單相電機設(shè)計研究

摘要眾所周知，單相電機結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，運行可靠，維修方便，所以應(yīng)用前景十分廣闊。作為單相電機設(shè)計，如何能作到在滿足主要性能指標(biāo)的同時使成本降低，這既是電機設(shè)計人員的目標(biāo)，更是以贏利為目的的生產(chǎn)企業(yè)的目標(biāo)。單相電動機的設(shè)計問題一直存在我們生活中，我們應(yīng)該從單相電機的原理出發(fā)，對單相電機的體積容量，繞組設(shè)計，電磁計算，槽形的選擇以及運行性能等多方面考慮，對單相電動機的等效電路和繞組展開圖進行詳細(xì)的了解和認(rèn)真的學(xué)習(xí)，最后通過實例作了驗證。不但在單相電機中應(yīng)用這樣的方法，在生產(chǎn)和研究方面都應(yīng)該一步步扎實的認(rèn)真對待。本設(shè)計中應(yīng)用到電機設(shè)計的方法為從單相電機的接線原理圖、機械特性曲線、最大轉(zhuǎn)距倍數(shù)、最初轉(zhuǎn)距啟動倍數(shù)、最初啟動電流倍數(shù)、功率范圍、額定電壓、同步轉(zhuǎn)速、結(jié)構(gòu)特點、典型應(yīng)用來研究單相電機的運行特點和應(yīng)用條件，然后設(shè)計出要求型號的電機?？傊?，本文能以電機理論為基礎(chǔ)，以工廠實際為先導(dǎo)，對單相電機設(shè)計做出初步的研究，另外，為了敘述方便，各部分所用符號不盡統(tǒng)一。關(guān)鍵詞:單相電機電磁計算運行性能ABSTRACTAsweallknows,single-phasemotorhasasimplestructureandithasfeaturesoflowcost,reliableoperationandeasyrepair,soitwillhaveabrilliantmarketfuture.Tobeadesignerforthesingle-phasemotor,howtomeettheemotor'stechnicalrequirementandreducethecostareveryenterprises.Withoutcomputer,itcanbejustcalculatedmanuallysoit'shardtogetabove-mentionedtarget.Buteverythingisdifferent,methodofdesignhasitsspecialtemptation.Thequestionhowcanweresearchthesingle-phasemotorisliveonourlife,weshouldstartfromthethesisofsingle-phasemotor,wecanresearchthecapacityandthevolumeofsingle-phasemotor,theresearchofthewinding,electromagnetismcalculate,thechooseofthetroughcore,andworkfunctionetch.Frommanyaspectstoconsider,weresearchtheEquivalentcircuitandthewinding’sdevelopmentforourstudy.Theend,weshouldalsoadjustsomedatatoaddthetouchofdesigning.Wewillusethiswayinourwork,wemustresearcheverythingveryearnest.Thedesignmethodologyappliedtotheelectricaldesignfromthesingle-phaseelectricalwiringprinciples,Mechanicalcharacteristicscurve,thebiggestchangefrommultiple,initiallytransferredfromamultiple,multipleinitialstartcurrent,powerscope,ratedvoltage,synchronousrotationalspeed,structuralcharacteristics,typicalapplicationstostudytheoperationofsingle-phaseelectricalcharacteristicsandapplicationconditions,andthentodevisemodelsfortheelectrical.Inaword,thethesisisonthebasisofmotortheoryandcombinedwithactualstatementoffactorytoresearchthemotoradvantageddesignmethod.Bytheway,forconvenientexplanation,theunitsinthearticlearedifferent.KeyWords:Single-PhaseMotor;electromagnetismcalculate;workfunction.目錄前言 11單相電動機的運行原理 21.1單相異步電動機的基本類型 21.2單相電動機的繞組 61.3單相異步電動機的磁勢 81.3.1電機內(nèi)一個整距線圈產(chǎn)生的磁勢 81.3.2矩形波磁勢的諧波分析 101.3.3用空間向量表示磁勢 101.3.4單相繞組的磁勢 111.4單相異步電動機的感應(yīng)電勢 111.5單相異步電動機的運行分析 131.5.1兩相異步電動機的運行分析 131.5.2單相電機的運行分析 152單相電動機的設(shè)計研究 172.1電機的容量與體積的關(guān)系 172.2定、轉(zhuǎn)子槽數(shù)槽形的確定 182.2.1轉(zhuǎn)子槽數(shù)和定子槽數(shù)的配合關(guān)系 192.2.2定、轉(zhuǎn)子槽形的選擇 202.2.3槽口尺寸的選擇 202.2.4槽形的選擇 212.3單相電機的繞組設(shè)計和電磁計算 212.3.1定子繞組設(shè)計 212.3.2磁路計算 232.3.3定、轉(zhuǎn)子電阻電抗的計算 242.3.4起動計算 272.4溫升及其方案調(diào)整措施 292.4.1溫升的控制方法 302.4.2方案的調(diào)整 313單相電機的運行性能 323.1電流計算 323.2損耗，轉(zhuǎn)矩及效率 333.2.1鐵耗計算. 333.2.2轉(zhuǎn)矩 333.2.3效率、功率因數(shù) 333.3最大轉(zhuǎn)矩的計算 343.4空載性能計算 353.5計算實例 363.5.1額定數(shù)據(jù)及其技術(shù)要求 363.5.2主、副繞組的設(shè)計（正弦分布繞組） 373.5.3主相參數(shù)計算 383.5.4磁路計算 383.5.5起動計算 393.5.6關(guān)系式 413.5.7性能計算 424設(shè)計總結(jié) 43致謝 44參考文獻 45前言單相異步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、噪聲小等優(yōu)點。