电机设计(第五六章)PPT课件
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电机学-PPT精选
河海大学 电气学院
65
双层绕组 单层绕组
2019/12/14
河海大学 电气学院
66
双层绕组 分极分相
2019/12/14
河海大学 电气学院
67
双层绕组 线圈组
2019/12/14
河海大学 电气学院
68
双层绕组 连相绕组
2019/12/14
河海大学 电气学院
69
异步电机功率平衡关系
p cu 1
河海大学 电气学院
15
变压器参数测定:空载实验
a
A
WA
~V
V
x
X
2019/12/14
河海大学 电气学院
16
变压器参数测定:短路实验
A
a
WA
~V
X
x
2019/12/14
河海大学 电气学院
17
变压器的运行特性
U2
U20
2019/12/14
cos2(超前 )
cos2 1
cos2(滞后 )
I2
2019/12/14
河海大学 电气学院
23
三绕组变压器等效电路
2019/12/14
河海大学 电气学院
24
三绕组变压器简图
2019/12/14
河海大学 电气学院
25
三绕组变压器绕组排列
2019/12/14
河海大学 电气学院
26
自耦变压器电流分布
2019/12/14
河海大学 电气学院
27
三绕组变压器向量图
2019/12/14
河海大学 电气学院
98
河海大学 电气学院
33
相量图
《电机学完整》课件
直流电机控制精度高，响应速度快，适用于需要精确控制速度的场合。
直流电机控制精度高，响应速度快，因此适用于需要精确控制速度的场合，如数控机床、机器人等。同时，直流电机也具有较好的过载能力和启动性能。
总结词
通过改变交流电机的输入电源频率、电压或相位，实现对交流电机启动、制动、调速的目的。
总结词
交流电机结构简单、价格便宜、维护方便，适用于大规模生产和应用。
交流电机是指输入交流电能，输出机械能的电机。
根据工作原理的不同，交流电机可以分为异步电机和同步电机两大类。
交流电机具有结构简单、维护方便、可靠性高等优点，因此在电力、冶金、化工等领域得到广泛应用。
电机的运行原理
直流电机的基本结构
01
直流电机由定子和转子组成，定子包括主磁极和励磁绕组，转子包括电枢绕组和换向器。
专业保养
可能是电源问题、电机内部故障或负载过大。需要检查电源、电机和负载情况，找出具体原因并解决。
启动困难
可能是电机过载、通风不良或润滑不足。需要检查电机的运行状态、通风情况以及润滑情况，找出具体原因并解决。
过热
可能是电机内部有故障、轴承损坏或机械不平衡作原理
02
当直流电流通过励磁绕组时，主磁极产生磁场；当电枢绕组中有电流通过时，受到磁场的作用而产生电磁转矩，从而使转子转动。
直流电机的调速与控制
03
通过改变输入到电枢绕组的电流大小或方向，可以调节直流电机的转速或转向。
交流电机分为异步电机和同步电机，异步电机主要由定子和转子组成，同步电机还包括励磁绕组和集电环。
详细描述
交流电机结构简单、价格便宜、维护方便，因此在大规模生产和应用中得到广泛应用。同时，交流电机也具有较高的效率和可靠性。
直流电机控制精度高，响应速度快，因此适用于需要精确控制速度的场合，如数控机床、机器人等。同时，直流电机也具有较好的过载能力和启动性能。
总结词
通过改变交流电机的输入电源频率、电压或相位，实现对交流电机启动、制动、调速的目的。
总结词
交流电机结构简单、价格便宜、维护方便，适用于大规模生产和应用。
交流电机是指输入交流电能，输出机械能的电机。
根据工作原理的不同，交流电机可以分为异步电机和同步电机两大类。
交流电机具有结构简单、维护方便、可靠性高等优点，因此在电力、冶金、化工等领域得到广泛应用。
电机的运行原理
直流电机的基本结构
01
