)、直流機(jī)電樞軛 極聯(lián)軛（磁軛）：直流電機(jī)定子軛、轉(zhuǎn)場(chǎng)式凸極同步電機(jī)轉(zhuǎn)子軛齒聯(lián)軛（心軛）：異步電機(jī)定轉(zhuǎn)子軛、 軛的類型交流電機(jī)齒聯(lián)軛 直流電機(jī)齒聯(lián)軛少極 軛的磁路長(zhǎng)度較長(zhǎng)，軛磁位降較大；多極 軛的磁路長(zhǎng)度較矩，軛磁位降較小。第41頁(yè)/共53頁(yè)一、極聯(lián)軛磁壓降的計(jì)算1、軛部的磁通 磁極的磁通：10135. 1:2 . 115. 1:)1 (同步機(jī)同步機(jī)直流機(jī)直流機(jī)m磁軛的磁通：2mjm經(jīng)過磁極分成兩路分別進(jìn)入左右兩邊軛，經(jīng)過極聯(lián)軛每個(gè)截面之磁通數(shù)認(rèn)為都是2m2、軛部的磁密jjmjjjLh

19、SB2jjFejjjhLkSLh則則如如用用薄薄鋼鋼片片沖沖疊疊軛軛的的軸軸向向長(zhǎng)長(zhǎng)度度軛軛高高,第42頁(yè)/共53頁(yè)3、由)(查查磁磁化化曲曲線線jjHB 4、軛磁路長(zhǎng)度是軛的平均直徑是軛的平均直徑一個(gè)極磁路長(zhǎng)一個(gè)極磁路長(zhǎng)javjavjDpDL)(2125、軛部的磁壓降2)212minmaxjjjavjavjjjDDDpDLLHF第43頁(yè)/共53頁(yè)二、齒聯(lián)軛磁壓降的計(jì)算（一）交流電機(jī)的齒聯(lián)軛的磁壓降1、與前面有何不同交流電機(jī)的齒聯(lián)軛在一個(gè)極距的氣隙磁通分散地進(jìn)入齒部及軛部，所以經(jīng)過由齒磁軛各個(gè)截面穿過的磁通是不同的，即沿軛部積分路徑上的磁密分布不均勻；并在每一處的截面中沿徑向上的磁密分布也是不

20、均勻的。磁極中心線上：00jB極間中心線上：jmBB 2靠近內(nèi)徑磁路短，磁通多，磁密高；靠近外徑磁路長(zhǎng)，磁通少，磁密低。第44頁(yè)/共53頁(yè)2、假設(shè) 假設(shè)以軛部平均弧長(zhǎng)（每極）作為軛的磁路計(jì)算長(zhǎng)度jL 假設(shè)軛部截面上各點(diǎn)磁密沿半徑方向均勻分布jB如異步機(jī)負(fù)載時(shí)的磁路，忽略槽漏磁的影響。3、計(jì)算軛部的磁通j2x處（相鄰兩極中性線上）：磁通為2，磁密為最大；0 x處 （磁極中心線上）：磁通接近于0，磁密為0。0)()(:)2(0 xefjxdxxBlxS 的的磁磁通通中中任任意意軛軛截截面面第45頁(yè)/共53頁(yè) 軛部的磁密 軛部切向磁密與軛截面垂直jFejFeefjxjFeefjFejjlhkdxxB

21、lhklBxdxxBlhkllhkxxB2)(:2)()()(020當(dāng)當(dāng)222222211113232:32:dvrhDDhrhDDhhsijsijj轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子圓圓底底槽槽定定子子圓圓底底槽槽軛軛計(jì)計(jì)算算長(zhǎng)長(zhǎng)度度其其中中0,22dvdvbNlllvvtjj如如無無通通風(fēng)風(fēng)道道轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子軸軸向向通通風(fēng)風(fēng)道道直直徑徑軛軛軸軸向向長(zhǎng)長(zhǎng)度度第46頁(yè)/共53頁(yè)若轉(zhuǎn)子鐵心直接套在軸上的兩極異步機(jī)，轉(zhuǎn)子電流頻率低，部分磁通滲入轉(zhuǎn)軸，此時(shí)222222323231dvrhDDhsij 軛部磁壓降 由于齒聯(lián)軛中磁密分布不均勻，全長(zhǎng)的軛磁路的磁壓降需各段相加，太麻煩。從等效磁壓降出發(fā)，用等效磁場(chǎng)強(qiáng)度來計(jì)算。jjjjjavBHHCH由曲線查取由曲線查取軛部磁壓降校正系數(shù)軛部磁壓降校正系數(shù),212jjavjjjjjCpDLLHCF第47頁(yè)/共53頁(yè)磁密大磁密大靠槽底處路徑短靠槽底處路徑短均勻均勻軛部磁密沿徑向分布不軛部磁密沿徑向分布不計(jì)算計(jì)算最大值最大值軛部磁密用的是軛部磁密用的是,.)(jjBC因此從等效磁勢(shì)觀點(diǎn)引入javH.,