单相串励电动机设计

一、 单相串励电动机设计

1.1 基本公式:

1.1.1 反电动势E:

对于直流串励电动机: )(10106088v n c n a

PN E e --⋅Φ=⋅Φ= 其中: P –––极对数; N –––电枢总的导体数

a –––电枢绕组并联支路对数

Φ–––每极气隙磁通量

n –––电机转速

对于单相串励电动机: )(102608v n k a

PN E p -⋅Φ= k p –––电枢绕组短距系数.

1.1.2 电压平衡方程式:

对于直流串励电动机: b f a a U R R I E U ∆+++=)(

R a ---––––电枢绕组电阻

R f ––––激磁绕组电阻

∆U b ---––––电刷与换向器间压降

对单相串励电动机: 22r x U U U +=

Ux----–––端电压有功分量

Ur ––––端电压无功分量

1.1.3 电磁力矩公式:

对于直流串励电动机: a m I PN T Φ⋅=a

2π; 对于交流串励电动机: θπcos 2

2N p m I K a PN T Φ⋅=.(此为平均力矩,非瞬时力矩) 其中:θ --––– 电枢电流超前主磁通的相角.

1.1.4 每极气隙磁通量为:

δδδταB L ...=Φ

δα-- ––– 极弧系数

τ ––– 极弧长度

δL -- ––– 电枢铁芯计算长

δB -- ––– 气隙磁密

1.1.5 转速:

略去电刷和换向器之间的压降△U b ,则直流串励电动机的转速: Φ

+-=e f a a C R R I U n )( 对单相串励电动机,在略去ΔU b 和假设θ=0的条件下

有:)(f a a r R R I E UCOS U ++==ϕ

n C E e Φ=2

1 则Φ+-=e f a a C R R I uCOS n )]

([2ϕ.

1.2 电机主要参数之间的关系

1.2.1 电负荷(线负荷)、电密及发热因子之间的关系.

电负荷A 定义: 沿电枢圆周单位长度上的安培导体数称为电负荷.

公式: D

2πa NI A = N -- ––– 电枢总导体数

D --––– 电枢外径

a ––– 电枢绕组的并联支路对数

电密J:- 导体单位横载面积上通过电流的大小. 24d

I J =π d --––– 导体直径

发热因子: 电枢绕组的线负和导体电密J 的乘积A ·J 叫发热因子.它决定了电机温升的高低.

2

22

2242Dd a NI d I D a NI J A πππ=⋅=⋅ 从上可见,在电流一定的条件下,对于整个电机有:

a. 导线的横载越大,则温升越低;

b. 电枢直径越大,则温升越低;

c. 电枢匝数越小,则温升越低.

但在实际情况中,为了增大力矩,往往电枢匝数较大,使得电枢温升高于定子线圈部位的温升.电机绝缘等级越高,允许发热因子的数值越大,一般对串激电机,A ·J 为700~1400安/厘米‧安/毫米2).

1.2.2 电机的体积、转速与功率之间的关系.

对于串励电动机 :

δ

αB A p n L D p ⋅⋅⋅=⋅⋅'216' 因串激电动机η

N

P P ='则P n L D P n L D η⋅⋅⋅=⋅⋅22' 式中: 'P ------ 计算功率, η ------- 效率, P -------- 额定功率, 'P α -------- 计算

极弧系数, L D ⋅2------- 类同于电机的体积.

从上可知:

a. 在要求的转速与计算功率比值一定的条件下,改用不同类型的电机芯片(即改变D),则可通过改变铁芯长度L 来保证达到相同的性能;

b. 在电机的芯片与长度一定的条件下,要求的功率越大,则转速越高,如若要保证工作点的转速,则应提高工作点的效率;

c. 在功率一定的条件下,可提高转速以减小电机体积.

1.2.3 利用系数K A 与力矩之间的关系.

利用系数K A 它反映了产生单位计算转矩所耗用的有效材料.

n

L D P K A ⋅=2' 因''T n P =,则L

D T K A ⋅=2'. 可见: 在D 2·L(即电机体积)一定的条件下,产生的力矩越大,则利用系数越高.

1.2.4 电负荷与磁负荷之间的关系. 由δ

αB A p n L D p ⋅⋅⋅=⋅⋅'216'可知: a. 若线负荷A 不变,气隙磁密B δ增大,则电机体积减小,用铁量减小;同时因铁损与2δB 成正比则电机铁耗增大,温升也将升高;同时气隙磁层降和磁路饱和程度增加,功率因子下降; b. 磁负荷B δ不变,线负荷A 增大,则电机体积减小,用铁量减少;因B δ一定,而铁芯重量减小,则铁耗减少;同时因每极磁通变小,为了产生一定的感应电势,则绕组匝数必须增加,致使用铜量增加,铜耗随之增加,使绕组温升增高.