直流电机由定子和转子组成，定子包括主磁极和励磁绕组，转子包括电枢绕组和换向器。
专业保养
可能是电源问题、电机内部故障或负载过大。需要检查电源、电机和负载情况，找出具体原因并解决。
启动困难
可能是电机过载、通风不良或润滑不足。需要检查电机的运行状态、通风情况以及润滑情况，找出具体原因并解决。
过热
可能是电机内部有故障、轴承损坏或机械不平衡作原理
02
当直流电流通过励磁绕组时，主磁极产生磁场；当电枢绕组中有电流通过时，受到磁场的作用而产生电磁转矩，从而使转子转动。
直流电机的调速与控制
03
通过改变输入到电枢绕组的电流大小或方向，可以调节直流电机的转速或转向。
交流电机分为异步电机和同步电机，异步电机主要由定子和转子组成，同步电机还包括励磁绕组和集电环。
详细描述
交流电机结构简单、价格便宜、维护方便，因此在大规模生产和应用中得到广泛应用。同时，交流电机也具有较高的效率和可靠性。
电机设计及其CAD-第6章PPT课件
特性，而且不能用来解决有限空间内的过程。
10
第10页/共60页
2021年5月16日星期日
• 2 流体的压缩性
• 根据流体在压力的作用下其体积改变的程度不同，分为： （1）可压缩流体；（2）不可压缩流体。
• 空气：压力从1个大气压到100个大气压，体积为原来的1 ％
• 水：压力从1个大气压到100个大气压，体积为原来的 99.5％。
4
第4页/共60页
2021年5月16日星期日
• （1）径向通风系统
• 径向通风道：利用转子上能产生风压的零部件（如风道 片、磁极等）的鼓风作用
• 冷却空气主要为径向流动。
• （2）轴向通风系统：利用风扇将空气从一端吸入或鼓入， 另一端流出。
• （3）混合式通风系统：
• 有轴向和径向两种通道，往往偏重一种
6 第6页/共60页2021年5月16日星期日
• 4 外冷与内冷 • 空冷系统一般为外冷（表面冷却） • 提高冷却能力，也有采用内冷，冷却介质从绕组中流过。 • 水轮发电机的励磁绕组，可用空气内冷。 • 内冷结构复杂，对冷却气体要求十分干净。
7
第7页/共60页
2021年5月16日星期日
6-2 关于流体运动的基本知识
氢 液体 1955年，英国，30MW定子水内冷，转子氢冷，线负荷比空冷提高4—5倍，绕组温升 没超限值。
1958年，中国，定、转子双水内冷气轮发电机
•空冷: 转子绕组空内冷，定子绕组真空浸渍技术，高效通 风系统。
300MW（最大到400MW）跟氢冷体积相当，维护简单、工作可靠，降低设备投资。
通常根据冷却介质划分电机的冷却系统。 介绍使用广泛的空气冷却系统
• 理想流体：不考虑压缩性和粘滞性
电工学第五章电动机优秀课件
异步机 同步机
鼠笼式 绕线式
三相异步电动机的组成
鼠笼式电动机的各部件
§5.1 三相异步电动机
一、三相异步电动机的结构
U、V、W分别代
表三个线圈；角
标1表示线圈的首
V2
端，角标2表示线
圈的末端。
W1
转子
U1 W2
V1 U2
定子绕组 （三相）
定子
机座
1、定子
定子由定子铁心、定子绕组、机座三部分组成。
n 60 f (转/分）
I m iU iV iW
1
t
t
U1 V2 N W2
W1
V1
W1
S
U2
n 60
1
V2
U1 W2
N
S
V1
W1
U2
V2 W1
U1 S W2
V1
N
U2
三相异步电动机的同步转速（旋转磁场转速）
n 60f (转/分）
1
p
磁极对数 同步转速n1 (f=50HZ)
P=1 P=2 P=3 P=4 P=5 P=6 3000 1500 1000 750 600 500 转/分 转/分 转/分 转/分 转/分 转/分
电工学第五章电 动机
图片1
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图片2 齿轮减速三相异步电动机