由于它只需要單相電源供電且使用方便，因此被廣泛應(yīng)用于工業(yè)和人民日常生活的各個領(lǐng)域，尤其以電動工具、醫(yī)療器械、家用電器等使用的更多，與同容量的三相異步電動機相比，它的體積較大、運行性能較差，因此一般只能做成小容量的，功率從零點幾瓦到幾百瓦。近年來，由于只需要單相電源供電，單相電動機的容量從小于750瓦逐步發(fā)展到幾個千瓦，其中單相電容啟動與運轉(zhuǎn)電動機就是近年發(fā)展起來的，它的技術(shù)指標(biāo)均優(yōu)于同機座其他型號單相異步電動機。異步電動機的生產(chǎn)發(fā)展已經(jīng)有近百年的歷史。他的理論基礎(chǔ)和基本結(jié)構(gòu)已經(jīng)相當(dāng)完善，許多產(chǎn)品已形成標(biāo)準(zhǔn)的系列產(chǎn)品。在一些發(fā)達的國家中，由于采用專用的生產(chǎn)設(shè)備以至實現(xiàn)生產(chǎn)過程中的自動化、專業(yè)化，使勞動生產(chǎn)率不斷提高，降低了成本。我國從建國以來就陸續(xù)建立起微電機專業(yè)生產(chǎn)廠，生產(chǎn)JW、JZ、JY、JX等小功率異步電動機。到20世紀(jì)70年代，我國的驅(qū)動微電機進行全國統(tǒng)一設(shè)計，命名為AO、BO、CO、DO四個系列，使電動機的重量和體積都相應(yīng)減少，用銅和硅鋼片的數(shù)量也減少了，而性能也有所提高，隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，適應(yīng)與國外的技術(shù)交流。在1981年對驅(qū)動微電機又進行了全國統(tǒng)一設(shè)計，將我國的驅(qū)動微電機的技術(shù)指標(biāo)，外型及安裝尺寸，與國外先進國家的標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)起來，命名為AO2、BO2、CO2、DO2四個系列，1991年又改為YS、YU、YC、YY系列與小型電動機Y系列一致。本設(shè)計從單相電機的原理出發(fā)，通過單相電機原理的分析，了解要設(shè)計單相電機需要從容量和體積關(guān)系、定轉(zhuǎn)子槽形的確定、單相電機的繞組設(shè)計和電磁計算、單相電機的運行性能、溫升及其方案調(diào)整方法等一步步對單相電機進行解析，最后通過設(shè)計實例來說明單相電機設(shè)計的方法可行性。1單相電動機的運行原理1.1單相異步電動機的基本類型單相電機接上電源后，要使轉(zhuǎn)子受到轉(zhuǎn)距從靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)動起來，一般來說，定子上必需有兩套繞組。圖1—1中表示了一個最簡單的兩相繞組：定子上有四個槽，均勻放置兩個線圈和，它們在空間的位置互相垂直。如果兩個線圈的匝數(shù)相等，接上一個兩相交流電源和，它們的有效值相等，但是中的電流在相位上落后中的電流電度角，即圖1-1簡單的兩相繞組圖1-2兩相繞組的排列（1-1）（1-2）式中：是正弦交流電流的最大值，ω為角頻率。我們來分析幾個特定的時間里，兩個線圈中電流的大小以及它們在電機內(nèi)產(chǎn)生磁力線的情況。在圖1—1中標(biāo)出了電流和的正方向。在某一個瞬時，如果電流是正值，則表示該瞬時實際電流的方向與正方向一致；如果電流是負(fù)值，則表示法瞬時實際電流的方向與正方向相反。當(dāng)＝時，從和的公式可知=，＝0，即圖中電流為正的最大值而線圈中的電流為零，如圖1—3所示(圖1—3中所畫的方向為電流的實際瞬時方向)。 ======圖1-3不同角度磁力線的方向情況根據(jù)電流線圈產(chǎn)生磁場的右手螺旋定則我們可以確定電機內(nèi)磁力線的方向。這時磁力線是從下而上，由定子經(jīng)氣隙穿過轉(zhuǎn)子再經(jīng)氣隙回到定子。從圖＝看出，此時定子產(chǎn)生兩個磁極，下部為N極上部為S極。用同樣的方法可以畫出。＝、＝、=、=、＝時的線圈電流的實際方向和電機中磁力線的方向，已分別表示在圖l—3＝、＝、＝、＝、＝中。當(dāng)＝時，又回到了圖1—3(a)的情況。由圖中我們可以得到下述結(jié)論：(1)通兩相電的兩相繞組在電機內(nèi)產(chǎn)生了一個兩極的逆時針旋轉(zhuǎn)磁場。用表示極數(shù)，這里＝2。(2)電流在時間上經(jīng)過，磁場逆時針在空間轉(zhuǎn)過，電流變化一周期，磁場在空間轉(zhuǎn)了一周，電流每秒變次，磁場旋轉(zhuǎn)圈。所以每分鐘旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)／分。(3)磁場的轉(zhuǎn)向與兩個線圈在空間的位置以及通電流的相位有關(guān)。如果某相繞組接至電源的兩個端點互換，這時兩繞組中的電流相位就變?yōu)橄嗦浜笙嚯娊嵌取Ｈ粲蒙鲜龅霓k法畫出幾個特定瞬時的磁場圖形就可以知道，此時旋轉(zhuǎn)磁場的方向已變?yōu)轫槙r針旋轉(zhuǎn)了。如果把線圈兩個邊之間的空間距離縮短為原來的一半，在定子半個圓周上均勻放上兩個線圈，在另外半個圓周上再重復(fù)放上兩個線圈，兩相繞組排列如圖1—2所示。每個線圈匝數(shù)相等，兩相電流有效值相等，但通電流的相位仍是落后的電度角。用上面的方法可以畫出幾個特定瞬間的磁力線的分布圖，這時我們就可以得到一個四極的旋轉(zhuǎn)磁場，當(dāng)電流在時間上變化一周=，旋轉(zhuǎn)磁場在電機圓周上只轉(zhuǎn)了半圈，亦是說旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速是1500轉(zhuǎn)/分。由上述可知．由于線圈的節(jié)距不同，不僅產(chǎn)生不同極數(shù)的旋轉(zhuǎn)磁場而且旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速也不一樣。圖1-4轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生圖1-5定子的磁場方向單相電機的轉(zhuǎn)子一般是鼠籠式結(jié)構(gòu)，如圖1—4。如果定子的兩相繞組產(chǎn)生了一個二極的逆時針旋轉(zhuǎn)磁場，圖中表示某個瞬時旋轉(zhuǎn)磁場的位置，轉(zhuǎn)子處于靜止?fàn)顟B(tài)，這時轉(zhuǎn)子的導(dǎo)條就會切割磁力線從而感應(yīng)電勢。在圖中表示了各導(dǎo)條中瞬時電勢的方向。由于各鼠籠導(dǎo)條經(jīng)端環(huán)互相接通，導(dǎo)體中就會有電流流過。假定電流與電勢同相位，則圖1—4所示方向也就代表了電流的瞬時方向。同時每個載流導(dǎo)體又與磁場作用產(chǎn)生電磁力，我們根據(jù)左手定則可以知道各個電磁力的方向，這些電磁力將產(chǎn)生逆時針方向的轉(zhuǎn)矩。若這個轉(zhuǎn)距能克服轉(zhuǎn)子的靜摩擦，轉(zhuǎn)子就會跟著磁場逆時針旋轉(zhuǎn)起來。