电机设计

2.1 电机的主要参数之间的关系式
6、从确定主要尺寸关系式所得的结论
D 2lef n 6.1 103 CA P p K Nm K dp AB
D 2lef 60D 2lef CA P / n 2T
1、电机的主要尺寸决定于：计算功率P’与转速n之比或计算转矩T’；
对电机绕组、附加损耗、附加转矩、电机冷却、大型电机的端
部磁场的研究； 磁流体、地热、太阳能、风力和燃气轮机用于发电的研究。
1.2 电机设计的任务与过程
电机设计的任务
① 根据用户提出的产品规格（功率、电压、转速）和技术要求（效 率、参数、温升、机械可靠性）； ② 结合技术经济方面国家的方针政策和生产实际情况； ③ 运用有关的理论和计算方法； ④ 正确处理设计中遇到的多种矛盾； 设计出性能好，体积小、结构简单、运行可靠、制造和使用、维 修方便的先进产品。
1.1 电机制造工业的近况与发展趋势
三、积极采用新技术、新材料、新结构和新工艺
应用电子计算机计算 新技术 直流机的可控硅供电、无槽电枢 双水内冷却技术、直线电机 异步电机单绕组多速和Y-△混合绕组
1.1 电机制造工业的近况与发展趋势
绝缘材料： 主要采用E、B级，向B、F级过渡 环氧玻璃粉云母带 无溶剂浸渍漆 新材料 聚酰亚胺 DMD复合绝缘
二、向多品种发展
我国中小型电机系列有72个系列，531个品种
J、JO 第一次统一设计
基本系列：异步电机
J2、JO2 第二次统一设计 Y、YO 第三次统一设计 （性能好，效率高，噪声小）
1.1 电机制造工业的近况与发展趋势
二、向多品种发展
防爆、船用、潜水 派生和专用系列 单绕组多速、力矩、起重冶金等
第2章 电机的主要参数之间的关系




