(第4讲)电机设计 第三章 磁路计算-LF

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电机设计 第三章
一、计算极弧系数αp′的确定
α p′＝Bav/Bδ 由每极磁通
B dS 2 B( x)lef dx B 'plef


平均磁通密度 1 2 Bav B ( x) dx
2


可以认为：气隙磁通集中在极弧计 算长度bp′范围内且磁密均为Bδ 。 ∴αp′＝bp′/τ
• 通常这些磁场十分复杂，计算困难，为了 简化计算，我们用路的观点来看待磁场， 将三维场变成一维的路或二维的平面场。
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安培环路定律
H dl i
l
说明：
1、积分路径：积分路径是沿着磁 场强度矢量取向（即沿磁力 线； 2、选择通过一对极的中心线构成 闭合回路； 3、包围的电流： i 是回路所包 围的全电流，即每对极的励 磁磁动势。
• 对于凸极电机，由于磁极、磁轭并非一体，在电机旋 转过程中，由于离心力的作用，使得极、轭间局部出
现空隙，可等效看作等值气隙δ j（由经验公式求得）。
• ∴残隙磁压降
Fj
Bj
Bj j
• 其中
m
0
l m bm
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过程控制
第一章
本次课知识点回顾
磁路计算的基本原理及一般步骤 空气隙磁位降的计算---计算极弧系数α p′的确定 空气隙磁位降的计算--- 电枢或气隙的轴向计 算长度lef的确定 空气隙磁位降的计算---气隙系数Kδ的确定
满足如下关系式：lef＝lt＋2δ
2）有通风道时 • lef＝lt-Nvbv′ • 式中：Nv——径向通风道数 •
（考虑边缘效应）
bv′——一个径向通风所损失的长度
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三、气隙系数Kδ
1、 Kδ 物理意义
在计算气隙磁路长时，引入
k
， ef k
•气隙系数Kδ 是由于定、转子开槽后使气隙的磁阻增加而引入的系数。 它使气隙磁压降Fδ 增大。
B S B lef p
主要从以下三个方面进行考虑：
B p lef
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为了计算方便，从等效磁道的观点出发，引入计算长 度 lef 的概念，即在这个长度内它的磁密 B 不变。
1）无通风道时，经过作图和分析证明：铁心总长lt和计算长度lef
• 对于B: bp′＝bp（弧长） 中原工学院信息商务学院
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2.感应电机
• 感应电机的α p′一般情况均大于0.637，气隙磁场为非正弦波， 且比较“扁平”。 α p′决定于定子齿和转子齿的饱和度，齿部 越饱和， α p′越大。
F Fi1 Fi 2 • 饱和系数： K s F
2
α p′由B(x)曲线确定，取决于励磁磁势、磁路饱和度 中原工学院信息商务学院
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1.直流电机
1）气隙均匀 bp′≈ bp（弧长）＋2δ 2）气隙不均匀
p