如果定子上只有一相繞組，在繞組上通入正弦交流電流，盡管電流大小隨時間變化，電機內(nèi)磁通的大小也隨它變化，但磁通方向卻不會改變，不能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。雖然能產(chǎn)生感應(yīng)電流，但方向與兩相不同，電流與電機內(nèi)的磁場作用產(chǎn)生的電磁力產(chǎn)生轉(zhuǎn)距相互抵消，電機轉(zhuǎn)子沒有轉(zhuǎn)距不能運轉(zhuǎn)。如1-5圖所示。只有在定子上存在兩相繞組同時通入兩相電流，才能在電機的氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場，轉(zhuǎn)子才有可能從靜止?fàn)顟B(tài)起動起來。但是，當(dāng)轉(zhuǎn)子已經(jīng)轉(zhuǎn)動起來以后，定子上即使只有一相繞組通入交流電流，轉(zhuǎn)子上仍能產(chǎn)生一定的轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。單相異步電動機首先要解決的問題就是產(chǎn)生起動轉(zhuǎn)距的問題。根據(jù)起動方法的不同以及起動性能、運行性能上的差別就產(chǎn)生了不同類型的單相異步電動機。國產(chǎn)的單相異步電動機一般可以分為以下幾種類型：單相電阻起動異步電動機； 單相電容起動異步電動機；單相電容運轉(zhuǎn)異步電動機；單相雙值運轉(zhuǎn)電動機；單相罩極式異步電動機。1電阻起動單相異步電動機的副繞組通過起動開關(guān)與主繞組并聯(lián)到單相電源上。接通電源后，電阻值較大的副繞組具有較高的電阻對電抗的比值，而主繞組的的阻抗則因電抗大呈明顯的感性，因此副繞組的起動電流較主繞組的超前，產(chǎn)生一定起動轉(zhuǎn)矩。當(dāng)電動機轉(zhuǎn)速上升到同步轉(zhuǎn)速時，起動開關(guān)動作，將副繞組切離電源，由主繞組單獨工作。電阻起動電動機起動電流大，起動轉(zhuǎn)矩卻較小。2電容起動單相異步電動機的副繞組與一個電容量較大的起動電容器串聯(lián)，經(jīng)過起動開關(guān)與主繞組并聯(lián)后接到電源上。副繞組呈容性，而主繞組呈感性，起動時副繞組的起動電流較主繞組的超前一個較大的角度。如果設(shè)計的恰當(dāng)，可以使副繞組超前主繞組電流接近90°電度角，這時電容起動的起動電流較小，而起動轉(zhuǎn)矩較大。3電容運轉(zhuǎn)單相異步電動機的副繞組串聯(lián)一個容量較小的工作電容后與主繞組并聯(lián)到電源上。這種電動機起動相當(dāng)于電容起動電動機，但因為副繞組串聯(lián)電容器的容量比較小，它的起動性能比電容起動電動機差，起動電流大而起動轉(zhuǎn)矩小。運行時候，由于副繞組串聯(lián)了電容，相當(dāng)于一臺兩相電動機，氣隙中存在著較強的旋轉(zhuǎn)磁場，提高老它的運行性能。4雙值電容單相異步電動機帶有兩個電容器，一個是起動電容器，容量較大;一個是運行電容器,容量較小，起動電容器串聯(lián)一個起動開關(guān)后與運行電容器并聯(lián)，然后和副繞組串聯(lián)，再與主繞組并聯(lián)接到電源上，這種電動機的工作情況，起動時相當(dāng)于電容起動電動機，起動電容在一定轉(zhuǎn)速時切離電源，而工作電容則與副繞組一起繼續(xù)參與運行，相當(dāng)于電容運轉(zhuǎn)電動機。因此這種電動機的起動性能和運行性能都比較好。5罩極式單相異步電動機一般做成隱極式，定子上同樣安放有主繞組和副繞組，主繞組接到電源上，副繞組自行短接。罩極式單相異步電動機結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，價格低廉，但起動轉(zhuǎn)矩低，過載能力小，性能較差。1.2單相電動機的繞組單相異步電動機的繞組主要是定子鐵心上放置的兩相繞組：主繞組和副繞組，2個繞組在定子內(nèi)圓空間要互差電度角，如果已知定子槽數(shù)=16，極對數(shù)=2：1單層同心式繞組的連接方法如繞組展開圖1-6圖1—6單相同心繞組的接線方法先根據(jù)極數(shù)把定子槽數(shù)分為份，得到每個磁極占有的槽數(shù)，他將定子圓周上再有電度角。再把每極槽數(shù)分成均勻的兩份，以備兩相繞組放置線圈用，求出的就是每相占有的槽數(shù)，一般用表示，。2雙層繞組是把定子每槽分為上下2層，上層放一個線圈的一個邊，下層放另一個線圈的一個邊，已知=16，=4，計算得=2，τ=4，取線圈的節(jié)距為整距=2，畫出如圖所示展開圖圖1—7雙層繞組的接線展開圖線圈節(jié)距的選取比較靈活，既可以是整距也可以是短距，因為短距線圈常可消弱感應(yīng)電勢中的諧波電勢及磁勢中的諧波磁勢。3正弦繞組的原理和繞組構(gòu)成如下：在單相異步電動機里，如果用的是同心式繞組，就應(yīng)該把每個線圈的匝數(shù)做的不相等，產(chǎn)生的磁勢在空間的分布有可能接近正弦波，這種繞組就叫單相正弦繞組。4繞組的感應(yīng)電勢單相電機氣隙內(nèi)的磁勢在氣隙內(nèi)產(chǎn)生磁密，旋轉(zhuǎn)磁勢將會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁密。當(dāng)電機運行時，氣隙中同樣存在一個旋轉(zhuǎn)磁密波，這個磁密波會切割定、轉(zhuǎn)子繞組，從而在繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢。1.3單相異步電動機的磁勢1.3.1電機內(nèi)一個整距線圈產(chǎn)生的磁勢如圖所示電機定子槽內(nèi)有一個整距線圈AX，匝數(shù)為通入電流為它將在電機內(nèi)產(chǎn)生一個兩極磁場。設(shè)其一時間，線圈中電流方向如圖中所示，可以畫出電機中磁力線的分布。線圈的匝數(shù)愈多，電流愈大，電機內(nèi)每極磁通量也就愈大。在電機內(nèi)任取一個磁力線回路來分析，如圖中abcd回路，這個磁回路是由一段定子磁路ab，一段轉(zhuǎn)子磁路cd，二段空氣隙磁路bc和da組成。根據(jù)磁路的全電流定律，沿任一個磁回路，各段磁路的磁位降之和應(yīng)等于該磁路包圍的全部安匝數(shù)，可用公式表示為(1-3)式中：為各段磁路的平均磁場強度；為各段磁路的平均長度。圖1-8定子圓周內(nèi)的磁勢分布可以看到，在上圖中定子內(nèi)圓周上各處都有磁力線回路，對于任何一個磁力線回路，它們都象abcd回路那樣，每個回路包圍一定的安匝數(shù)即磁動勢，每個回路都經(jīng)過兩次氣隙磁路中一次定子鐵心，一次轉(zhuǎn)子鐵心。因為鐵心的導(dǎo)磁率碧空氣隙的導(dǎo)磁率大得多，所以一段空氣隙磁路的磁阻。比一段鐵心磁路的磁阻要大得多，即》。為了簡化問題，我們可以忽略鐵心磁路的磁阻，可以認(rèn)為磁動勢全部消耗在兩個空氣隙磁路中，這時每個空氣隙磁路消耗的磁勢，即磁位降為（1-4）式中：為空氣隙磁路的磁場強度；為空氣防磁路酌長度。