电机设计及其CAD第3章

Btx' Btx 0 Htx Ks简化为：Bt Bt ' 0 Ht K s
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二 齿的磁路计算长度 直流电机梨形槽：
Lt h22 2 (r22 r12 ) 3
感应电机定子梨形槽： L h h 1 r t 11 21 21 3 半开口槽： Lt h1 h2 开口槽：
2 定转子双边开槽（如感应电机）
定子光滑，转子开槽 k1 定子开槽，转子光滑 k2 k= k1k2 或k= k1＋k2－1 3 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)
lm 102 j ( 0.8) 104 3
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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 88210 － 6H/m ，而非导磁 材料为1.25710－6 H/m)。
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通常取最大气隙磁密所在磁极中心线的气隙磁压降。
F K H
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 F K B / 0
B P ' l ef

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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）。
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max 弧长 b p ，
，b p 一般为(0.55－0.75)。利用气隙
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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 bp p ' f ( ) 曲线见图3-7、3-8。
Bj
m
lmbm
Fj
Bj j
0
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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 Bt<1.8T 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。 一个齿距内的磁通t=Bleft，则齿部磁密Bt＝t/At
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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。
bp ' bp
，但e=0.75+0.25max
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2 感应电机
不饱和时，p’＝0.637 磁路饱和气隙磁场不正弦，扁平， p’>0.637 ， p’ 与定子齿、转子齿的饱和程度有关。 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。

(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。 b p ' b p
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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。
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F Ft1 Ft 2 Ks F
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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
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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。
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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（815～875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1～3％，损耗低、导磁性能好 2、无硅钢片（含硅0.5％以下）价格低、导磁、
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利用k来求因存在通风道而损失的电枢轴向计算长度 2
bv ' 5 bv 2 bv
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
bv ' bv bv
2
5 2
lef lt Nv bv '
Btx ' Btx
t
Atx

tx
Atx

sx
Atx
Btx ' Btx
sx
Atx

sx Asx
Asx Atx Asx是该处槽的截面积，Atx是该处齿的截面积
As1 / 2 r12 r22 lef Ks：梨形槽， K s At1 / 2 K febt lt '
根据绕组感应电势确定： Ea B 直流电机 pn N a P ' lef
60 a
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交流电机

E 4 K dp K NM fN
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
t (4.4 0.75b0 ) K 2 t (4.4 0.75b0 ) b0
K t (5 b0 ) 2 t (5 b0 ) b0
半闭口槽、半开口槽
开口槽
t为齿距, b0为槽口宽
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(2) 齿壁不平行的矩形槽（平行槽） 沿槽高hs上各齿的宽度都变化， Bt、Ht都变化，计算复杂，取
H tr 4H t1/ 2 H tt Ft Lt 6
其中，Htr为齿根处磁场强度，Ht1/2为齿中部磁场强度，Htt为 齿顶处磁场强度。
若齿不太饱和且齿宽沿高度方向变化不大，可用近似方法， 采用“距齿最窄处1/3齿高”处的齿宽
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空气隙磁位降占较大比例（60％－85％以上）
二 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
lef B( X )dX b P 'lef p
2 2

B( X )d ( X )
2 2
1

B

Bav B
Hale Waihona Puke Baidu
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 =b’p /。
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Hdl H L
i 1 i
n
i
其中Hi为第i段磁路的磁场强度，Li为第i段磁路的长 度。
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H1 L1 H 2 L2 H n Ln F 0
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
Ft H t1 / 3 Lt
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2、齿磁密Bt>1.8T（对于热轧硅钢片） 齿部饱和，磁通大部分从齿中流过，小部分经槽部进入轭部， 实际磁密比计算出的小。
在Dx 圆截面处，有
t tx sx
Lt hs
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•2018年10月13日星期六
’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， p ' 0.637
2
1 直流电机 (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，
bp ' b p ' b p 2 p '
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。
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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， 各该段中磁场强度为恒值。
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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
Btx Bsx K s Btx 0 H sx K s
bs lef A s1 / 3 Ks At1 / 3 K febt1 / 3lt ' 矩形槽，
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有 H sx H tx
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B( X ) B 1COS B 1 B 0
(X )
COS
F X 0 H ( X ) 0 ( X )
F


2
X
很难实现，一般做成偏心气隙
max b p cos 2
1.5
磁场 3 次谐波励磁的同步发电机，可采用均匀气隙， 增大3次谐波
（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
Bt＝
B lef t K Felt ' bt
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