电机的主要参数之间的关系式 电机中的几何相似定律概述 电磁负荷的选择 电机主要尺寸比的选择及确定主要尺寸的一般 方法 系列电机及其设计特点
第2章 电机的主要参数之间的关系
什么是主要尺寸？
电机的几何尺寸很多，有铁心尺寸、绕组尺寸、外形尺寸、 安装尺寸，其它各种结构部件的尺寸。但是究竟哪些是主要尺寸 ：电机的电磁过程主要是在气隙中进行的，其能量形式的转换则 是通过“气隙主磁通”进行的。因此主要尺寸就必定与气隙有密 切
P 60 P T 2n (T 是计算转矩 )
D 2lef 近似地表示转子有效部分的体积，定子有效部分的体积也和它有关。 CA 的物理意义：反映产生单位计算转矩所耗用的有效材料（铜、铝或电
工钢）的体积，并在一定程度上反映了结构材料的耗用量。
2.1 电机的主要参数之间的关系式
CA 、K A 的物理意义
2、几个物理量
即找到主要尺寸与额定功率、转速及电磁负荷的关系。
电动机 : 轴上输出的功率 额定功率PN : 输出功率 发电机 : 出线端输出的电功率
额定转速：同步速
60 f n p
2.1 电机的主要参数之间的关系式
2、几个物理量
2m WI 流 A D 线负荷 : 电枢圆周单位长度上电 ( A / 米) 电磁负荷 : B 磁负荷 : 气隙中磁通密度的最大 (T ) 值
(kW )
(kW )
PN PN mUN I cosNN 103 1
P mE I1 103 1
P
(kVA)
E1 1 1 PN K E PN U N N cos N N cos N
PN 给定， N , cos N 与给定， K E 与可先假设再得到计算功率。
── 计算极弧系数； p
τ ── 极距（米）；
lef ── 电枢计算长度；
p
Bav B
(0.63 ~ 0.72) (米)
D
2p
2.1 电机的主要参数之间的关系式
3、交流电机中
D, lef 与P, n, A, B
的关系
电负荷A：
2mWI A D
2.1 电机的主要参数之间的关系式
可以看出：在其它条件相同时，计算转矩相近的电机所消耗的有效材料
相近，功率大、转速高与功率小、转速低的电机其
P n 相近，则电机体
积是接近。二者可采用相同的电枢直径与某些其它尺寸。
2.1 电机的主要参数之间的关系式
6、从确定主要尺寸关系式所得的结论
D 2lef n 6.1 103 CA P p K Nm K dp AB
熟悉国家标准；
收集相近电机样本和技术资料； 听取生产使用单位的意见要求； 编制技术任务或技术建议书。
1.2 电机设计的任务与过程
电机设计过程
② 电磁设计：
根据技术条件或技术任务书的规定，参照生产实践经验，通过
计算方案比较来确定与所设计电磁性能有关的一些尺寸和数据，选定 有关材料，并核算电磁性能。
③ 结构设计：
GB755-87 电机基本技术要求：各类电机技术要求、
铭牌、线端标志； GB760-65 电机安装尺寸和外形尺寸的代号、规定各 类电机的安装和外形尺寸代号。
1.3 国家标准
部颁标准（代号JB）：对某一类电机的技术要求、额 定数据、使用条件；
JB1104-68 Z2系列小型直流电机技术条件。
各类电机试验方法： GB1032-68 中小型三相异步电动机试验。
1.2 电机设计的任务与过程
设计的依据
给定： （1）额定功率（2）额定电压
（3）相数及相间连接法
（4）额定频率（5）额定转速（6）额定功率因数 对于感应电机通常给定（1）-（5），同步电机给定
（1）-（6），直流电机给定（1）、（2）、（5）
1.2 电机设计的任务与过程
电机设计过程
① 准备阶段：
2.1 电机的主要参数之间的关系式
D2lef n 随着电机功率的增大 C C A 并非总是常数，转速一定时， A P
而减小，利用系数和转矩应力则随电机功率的增大而增大。
小结：
D 2lef n 6.1 103 CA P p K Nm K dp AB
根据
确定主要尺寸的基本关系式找到 → 确定A 、Bδ、→
关系。实践证明，靠近气隙的电枢直径（D）与铁心有效长度是
电机的主要尺寸，而气隙可以说是第三个尺寸。从几何角度看， 这些尺寸一经确定了，其它尺寸就大体上确定了，而且不少电磁
性能也就基本上为它们左右或稍许变动。
第2章 电机的主要参数之间的关系
1、主要尺寸
铁心尺寸 绕组尺寸 其它尺寸大体确定 主要尺寸
电机的几何尺寸 外形尺寸
电磁功率（计算功率）：电机将电能（机械能）转换成机械能（电 能），能量都是以电磁能的形式通过定转子间的气隙进行传递的，与之 相对应的功率称为电磁功率。 电磁功率在电机设计中用计算功率表示（P）
2.1 电机的主要参数之间的关系式
2、几个物理量
计算功率：
P mEI 103 (KVA)
m── 电枢绕组相数； E── 电枢绕组相电势
2.1 电机的主要参数之间的关系式
CA 、K A 的物理意义
1．C A
D 2lef n 6.1 103 CA P p K Nm K dp AB
电机常数
①是电机常数：对一定功率范围内电机Bδ、、A变动不
p 大， 、KNm、 Kdp变化范围更小；
D 2lef 60D 2lef CA P / n 2T
2．K A
1 2T P KA 2 2 CA 60D lef D lef n
① 是电机常数的倒数，叫作利用系数。 ② 物理意义：表示单位体积的有效材料所能产生的计算转矩，它 的大小反映了电机有效材料的利用程度。
在设计方案比较时，利用系数往往是一项很好的比较指标，随
着电机制造水平的提高，材料质量的改进，利用系数将不断增大。
I── 电枢绕组相电流
2.1 电机的主要参数之间的关系式
3、交流电机中
D, lef 与P, n, A, B
的关系
电枢绕组相电势： E
4K Nm Kdp fN
1 Em 2 1.11 2 Em
(伏)
KNm── 气隙磁场波形系数，当气隙磁场正弦分布时；
K Nm
E有效值 E平均值