對應(yīng)于各個磁回路，可以計算出各個空氣隙磁路所消耗的磁勢，它們有可能相同，有可能不同，視該回路包圍的安匝數(shù)大小來確定。為了把通過定子內(nèi)圓圓周上不同點的磁力錢回路中所包圍的安匝數(shù)，即氣隙磁路所消耗的磁勢形象地表示出來，我們可畫出如圖1-8所示的磁勢分布圖。我們在定子內(nèi)圓上先選一個坐標(biāo)原點0，經(jīng)常把它設(shè)在線圈AX的軸線處，橫坐標(biāo)為α，它的正方向也表示在圖中，它是指定于圓周上離開原點0的距離，可以用空間電角度[弧度]表示?？v坐標(biāo)為f，它是指一個氣隙磁路上所消耗的磁勢，單位用[安匝／極]，并且規(guī)定磁力線出定子到轉(zhuǎn)子時，磁勢為正，反之為負(fù)。圖1-8是將定子內(nèi)圓展開成一直線后，內(nèi)圓各處氣隙磁路上磁勢的分布圖。由于在此例中各磁回路包圍磁勢一樣，各氣隙磁路磁勢一樣，所以是一個矩形波。圖中XO段和OA段的圓周上各處的氣隙磁勢均為，AX段氣隙磁勢為-。嚴(yán)按說來，這個磁勢分布圖中各處的磁勢不僅是各處空氣磁路上消耗的磁勢，也包含了鐵磁路上消耗的磁勢應(yīng)為半個磁回路消耗的磁勢。當(dāng)線因中通入的電流隨時間作正弦交變時，，則沿內(nèi)圓圓周氣隙磁勢的分布仍為一個矩形波。但是大小作正弦交變，磁勢＝=亦是正弦交變，所以矩形波的幅值是隨時間交變的，叫脈振磁勢。1.3.2矩形波磁勢的諧波分析一個周期變化的矩形波可以分解為各個不同周期的正弦波，它分解出來的波只有奇次的，而且只有余弦項，其中最長的叫一次波，也叫基波。在一次波變化一個周期的空間范圍內(nèi)，變化三個周期的波就叫做三次波，以下五次波，七次波等可以類推，基波以外的波統(tǒng)稱為諧波。用級數(shù)分析上述磁勢沿定子內(nèi)圓周分布的表達式為（1-5）公式中：為定子內(nèi)圓上某一點離開坐標(biāo)原點的電角度；是一系列常數(shù)，可以如下計算，可以看出諧波次數(shù)的升高，寫波幅值得大小是減少的。基波幅值為，三次波為，五次波幅值為等等。很高次數(shù)的諧波可以忽略不計。當(dāng)電流正弦交變時，基波和各次諧波的大小都在交變，當(dāng)電流達到最大時，各次諧波的幅值均為最大；電流為零時，各次波幅均為零。由此可知各次磁勢波也均為脈振波，磁勢亦分別為基波脈振勢和諧波脈振勢。1.3.3用空間向量表示磁勢⑴可以用直角坐標(biāo)的表示法，它表示這個空間向量沿方向以的角速度移動。⑵為了便于空間向量的合成分解，旋轉(zhuǎn)空間向量也可以極坐標(biāo)表示。⑶用兩個旋轉(zhuǎn)的空間向量來表示一個脈振磁勢向量。⑷一個脈振磁勢可以分解成為兩個大小相等，方向相反旋轉(zhuǎn)的空間磁勢波。1.3.4單相繞組的磁勢首先是基波合成磁勢如下式：（1-6）式中：Kd1是基波磁勢的分布系數(shù)。對于高次諧波磁勢只有分布系數(shù)不同所以分布系數(shù)公式如下：（1-7）一般來說，高次諧波的分布系數(shù)比基波的小的多，可以通過繞組分布來削弱諧波磁勢。當(dāng)相繞組沿在空間落后相繞組電角度，同時相電流在時間上領(lǐng)先電流電角度及兩相磁勢幅值相等，時，可以產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁勢。磁勢的轉(zhuǎn)向是從領(lǐng)先電流的一相(相)的幅值位置轉(zhuǎn)到落后電流的一相(相)幅值位置，一般稱之為圓形磁勢(因為旋轉(zhuǎn)磁勢幅值不變，其旋轉(zhuǎn)磁勢端點軌跡為一個圓)。當(dāng)兩相繞組不能滿足上述要求中的任何一條時，將產(chǎn)生一個正向旋轉(zhuǎn)磁勢和一個反向旋轉(zhuǎn)磁勢，通常是合成一個橢圓磁勢。如果正轉(zhuǎn)磁勢幅值等于反轉(zhuǎn)磁勢幅位，將合成一個脈振磁勢。1.4單相異步電動機的感應(yīng)電勢分析過單相電機氣隙內(nèi)的磁勢分布，我們知道旋轉(zhuǎn)磁場將會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁密。單相異步電動機在運行時，氣隙中同樣存在一個旋轉(zhuǎn)磁密波，這個磁密波會切割定、轉(zhuǎn)子繞組。從而在繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢，由于磁場在旋轉(zhuǎn)，所以的大小隨時間變化作正弦變化，可以判斷的大小也隨時間做正弦變化，如圖1-9所示：圖1-9ek隨電度角t的正弦變化是一根導(dǎo)體感應(yīng)電勢的有效值；整個線圈電勢的有效值為（1-8）當(dāng)線圈是短矩時，（<1）,線圈的一邊與另一邊在空間隔開為電角度，所以落后相位是，合成的一匝電勢（1-9）式中：叫做基波電勢短矩系數(shù)，它是小于1的一個數(shù)，這說明線圈短矩后感應(yīng)電勢不整距的削弱了。線圈電勢（1-10）表示單相電機的定子一相繞組的電勢。氣隙的磁密分布波和轉(zhuǎn)子繞組也有相對運動，所以在轉(zhuǎn)子繞組中也能感應(yīng)電勢。這是因為轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，氣隙磁通和轉(zhuǎn)子繞組的相對切割速度為()所致。此時轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電勢頻率為：（1-11）公式中為轉(zhuǎn)差率。由于異步電動機在運行時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速以至于轉(zhuǎn)差率很小，所以轉(zhuǎn)子電勢的頻率也很小，一般只有幾Hz。根據(jù)定子感應(yīng)電勢的計算，同樣可以得到轉(zhuǎn)子繞組每相的感應(yīng)電勢的計算公式為：（1-12）公式中是轉(zhuǎn)子繞組每相匝數(shù)，是轉(zhuǎn)子繞組的基波繞組系數(shù)。1.5單相異步電動機的運行分析1.5.1兩相異步電動機的運行分析定子上具有兩相對成繞組的異步電機，當(dāng)通入兩相對稱電流后，電機氣隙中能產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場。一般轉(zhuǎn)子上是一個鼠籠式繞組，它是一個在空間分布的對稱多相繞組，通過端環(huán)，各相繞組自行短路起來。旋轉(zhuǎn)磁場會在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢，感應(yīng)電流，產(chǎn)生感應(yīng)轉(zhuǎn)矩帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化為機械能。由于對稱，我就取其中一相來分析。（1-13）表示定子一相繞組內(nèi)感應(yīng)電勢的有效值；（1-14）是表示用基爾霍夫定律得到的定子繞組一相電勢平衡式；（1-15）是轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時一相繞組的感應(yīng)電勢，這是旋轉(zhuǎn)磁場相對轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為同步速。轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢頻率和定子繞組一樣為。當(dāng)轉(zhuǎn)子以旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)感應(yīng)電勢的頻率變?yōu)?。所以感?yīng)電勢的有效值變?yōu)?。因為轉(zhuǎn)子繞組每相都是短路的感應(yīng)電勢將會產(chǎn)生電流，電流在一相電阻上一級一相漏電抗上會產(chǎn)生電壓降?？梢员硎境鲛D(zhuǎn)子一相的電勢平衡式：(1-16)故可以得到定轉(zhuǎn)子每相電勢比為：=稱為異步機的電壓比。定轉(zhuǎn)子磁勢合成公式為：或（1-17）其中是異步電動機的電流比。由于定轉(zhuǎn)子由氣隙隔開沒有電的聯(lián)系，轉(zhuǎn)子對定子的作用是通過轉(zhuǎn)子磁勢里產(chǎn)生的。所以只要轉(zhuǎn)子磁勢一樣，對定子的影響就一樣，定子邊的電勢、電流就一樣，電網(wǎng)輸入的功率和從定子傳輸給轉(zhuǎn)子的功率就一樣。通過上述分析，經(jīng)過轉(zhuǎn)子頻率折合和繞組折合得到異步電機的基本方程式：(1-18)(1-19)（1-20）（1-21）（1-22）最后這個公式是把定子感應(yīng)電勢看成為激磁阻抗上的壓降,()就是激磁阻抗。根據(jù)方程式可以畫出異步電機的等效電路如圖1-10：圖1-10異步電動機的等效電路圖異步電動機的電網(wǎng)輸入功率為：，其中是定子相數(shù)，是定子功率因數(shù)在定子繞組里產(chǎn)生的銅損耗為：（1-23）定子中產(chǎn)生的鐵損耗為傳輸給轉(zhuǎn)子的電磁功率為：（1-24）還可以表示為：（1-25）公式中的cosψ2是轉(zhuǎn)子回路的功率因數(shù)。轉(zhuǎn)子繞組上電阻上的銅損耗為為：（1-26）一般轉(zhuǎn)子鐵損耗可以忽略不記。所以可以求得轉(zhuǎn)子軸上的機械功率為：（1-27）由于在運行過程中還會產(chǎn)生機械損耗和一些附加損耗，故轉(zhuǎn)子軸上得到的機械功率減去機械損耗和附加損耗才是電機輸出功率：(1-28)同時將它們除以機械角速度得到轉(zhuǎn)矩平衡方程式：(1-29)1.5.2單相電機的運行分析單相電機的旋轉(zhuǎn)磁場是一個橢圓形的，是由一個正向的旋轉(zhuǎn)磁場和一個反向的旋轉(zhuǎn)磁場合成的。在正向、反向旋轉(zhuǎn)的作用下，電機的等效電路、參數(shù)，主副相電流各不相同，電機的性能也是兩個情況下合成的。先對單相電機的兩相電流和進行分解為兩組對稱分量。兩相正序分量電流和負(fù)序分量電流將分別產(chǎn)生正向旋轉(zhuǎn)磁場和反向旋轉(zhuǎn)磁場，即它們符合上面分析的圓形磁場的產(chǎn)生條件，分別產(chǎn)生不同的旋轉(zhuǎn)磁場。所以我們可以通過正序等效分析和負(fù)序等效分析的方法來分開分析同一個單相電機，以后再合成。正序等效電路圖如圖1-11下：圖1-11正序分量的等效電路圖負(fù)序分量的等效電路圖如1-12：圖1-12負(fù)序分量的等效電路圖這樣就可以應(yīng)用上面分析兩相異步電機的方法的先分析正序，再分析負(fù)序，最后合成以后便可以得到單相電機的運行各方面的技術(shù)參數(shù)和性能指標(biāo)。2單相電動機的設(shè)計研究2.1電機的容量與體積的關(guān)系由上面分析知道，定子主繞組感應(yīng)電勢的有效值：（伏）（2-1）其中：——定子主繞組每項串聯(lián)匝數(shù)?！ㄗ又骼@組繞組系數(shù)?！繕O氣隙磁通量=p是極數(shù)，電機同步轉(zhuǎn)速。當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場在空間按正弦分布時，磁密分布為正弦，每極磁通為：其中是氣隙正弦磁密最大值。是電機定子鐵心軸向長度。為極距=。是定子鐵心內(nèi)圓直徑。電機設(shè)計中經(jīng)常應(yīng)用的參數(shù)叫電負(fù)荷，它反映了沿電機定子內(nèi)圓上電流分布的線密度，即圓周上單位長度的電流數(shù)。定義電負(fù)荷為A，則有：其中是運行時定子繞組相數(shù)。是定子主相電流有效值。分子中的系數(shù)2時因為一匝線圈由兩個導(dǎo)體邊，流的卻是同一個電流。公式適用于定子繞組為相的對稱繞組，各組磁勢相等，而對電容運轉(zhuǎn)定子邊全電流數(shù)應(yīng)為下式：,其中為副繞組電流，為副繞組每相串聯(lián)匝數(shù)。當(dāng)電機配成圓磁場時，等于，所以上式可以寫成。由電負(fù)荷的定義可以寫出如下：（2-2）將，，的函數(shù)關(guān)系式代入式(2-1)中，得到：（）(2-3)由于定子存在漏阻抗壓降，所以使電勢低于端電壓。當(dāng)電機為圓磁場運行時，電動機輸出功率為：由于超前，超前，所以,是副繞組的功率因數(shù)角，為副繞組的端電壓。故可以改寫上式為：(2-4)將該式代入(2-3)可以得到：(2-5)就是體積和容量的表達式:其中即為定子內(nèi)圓圓柱體積，即可以表示電機體積，等式右邊的都是變化不大的量組成的，可以看作是常數(shù)，故只有輸出功率（電機容量）、轉(zhuǎn)速與體積有很大的關(guān)系。我們可以得到如下結(jié)論：1轉(zhuǎn)速固定時，電機體積和電機容量成正比。2電機容量一定時，電機體積與轉(zhuǎn)速成反比。這個結(jié)論很簡單，但是它對我們設(shè)計電機，改進電機性能，調(diào)整方案都有很大的直到意義。2.2定、轉(zhuǎn)子槽數(shù)槽形的確定從對稱角度出發(fā)，為了使主副繞組具有同一型式，一般定子槽數(shù)應(yīng)保證每對槽數(shù)為4的倍數(shù)。槽數(shù)少磁勢波形接近方波，諧波多，槽數(shù)多，磁勢波形好，但沖模制造復(fù)雜，費工時。具體的槽數(shù)可用相近容量的電機的槽數(shù)。2.2.1轉(zhuǎn)子槽數(shù)和定子槽數(shù)的配合關(guān)系定子槽數(shù)確定以后，轉(zhuǎn)子槽數(shù)與定子槽數(shù)之間應(yīng)滿足正確的配合關(guān)系，否則就會產(chǎn)生附加轉(zhuǎn)矩，使運行困難。當(dāng)定子槽數(shù)等于轉(zhuǎn)子槽數(shù)的條件下起動時，定轉(zhuǎn)子相對位置為瞬時上下垂直，沒有附加力矩，當(dāng)由于起動轉(zhuǎn)矩的作用，轉(zhuǎn)子向前旋轉(zhuǎn)一段之后，定轉(zhuǎn)子齒相對位置錯開，此時磁力線扭斜，并且磁力線作用在轉(zhuǎn)子齒上的力產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的方向與起動轉(zhuǎn)矩相反，由于轉(zhuǎn)子齒數(shù)等于定子齒數(shù)，所以每一個轉(zhuǎn)子齒所受附加轉(zhuǎn)矩方向是一致的，有可能會使電機不能起動。