第四講參數(shù)計算

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

2、級絕緣750C；F、H級絕緣1150C交流電阻考慮集膚效應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u每個支路上的電阻u電樞繞組電阻電阻率?；鶞使ぷ鳒囟葧r導體的為并聯(lián)支路數(shù)為導體截面積為線圈的平均半匝長為繞組的總導體數(shù)式中;2;2aSlNaSlNRccaccaccaaSalNRaR2)2(21異步電機u定子繞組每相電阻計算公式。為相繞組的并聯(lián)支路數(shù)為導體截面積為線圈的平均半匝長為繞組的每相串聯(lián)匝數(shù)式中1111111;2aSlNaSlNKRccccFu串聯(lián)繞組匝數(shù)N1？u半匝長lc？LE1)(d21widthcl

3、異步電機實例分析u計算定子繞組電阻所需參數(shù)相數(shù)m=3極對數(shù)p=4槽數(shù)Z1=54定子內(nèi)直徑Di1=260mm定子軸向長度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)距長度平均半匝長度平均半匝長度Lc=width1+2*(d+LE1)伸出長d=1030mm，取15mm斜邊長LE1=Ty/(2*cos_alfa0)11112aSlNRccu直流電阻計算結(jié)果：u齒槽參數(shù)異步電機u轉(zhuǎn)子繞組繞線型異步電機轉(zhuǎn)子頻率低，不計集膚效應： KF=1；計算公式與定子繞組電阻計算公式相同。u轉(zhuǎn)子繞組籠型異步電機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)子繞組電阻計算籠型異步電機相數(shù)m2：籠型轉(zhuǎn)子是對稱多相繞組 當轉(zhuǎn)子槽數(shù)不能被極對數(shù)整除時：m2 = z2，

5、即每一根導條就構(gòu)成一相，即每一根導條就構(gòu)成一相匝數(shù)N2：一根導條相當于半匝，即N2=1/2導條中的電流每根導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)電流與導條電流的關(guān)系：相位差（電角度）：u轉(zhuǎn)子繞組電阻計算籠型異步電機計算每相電阻時，可用接成星形的電阻來替代接成多邊形的端環(huán)電阻；阻。為相鄰導條間的端環(huán)電為導條電阻RBRRBBBRRRIZRIZRIZ;22222222,2)(2222RBRBRBRRIIRRR222sin22sin2ZpZpIIRB面積。為端環(huán)的平均直徑和截為導條的長度和面積式中：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)子繞組電阻計算籠型異步電機轉(zhuǎn)子槽數(shù)能被極對數(shù)整除時：pzm22NNSS123456789101112每對極下的每一根導條就構(gòu)成一相。各對極下占相同位置的導條可看作是屬于一相的并聯(lián)導條，即每相有 p 根導條并聯(lián)。m2 = 6同步電機：同步電機電樞繞組的每相電阻的計算和感應電機的算式一樣。繞組電抗的一般計算方法u主電抗相應于基波磁場或的主磁場的電抗。 感應電機：勵磁電抗 同步電機：電樞反應電抗u漏電抗相應于漏磁場的電抗。 槽漏抗、諧波漏抗、齒頂漏抗、端部漏抗等u標幺值表示相電流為電機的額定相

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

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

9、定時，主電抗標幺值與 成正比。ef1BA)(1221電勢一定，極數(shù)一定時efefNDllBDNDmNIAm14XfKKENBNAdpNmu凸極型同步電機主電抗的標幺值與其最大值之比。為勵磁磁場的基波幅值為交軸電樞反應系數(shù)；為直軸電樞反應系數(shù)；值：交軸電樞反應電抗標幺值：直軸電樞反應電抗標幺faqadfqaqmqNaaqNfaqaqfdadmdNaadNfadadkkkkkkBAkkFFkFkFkxkkkBAkkFFkFkFkx,1*1*u隱極型同步電機1aqadkk4 漏電抗的計算漏抗表達式EtseflpqNfX204us槽比漏磁導；u諧波比漏磁導；ut齒頂比漏磁導；uE端部比漏磁導。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uh0范圍內(nèi)的漏磁鏈幅值sefssefssefssssssblhINblhINNlhbFNN00200010112)2()(sefsxbdxlINhxd01)2(uh1范圍內(nèi)磁通：與 根導體匝鏈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，則每相每個支路的總槽數(shù)為： 2p*q/a每個支路上的槽漏抗為：2sXapq)3(222100222ssefsssbhbhlfNapqXapqX每相槽漏抗：pqNaNmapqmNNss22槽導體數(shù)Ns與每相串聯(lián)匝數(shù)N的關(guān)系：.340120磁導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導出采用積分的辦法可以推ssssssssssssabbasbhbhbhbhbhhhbhbhbhhhbhbhbh002131012103013432, )233(41)2(41則)2(41420abbassefslpqNfX式中對比單層整距繞組的槽比漏磁導的計算化式，不難看出：

13、總的比漏磁導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 時，一個極距范圍內(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算槽漏抗雙層短距繞組（以矩形槽為例）u比漏磁導漏磁導為安放導體的槽下部比為槽口比漏磁導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時當時當時當諧波漏抗u除基波磁場外，還有諧波磁場，均會在繞組中產(chǎn)生感應電動勢，只不過諧波磁場在繞組中產(chǎn)生的感應電動勢為漏抗壓降，也應考慮到電勢平

15、衡方程中，不能忽略。u計算方法BlpImNKFFKFHBefdpef2211000efefdpdplINKpmNK2)(220efefdplNKpmfIfX2)(22220總的諧波漏抗：為諧波比漏磁導式中,)(422220sqmKqmlpqNfXXefdpefef 適用于氣隙均勻的交流電機，對于凸極同步電機，應再乘以一個系數(shù)。諧波漏抗鼠籠轉(zhuǎn)子繞組u鼠籠轉(zhuǎn)子諧波磁場次數(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)驗曲線，亦可由左式近似計算得到。齒頂漏抗u對于同步電機，由于氣隙較大，齒頂漏抗較大。b0)1 (442020tqptdpefteftlpqNflpqNfx齒對應于極靴區(qū)域td；齒對應于極間區(qū)域tq 。端部漏抗u繞組連接方式不同，端部形狀不同；端部漏抗較為復雜。為端部比漏磁導。EEefElpqNfX,420u計算公式：)64. 0(47. 0)64. 0(67. 0EefEEefEllqllq分組情況不分組情況下EefEllq2 . 0)213(57. 0efElq為導條伸出鐵芯長度。為轉(zhuǎn)子每極槽數(shù)；lZlpDlZpRefpE22)13. 12(2523. 0單層同心繞組：單層鏈式繞組

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幺值u計算公式NNNZXXUIX1mqKlFXdpNefN21102121111)(22NNdpNdpNNpFfNKmZmNKpFI1112NdpNNNNINKfIUZefNdpNlBKAF11122mqKkUEBIIABAkBAmqKXdpNNdp101111102;2時的氣隙基波磁密幅值相應于感應電勢時的線負荷當電樞電流1BAX空載時：進一步則u斜槽：消弱齒諧波磁場引起的附加轉(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