f── 电流频率；
电机制造工业的近况与发展趋势 电机设计的任务与过程 国家标准 国际标准

1.1 电机制造工业的近况与发展趋势
一、单机容量迅速增长
为什么单机容量要增加？
从制造角度看，功率大，材料越省，效率高，电机材料选用率提高；
从运行角度看，功率大，机组数目少，运行人员少，维修费用减小。
1.1 电机制造工业的近况与发展趋势
安装尺寸
D
lefБайду номын сангаас
不少电磁性能变化不大
结构部件尺寸
电枢直径D：交流电机（定子内径）Di1 直流电机（转子外径） D2
第2章 电机的主要参数之间的关系
本章研究内容
1．确定主要尺寸依据的基本关系式 → 选择电磁负荷
→ 确定主要尺寸；
2．电磁负荷的选择； 3．确定主要尺寸的一般方法。
2.1 电机的主要参数之间的关系式
N── 电枢绕组每相串联匝数；
Kdp── 电枢绕组系数； Φ── 每极磁通（韦）。
2.1 电机的主要参数之间的关系式
3、交流电机中
D, lef 与P, n, A, B
的关系

每极磁通： B av lef B p lef
Bδav── 气隙磁密平均值； Bδ── 气 隙 磁 密 最大 值 （ T）；
机械结构、零部件尺寸、加工要求、材料； 机械计算；
通风计算；
温升计算。
1.2 电机设计的任务与过程
对设计人员的要求
① 了解国家的技术经济政策；
② 本厂的工艺要了解； ③ 要了解用户提出的规格要求； ④ 要熟悉前人的经验知识。
1.3 国家标准
国家标准（代号GB）：对电机的一般要求规定和 技术要求；
电机设计基础
主讲：陈颖
湖南工业大学电气与信息工程学院
第一篇 旋转电机设计



电机设计概述 电机的主要参数之间的关系 磁路计算 参数计算 损耗与效率 电机的冷却 发热计算 结构设计与机械设计 噪声与振动 感应电机的电磁设计 电子计算机在电机设计计算中的应用
第1章 电机设计概述
导磁材料：
向冷轧方面发展 玻璃钢
1.1 电机制造工业的近况与发展趋势
小型电机的基座与转轴加工自动线 总装试验自动线 新工艺 静电喷漆自动线 中型电机转子导条环氧粉末涂敷新工艺 机座射压造型新工艺
1.1 电机制造工业的近况与发展趋势
四、标准化、系列化、通用化程度不断提高 五、积极开展电机理论、测试技术和新型发电方式的研究
CA ( K A ) f ( P / n) 之间的曲线 → D2lef
2.1 电机的主要参数之间的关系式
5、计算功率与额定功率的关系
在设计电机时，一般都是给定额定功率 PN ，因此应找出
PN 与
P 的关系
输入功率：
额定功率： 异步电机： 计算功率： 比较上两式：
P mUN I1 cosN 103 1
3、交流电机中
D, lef 与P, n, A, B
的关系
把上面关系代入：
D 2lef n 6.1 103 CA P p K Nm K dp AB
电机常数
对一定功率和转速范围内的电机，Bδ、、A变动范围不大， 、 p KNm、 Kdp变化范围更小，CA一般为常数。
2.1 电机的主要参数之间的关系式
直流电机
计算功率： P Ea I a 103 (KW ) 其中电势： E pN a n a 60 a 每极磁通： B l B l D av ef p ef 2p 电负荷A：
A Ia Na 2a D
把上面关系代入：
D 2lef n 6.1 103 K Nm Kdp 1 P p AB
1.4 国际标准
国际标准：指国际标准化组织（ISO）和国际电工委 员会（IEC）所制订的有关标准。 IEC的第二技术委员会（简称TC2）是专门制订旋转 电机标准的机构，它目前设有6个分技术委员会，分管汽 轮发电机，尺寸和功率等级，电刷、刷握、换向器和集电 环，试验方法和程序，外壳防护、冷却方式和安装以及电 机绝缘分级等工作。
D 2lef 60D 2lef CA P / n 2T
2、A 、Bδ不变时，相同功率的电机，n↑，尺寸较小； 尺寸相同的电机，n↑，功率较大。 说明：n↑，可减小电机的体积V和质量M，(在一定转速下适用）； 当n太高的话，机械损耗↑，直流电机铁耗↑，于是只好使A 、Bδ↓。