若轉(zhuǎn)子槽數(shù)不等于定子槽數(shù)，就不會使所有齒附加轉(zhuǎn)矩的方向都一致，當(dāng)把轉(zhuǎn)子作為一個整體來看時，就有一些附加轉(zhuǎn)矩會相互抵消，其合成的附加轉(zhuǎn)矩就小得多，不會很影響電機的起動。當(dāng)轉(zhuǎn)子槽數(shù)等于2倍的定子槽數(shù)，則會產(chǎn)生齒諧波磁密。由于轉(zhuǎn)子槽數(shù)等于定子槽數(shù)的2倍，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的數(shù)目就應(yīng)是定子槽數(shù)的2倍，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)時，導(dǎo)條切割齒諧波N極磁密，相鄰導(dǎo)條以同樣的速度切割齒諧波S極磁密，這就會使2個導(dǎo)條形成一個回路，流過齒諧波頻率短路電流，產(chǎn)生附加損耗，降低效率，提高溫升，噪聲增加。要想消除這個影響，我們只有從轉(zhuǎn)子槽數(shù)上想辦法，如果2導(dǎo)條都切割N極，就不會產(chǎn)生回路電流，因為兩個諧波電勢指向同一個方向互相抵消了，最好使轉(zhuǎn)子槽數(shù)接近定子槽數(shù)，但又不能等于定子槽數(shù)，這樣才可以消弱齒諧波頻率回路電流，最有效的辦法是斜槽，令轉(zhuǎn)子導(dǎo)條相對定子槽形有一定的角度偏斜，使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條沿軸向長度從一端到另一端，剛好偏斜一個槽節(jié)距，近似于齒諧波一個周期。這樣就使導(dǎo)條中電勢值和接近于零，無論轉(zhuǎn)到什么位置，齒諧波回路電流幾乎都是零。一般取轉(zhuǎn)子槽數(shù)略少于定子槽數(shù)，這樣轉(zhuǎn)子槽可稍大一些，不易斷條且容易鑄造。2.2.2定、轉(zhuǎn)子槽形的選擇為了避免定子齒磁回路過飽和并希望整個定子齒磁密均勻分布，現(xiàn)將齒設(shè)計成平行齒，這樣定子槽就是梯形槽了。一般設(shè)計定子齒寬近似等于1/3的齒節(jié)距，這樣便可以獲得較大的槽面積，從而放置較粗的導(dǎo)線，以減少損耗，提高電機效率，并能提高電機容量，降低溫升。當(dāng)定子齒距減少一半，槽面積更加擴大，電機容量，電壓，內(nèi)徑，長度都不變，則線負(fù)荷上升，電密上升，定子電阻增加，定子損耗增大，效率降低，溫升上升。由于定轉(zhuǎn)子漏電抗增加4倍，所以電機性能很壞，起動轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩很低，電機不能正常運行。當(dāng)我們把電機齒寬增加一倍，使齒節(jié)距變?yōu)樵瓉淼?倍，其他方面沒有改變，這個電機的性能就會變化，主要原因是磁路內(nèi)氣隙激磁安匝上升一倍，因為電機激磁安匝取決于氣隙安匝，所以電機總激磁安匝也差不多上升一倍。要想在匝數(shù)降為原來的一半的情況下，要求激磁安匝反而上升一倍，這時激磁電流必須上升到4倍，這樣激磁電流將比額定電流大好多倍，功率因數(shù)很壞，溫升也會很高，以致電機不能運行。2.2.3槽口尺寸的選擇定子槽形一般采用半閉口槽，槽口寬度應(yīng)使導(dǎo)線能順利下入槽中，一般在以上。小電機中不使用開口槽（開口槽的齒諧波厲害，波形不好從而影響電機的性能）；氣隙安匝應(yīng)按進行計算：。若采用開口槽時，大于很多；若采用閉口槽，則等于；采用半閉口槽，槽口越小，越趨近于。在計算中我們引入一個系數(shù)，叫氣隙系數(shù)。于是氣隙安匝：，定義，這樣我們在計算中只計算正弦波磁密，而諧波磁密對氣隙安匝的影響就化成一個系數(shù)問題，根據(jù)分析得到：定子氣隙系數(shù)為：（2-6）轉(zhuǎn)子氣隙系數(shù)為：（2-7）電機總氣隙系數(shù)為：，其中為氣隙，、分別為定子、轉(zhuǎn)子槽開口寬度。是轉(zhuǎn)子齒節(jié)距。2.2.4槽形的選擇主要是合理分配齒度與槽度，也就是調(diào)整定子邊的電密與磁密（或轉(zhuǎn)子邊的電密與磁密）。當(dāng)一定時，一定，匝數(shù)一定。此時若齒度取得小，則槽寬留的大，其后果就是偏高，定子電密偏低。反之結(jié)論亦反。所以在分析方案時，若發(fā)現(xiàn)電密與磁密不是同時緊張，一個參數(shù)緊張而另一個有余量，這時就可以通過調(diào)整槽形使情況得到改善。2.3單相電機的繞組設(shè)計和電磁計算2.3.1定子繞組設(shè)計單相電機的氣隙磁場中諧波磁場數(shù)量多、次數(shù)低、幅值大，會產(chǎn)生較大的附加轉(zhuǎn)矩，使電動機的雜散損耗和噪聲、振動增大，從而造成單相電動機起動困難，性能較差。為了削弱單相電動機氣隙中的諧波磁場，必須合理選擇定子繞組的結(jié)構(gòu)型式和轉(zhuǎn)子籠型繞組的斜槽。單相電動機功率小，為了提高槽的空間利用率，省去層間絕緣，采用單層繞組，為了削弱諧波磁場，則采用雙層分布繞組。最好的方法是采用正弦繞組。單相電動機的主、副繞組軸線一般設(shè)計成正交，繞組分布對稱，嵌線工藝性好，電動機具有可逆轉(zhuǎn)動特性；對某些僅需要單方向運轉(zhuǎn)的電動機，也可以設(shè)計兩套繞組非正交以改善性能。單相電機的繞組一般有以下幾種：1、單相同心式等相帶繞組，即主副繞組所占的槽數(shù)各為總數(shù)的一半，即主副繞組等相帶，各占電度角。2、單相同心式不等相帶繞組，把主繞組設(shè)計的占總槽數(shù)的三分之二可以提高定子槽的有效利用率，消弱三次諧波，提高電機的輸出功率。3、正弦繞組，設(shè)計單相電動機定子繞組時使每個線圈的匝數(shù)都不相等，由其產(chǎn)生的磁動勢在空間接近正弦分布。正弦繞組對諧波的抑制很強，對電機的運行有很大的作用，一般設(shè)計單相電動機都采用正弦繞組的方式來完成，實現(xiàn)電機的作用。單相電機的接線方法如下面集中：1、顯極或隱極的接法，顯極接法時電機繞組的極相組數(shù)等于極數(shù)2p，隱極接法時，其極相組數(shù)為極對數(shù)p。2、單層疊繞組的接法，它分為3種，第一種為全接距繞組的接法，第二種為短節(jié)距繞組的接法，第三種為分離式繞組的接法3、單層同心式繞組的接法，它一般采用相帶繞組的隱極接法或相帶繞組的顯極接法。4、雙層疊繞組的接法，由于單相異步電動機的容量小，鐵心尺寸小，采用雙層疊繞組很困難，所以很少使用。5正弦繞組的接法，正弦繞組的接法和同心繞組相似，單正弦繞組是根據(jù)電動機主、副繞組所占的槽數(shù)比例不同，有不同的類型和多種接線方法。綜上可以知道，一般設(shè)計單相電動機選擇定子繞組的類型和接線都應(yīng)該偏重在正弦繞組上面。2.3.2磁路計算由于定子相電流與旋轉(zhuǎn)磁勢幅值的關(guān)系（），所以知道電流就可以計算出磁勢幅值。首先，由電壓、匝數(shù)計算磁通，再由磁通計算出磁勢幅值，最后由磁勢反推出激磁電流。計算磁路最長，磁密最大的磁力線所代表的閉合回路的全部磁壓降就是磁勢幅值。1磁通量的計算上面電機方案確定以后，就可以知道、、槽數(shù)、槽形、匝數(shù)、導(dǎo)體截面積可以求得漏阻抗參數(shù)、。