bp 2

• A. 改变磁极端部（削角气隙极弧）
• B. 偏心气隙极弧 • 目的是为了削弱电枢反应
• 对于A: bp′＝bp（弧长）
max
cos b p 2
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• α p′可根据α p′＝f(bp/τ )关系曲线查得，bp/τ 通常在0.55～ 0.75之间。
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二、 电枢或气隙的轴向计算长度lef
在计算空气隙磁密最大值时，用的是电枢或气隙的轴向计算 长度 lef ，而不是铁心的总长度 lt
0
0.8B 106
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4.确定气隙磁位降
F
F H L H k k H
k
是单边气隙径向长度（m） 是气隙系数，因槽口影响使气隙磁阻增加而引入的系数。
•因此，气隙磁压降的计算归结为Kδ、αp′、lef的计算。
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四、电机中常用的磁性材料
热轧 比损耗小, 导磁性好, 平整度高 含硅量(1 3%) 硅钢片 冷轧 无硅钢片(含硅量0.5%以下) 价格低, 导磁导热, 焊接性能好 电枢铁心 涂漆的硅钢片 磁极, 极轭 低碳钢板, 结构钢, 低合金钢 凸极同步机整块磁极 锻钢 直流机极轭 铸钢
E 4K Nm Kdp fN
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2. 确定气隙最大的磁密 B
Bav S B lef p B p lef
3.确定气隙磁场强度
B 0 H H B
H （极中心线处的气隙磁场强度）
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H dl i 三、电机设计中磁路计算的一般步骤
l
1、回路分成许多段，各段H恒定且磁通均匀分布
H L
x 1
n
x
H1 L1 H 2 L2 H n Ln i F
•（F为每对磁极励磁磁势）
2、根据磁路对称性，只需计算半条回路上的各段磁位降， 其和等于每极励磁磁动势。以下叙述磁位降或磁势均为每 极的。
F1 + F2 + „ + Fn = F0
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•分段：1）空气隙；2）定子齿（磁极）；3）定子轭； 4）转子齿
（磁极）； 5）转子轭。
•其中，空气隙磁压降最大（约60～85％）
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磁路计算的一般思路：
B u E B H HL F0 S
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• αp′与Ks关系见图3-5，αp′随Ks增加而增加。 • Ks的确定用工程上常用的试探法。 • 1） 假设Ks’（1.15～1.45），查出α p′，求Bδ 及Fδ • 2）求Fi1及Fi2，得出Ks • 3）对Ks进行修正。
' K S KS
KS 初选Ks 1.15 1.45 F , Ft1, Ft 2 Ks ( Ks Ks ) 1% 中原工学院信息商务学院
励磁磁动势，进而计算励磁电流及电机的空载特性；
校核磁密是否合适； 确定电机的一部分有关尺寸。
二、磁路计算所依据的基本原理 三、电机设计中磁路计算的一般步骤 四、电机中常用的磁性材料
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二、磁路计算所依据的基本原理
----安培环路定律
• 电机进行能量转换的原理是法拉弟电磁感 应定律。当定转子中绕组通过电流时产生 磁场，这些磁场（运动、变化）反作用于 绕组使之产生感应电流或电磁转矩。
1%
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3.凸极同步电机
• 凸极同步电机是集中励磁绕组，气隙比较大，α p′与磁极的饱和 度关系不大。气隙磁密波形主要取决于极靴的外形、极弧长度， 为了获得正弦气隙磁场。 • 气隙分布： x
• 实际中，极靴表面做成圆弧，并与定子铁心内圆不同心，其最大 气隙为： •
cos x
t (5 b0 ) K 2 t (5 b0 ) b0 t1 10 k 1 bZ 1 10
开口槽：
3）经验公式
( bZ 1 : 定子齿宽)
定、转子都开槽的话，则
k k 1 k 2
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四、极轭间残余气隙磁压降的计算
电机设计
陈世坤主编
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第三章
3.1 概述
磁路计算
3.2 空气隙磁压降的计算
3.3 齿部磁压降的计算
3.4 轭部磁压降的计算
3.5 磁极漏磁系数与磁极磁压降的计算 3.6 励磁电流和空载特性计算
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§3.1 概 述
一、磁路计算的目的
确定电机中感应一定电势所对应的主磁场所必需的
•其物理意义如下：
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2. Kδ的计算：（根据主磁通不变）
1）分析法 • 在一个齿距范围内： • 无槽时:φ 1＝Bδ t • 开槽时:φ 2＝Bδ maxt–B0s （阴影部分） • 令φ 1＝φ 2 ，即Bδ t＝Bδ maxt–B0s B max B max t B max t • 得 K B B t B max t B0 s
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பைடு நூலகம்
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§3.2 空气隙磁压降的计算
计算思路：
u E B H F H L S
1.每极磁通 直流电机： 交流电机
的确定
Ea pN a n 60 a Ea pn N a 60 a
E 4K Nm Kdp fN
t t B0 t 0s t s B max • 其中，β 0、s均与δ 、b0(槽口宽度)有关。
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• ∴
K
t 系数γ 可理论计算 t
2）工程计算近似法
半开口槽：
t (4.4 0.75b0 ) K t (4.4 0.75b0 ) b02