定子漏阻抗（2-8）定子漏阻抗的阻抗角?？梢怨浪愠鲱~定電流（2-9）適用于電阻起動和電容啟動電機，電動運轉(zhuǎn)電機中額定電流由磁勢公式由總有一定的飽和程度，最大氣隙磁密處，齒磁密也大，則它就較飽和，這于磁路樣正弦波磁勢不會產(chǎn)生正弦磁密分布而會略呈平頂波形，公式可以改寫為所以計算出每極磁通量為：（2-10）其中=，=，=則可以得如下：（2-11）定子全磁通為（2-12）2磁密計算定子齒磁密為（2-13）其中為氣隙磁密最大值。轉(zhuǎn)子齒磁密為（2-14）定子軛磁密（2-15）轉(zhuǎn)子軛磁密（2-16）3磁勢計算激磁磁勢幅值為（2-17）為一個氣隙所需磁勢的安匝數(shù)，為一個定子齒所需磁勢的安匝數(shù)，為一個轉(zhuǎn)子齒所需磁勢的安匝數(shù)，為定子軛部所需磁勢的安匝數(shù)，為轉(zhuǎn)子軛部所需磁勢的安匝數(shù)。所以看出一個極所需激磁磁勢為每個部分激磁安匝的代數(shù)和。2.3.3定、轉(zhuǎn)子電阻電抗的計算1槽漏抗電感L定義為一個線圈通以單位電流所產(chǎn)生的磁鏈數(shù)。于是一個槽漏電感為：（2-18）一個槽漏電抗為：(2-19）其中為電角頻率。電機串聯(lián)總導(dǎo)體為，若其平均分布在各槽內(nèi)，則每個槽內(nèi)的導(dǎo)體數(shù)為：定子槽漏抗應(yīng)該為個槽漏抗的疊加，可以寫成：（2-20）其中單相電機中有時繞組不是均勻分布在每一個槽內(nèi)，而是安正弦繞組的規(guī)律分布的。槽內(nèi)導(dǎo)體有多有少。因為電抗正比與匝數(shù)平方關(guān)系，所以當(dāng)匝數(shù)不均勻分布時的電抗值要比均勻分布時大一些。2端部漏抗（2-21）為經(jīng)驗公式。還可以改寫成（2-22）端部漏抗與端部伸出總長度成正比。3諧波漏抗對于定子高次磁通來講，有一部分不到轉(zhuǎn)子表面而在氣隙中閉合；一部分通過氣隙到達轉(zhuǎn)子表面而閉合。這部分磁通只鏈定子繞組，不鏈轉(zhuǎn)子繞組屬于定子漏磁通之列。高次諧波磁勢主要是齒諧波磁勢。由電機槽數(shù)n可以知道電機的第一次齒諧波次數(shù)為n－1，n+1次，故可以計算出n－1次和n＋1次諧波對對電機一相繞組的全部導(dǎo)體的磁鏈（2-23）其中同理求的n＋1對應(yīng)的磁鏈，所以即可求得：諧波漏電抗：==（2-23）4斜槽漏抗由于斜槽的作用，使一部分直槽時的主磁通轉(zhuǎn)化為漏磁通了。斜槽漏抗的具體計算公式為：（2-24）其中、為轉(zhuǎn)子槽數(shù)、轉(zhuǎn)子鐵心長度，。5轉(zhuǎn)子參數(shù)計算轉(zhuǎn)子繞組參數(shù)的計算方法是，將轉(zhuǎn)子每相參數(shù)乘以適當(dāng)?shù)淖杩棺儽萲即可。阻抗變比的計算公式為：代入=1得（2-25）轉(zhuǎn)子電阻折合為：（2-26）同理可以計算出下面各個阻抗或漏抗轉(zhuǎn)子槽漏抗（2-27）轉(zhuǎn)子諧波漏抗（2-28）轉(zhuǎn)子斜槽漏抗（2-29）轉(zhuǎn)子端部漏抗（2-30）他們的參數(shù)物理概念與定子同類參數(shù)相同，可以用到相關(guān)的設(shè)計計算中來簡化計算程序。6定轉(zhuǎn)子漏阻抗定子漏電抗為：（2-31）漏電抗為：（2-32）對電抗影響最大的參數(shù)是匝數(shù)，電抗正比于匝數(shù)的平方，它影響所有的電抗，不僅對漏電抗，對激磁電抗也是這個關(guān)系，其他的調(diào)整措施是局部的，如調(diào)整槽的高、寬比例關(guān)系可以調(diào)整槽漏電抗，調(diào)整槽數(shù)可以調(diào)整諧波漏抗等。對定子電阻來講，由于公式可以看出，電阻正比于匝數(shù)的一次方，但有時設(shè)計中出現(xiàn)電阻與匝數(shù)平方成正比的情況。可以這樣理解：若定子槽形，槽數(shù)不變，想對匝數(shù)進行小的調(diào)整，例如把匝數(shù)減少百分之五，此時下降百分之五，若維持槽滿率不變，則可以上升百分之五，其結(jié)果就是下降百分之十。2.3.4起動計算1起動時等值電路參數(shù)的簡化起動時的等值電路如圖2-1：從電源邊看進去的輸入阻抗為一個簡單的串并聯(lián)電路。圖2-1電機起動時的等效電路圖計算經(jīng)過整理后得到（2-33）可以簡寫也為簡化的結(jié)果：2考慮漏磁飽和對漏抗的影響起動時定子漏抗壓降很大，主磁通不是很大，但漏磁通很大，釘子邊主磁通與漏磁通之和仍能使定子齒，槽口部分局部飽和，這就會引起槽漏抗等參數(shù)的變化。工業(yè)生產(chǎn)中將其簡化為一個簡單的計算，就是認(rèn)為由于漏磁通很大使磁路飽和，使定子齒，轉(zhuǎn)子齒的槽口部分鐵心導(dǎo)磁性能變壞，等效浪成槽口寬增加，也就是齒頂寬度減少了，其減少的比例與飽和程度有關(guān)：（2-34）故可以計算出起動時主繞組轉(zhuǎn)子漏抗：(2-35)主繞組起動漏抗：(2-36)主繞組視在起動總漏抗：(2-37)主繞組視在起動總阻抗：(2-38)3起動電流的計算主繞組起動相電流為，一般較大約增加10%左右，副繞組起動電流的確定，首先要計算副繞組起動參數(shù)，電容起動電機參數(shù)計算為：副繞組的視在起動總電阻(2-39)副繞組視在起動總電抗(2-40)副繞組視在起動總阻抗(2-41)副繞組起動電流（2-42）主繞組起動電流相位角（2-43）副繞組起動電流相位角（2-44）起動時的線電流的計算為（2-45）4起動轉(zhuǎn)矩的計算先將電流分別在主、副繞組中產(chǎn)生的脈振磁勢分別化成兩個旋轉(zhuǎn)磁勢，它們分別產(chǎn)生不同的電磁轉(zhuǎn)矩正轉(zhuǎn)電磁轉(zhuǎn)矩（2-46）反轉(zhuǎn)電磁轉(zhuǎn)矩（2-47）起動時既有正轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)磁場又有反轉(zhuǎn)磁場，所以起動轉(zhuǎn)矩為它們之間的代數(shù)和：。代入整理后得到起動轉(zhuǎn)矩為（2-48）起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)為（2-49）電流幅值不變時，圓磁場情況具有最大的起動轉(zhuǎn)矩。2.4溫升及其方案調(diào)整措施溫升是電機的一個重要問題，常常限制電機的容量。電機定子線圈為多匝線圈，導(dǎo)線的漆皮即為線圈的匝間絕緣，槽絕緣就是線圈的對地絕緣。兩相繞組間還會有相間絕緣，這些絕緣材料都有一定的溫度限制。電機的絕緣問題也是電機的壽命問題。電機的溫升是指電機繞組銅線的溫度和室溫相比時，相對溫度升高，控制了溫升也就控制了銅線溫度，我們國家規(guī)定的最高室溫為40°C，故對絕緣等級為E的溫升不超過80°2.4.1溫升的控制方法在單相電機中，電機的溫升計算一般不是應(yīng)用傳熱學(xué)公式計算的而是用對比法，就是通過實驗了解一臺容量相近電機的有關(guān)溫升數(shù)據(jù)（總損耗，電機外表面散熱面積，電機繞組溫升等），用它們可以計算出電機的熱負(fù)荷，如果熱負(fù)荷一致，電機的溫升就相差不多，可以估測出來。電機損耗時，最主要的是定子銅損耗，它是影響繞組溫升的最主要因素，要是能夠控制電機定子銅損耗的大小，也就可以控制電機的的溫升了。若兩相對稱繞組流過對稱電流產(chǎn)生圓磁場時，熱負(fù)荷為=（2-50）上式電阻系數(shù)是個常數(shù)，所以可以知道熱負(fù)荷與與電機的線復(fù)核和電流密度的乘積成正比，這就是在設(shè)計電機是要參考一下同容量電機的、的原因，使其不會有太大的出入，使溫升難以控制。由于計算溫升是對比容量相似電機來確定的，難免會出現(xiàn)誤差。2.4.2方案的調(diào)整表2-1溫升方案調(diào)整參考現(xiàn)象原因調(diào)整方法注意問題起動轉(zhuǎn)矩小漏電抗大（起動電流?。┺D(zhuǎn)子電阻小1、適當(dāng)減少定子繞組匝數(shù)。2、改進槽形，增加槽寬減少槽高，縮小轉(zhuǎn)子槽面積和端環(huán)面積起動電流增加，激磁電流增加，齒磁密增加，cos下降，增加銅耗，降低效率，提高溫升。起動電流大漏電抗小適當(dāng)增加定子匝數(shù)起動轉(zhuǎn)矩降低cos偏低偏大1、增加定子匝數(shù)2、調(diào)整槽形尺寸使齒磁密、軛磁密分布合理漏抗增加效率低銅耗大鐵耗大降低定子匝數(shù)增加定子導(dǎo)線面積增加轉(zhuǎn)子導(dǎo)線面積增加鐵心長度調(diào)整槽形尺寸（局部磁密高才用）鐵心不加長，則磁密上升過飽和cos降低槽滿率緊張起動轉(zhuǎn)矩下降用材料增加最大轉(zhuǎn)矩小漏抗大，轉(zhuǎn)子電阻太大降低定子匝數(shù)，增加轉(zhuǎn)子槽面積及端環(huán)面積Im增加溫升高損耗大增加鐵心的尺寸增加材料，成本3單相電機的運行性能3.1電流計算在計算參數(shù)時，忽略激磁回路的鐵損耗等效電阻，可以計算出電流（3-1）其中為不記及鐵耗的電流。為了研究鐵耗對電流的影響，可以畫出等效電路圖3-1圖3-1不計鐵耗的等效運行電路圖可以看到在-電嗜的對應(yīng)端點并聯(lián)著一個反映鐵耗的等效電阻，我們認(rèn)為的乘積就代表了定子鐵耗，用表示?？梢员硎緸椋?-2）因為支路是純電阻負(fù)載，所以與-同向，可以看出電機的功率因數(shù)為：（3-3）和的向量和就是考慮鐵耗的主繞組電流，但是向量運算復(fù)雜，我們就在端點向作垂線形成一個新向量，此向量大小和非常接近，我們認(rèn)為與的夾角也為ψ角。故：（3-4）其中，3.2損耗、轉(zhuǎn)矩及效率3.2.1鐵耗計算定子鐵耗：（3-5）轉(zhuǎn)子鐵耗：（3-6）總的鐵耗就：（3-7）3.2.2轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩：（3-8）機械功率為：（3-9）輸出功率為（3-10）所以我們可以看出輸出機械轉(zhuǎn)矩等于電磁轉(zhuǎn)矩減去機械摩擦阻轉(zhuǎn)矩，再減去轉(zhuǎn)子鐵耗渦流所產(chǎn)生的阻轉(zhuǎn)矩。3.2.3效率、功率因數(shù)輸入功率為：（3-11）效率就是：（3-12）功率因數(shù)為：（3-13）轉(zhuǎn)速為：（轉(zhuǎn)/分）（3-14）輸出機械轉(zhuǎn)矩：（3-15）它們都與滑差有關(guān)，而滑差又為已知量，如果計算出來的不為額定功率，則應(yīng)重新調(diào)整，在計算，直到計算出為額定功率為止。3.3最大轉(zhuǎn)矩的計算由已知計算出對應(yīng)的等值電路參數(shù)、、、、、有它們可以計算出產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩時的定子電流：（3-16）相應(yīng)的功率（3-17）（3-18）最大轉(zhuǎn)矩就是：（3-19）最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)：（3-20）最大轉(zhuǎn)矩時的轉(zhuǎn)速代入上式得：（3-21）3.4空載性能計算空載運行時，趨近于0。對于正序電路來說，轉(zhuǎn)子回路中，由于有電阻,相當(dāng)于開路。在負(fù)序電路中（2-）近似等于2。忽略的影響，認(rèn)為轉(zhuǎn)子支路只有作用。與并聯(lián)的結(jié)果，可認(rèn)為并聯(lián)后電抗等效為空載的等效電路可以近似簡化為圖3-3：圖3-3空載等效電路圖正序電流等于負(fù)序電流等于1/2，故圖中支路電流為1/2則有：（3-22）定子銅損耗為（3-23）轉(zhuǎn)子正序銅損耗為0轉(zhuǎn)子負(fù)序銅損耗為（3-24）空載損失為（3-25）3.5計算實例通過上面幾章的分析和討論，對單相電動機的設(shè)計有了大體的認(rèn)識和了解，我就通過下面的例子來計算出設(shè)計單相電動機時對我們電氣方面的需要和電磁方面的數(shù)據(jù)及一些性能數(shù)據(jù)，通過該實例，可以加深對單相電機的認(rèn)識和了解，對電機的設(shè)計有更深一步的認(rèn)識，對設(shè)計單相電機有一個大體的概念和具體的依據(jù)。3.5.1額定數(shù)據(jù)及其技術(shù)要求額定數(shù)據(jù)及技術(shù)要求計算實例數(shù)值單位輸出功率370W額定電壓220V頻率50Hz極對數(shù)1效率58%功率因數(shù)0.77起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)1.2起動電流26.3A最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)2絕緣等級B級冷卻方式IC41W8防護型式IP×8定、轉(zhuǎn)子繞組有效槽數(shù)24/163.5.2主、副繞組的設(shè)計（正弦分布繞組）名稱及其相關(guān)計算公式實例數(shù)值及其計算數(shù)值(帶單位)氣隙磁密0.697T飽和系數(shù)1.23估計每極磁通0.00293Wb主繞組每極導(dǎo)體數(shù)374個主繞組總串聯(lián)導(dǎo)體=2748個主相電流估算3.766A線徑初值0.77導(dǎo)線截面積0.4418平均跨距線距7.833副繞組每極串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)314個副繞組總串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)628個主副繞組匝數(shù)比0.8385副繞組電阻12.023.5.3主相參數(shù)計算名稱及其相關(guān)計算公式實例數(shù)值及其計算數(shù)值(帶單位)主繞組電阻=6.36卡氏系數(shù)1.315有效氣隙長0.0329cm定子漏磁導(dǎo)1.4定子槽漏抗0.987定子端部漏抗1.81定子主繞組漏抗4.1617定子阻抗為7.6轉(zhuǎn)子電阻5.355轉(zhuǎn)子漏磁導(dǎo)3.523轉(zhuǎn)子槽漏抗3.2663.5.4磁路計算名稱及其相關(guān)計算公式實例數(shù)值及其計算數(shù)值(帶單位