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图片3 防爆式
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图片4 绕线式异步机
返回
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图片5 绕线式
鼠笼式
返回
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图片6
转子
定子
壳体
返回
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图片7 转子
电机ppt课件
靠性和可维护性。
电机材料的发展趋势
电机材料是影响电机性能的重要因素之一，随着科技的不断进步，新型材料在电机中的应用 越来越广泛。
未来电机材料的发展将更加注重轻量化和高强度化，采用新型材料如碳纤维、钛合金等，减 轻电机的重量并提高其机械强度。
同时，新型导磁材料和绝缘材料的应用也将不断扩大，以提高电机的磁场强度和绝缘性能。 此外，纳米材料等新型材料在电机中的应用也将逐渐增多，为电机的性能提升提供更多可能 性。
子内旋转。
02
定子通常由铁芯和绕组组成 ，绕组通电后产生磁场。转 子可以是绕组型或鼠笼型，
根据电机类型而定。
03
电机的结构需满足高效、稳 定、可靠、耐用等要求，以 确保电机的正常工作和长寿
命。
电机的材料电机Βιβλιοθήκη 材料选择对于电机的性能和寿命至关重要。
定子铁芯通常采用硅钢片或铁氧体材料制成，以提高磁性能和降低损耗。转子材料 可以是铸铁、铸钢、铝合金等，根据电机类型和性能要求而定。
02
电机的原理与结构
电机的原理
电机的工作原理基于电磁感应定律，通过磁场和电流相 互作用产生转矩，使电机旋转。
电机的种类繁多，根据工作原理和应用领域可分为直流 电机、交流电机、步进电机、伺服电机等。
不同种类的电机具有不同的工作原理和特性，适用于不 同的应用场景。
电机的结构
01
电机主要由定子和转子组成 ，定子固定不动，转子在定
功率与效率
功率
电机在单位时间内所做的功，通 常以瓦特（W）为单位。功率决 定了电机的输出能力。
效率
电机运行时的能量转换效率，通 常以百分比表示。效率越高，电 机的能源利用率越好。
转矩与转速
转矩
电机产生旋转运动的力矩，通常以牛 顿米（Nm）为单位。转矩决定了电 机的负载能力和启动性能。
电机材料的发展趋势
电机材料是影响电机性能的重要因素之一，随着科技的不断进步，新型材料在电机中的应用 越来越广泛。
未来电机材料的发展将更加注重轻量化和高强度化，采用新型材料如碳纤维、钛合金等，减 轻电机的重量并提高其机械强度。
同时，新型导磁材料和绝缘材料的应用也将不断扩大，以提高电机的磁场强度和绝缘性能。 此外，纳米材料等新型材料在电机中的应用也将逐渐增多，为电机的性能提升提供更多可能 性。
子内旋转。
02
定子通常由铁芯和绕组组成 ，绕组通电后产生磁场。转 子可以是绕组型或鼠笼型，
根据电机类型而定。
03
电机的结构需满足高效、稳 定、可靠、耐用等要求，以 确保电机的正常工作和长寿
命。
电机的材料电机Βιβλιοθήκη 材料选择对于电机的性能和寿命至关重要。
定子铁芯通常采用硅钢片或铁氧体材料制成，以提高磁性能和降低损耗。转子材料 可以是铸铁、铸钢、铝合金等，根据电机类型和性能要求而定。
02
电机的原理与结构
电机的原理
电机的工作原理基于电磁感应定律，通过磁场和电流相 互作用产生转矩，使电机旋转。
电机的种类繁多，根据工作原理和应用领域可分为直流 电机、交流电机、步进电机、伺服电机等。
不同种类的电机具有不同的工作原理和特性，适用于不 同的应用场景。
电机的结构
01
电机主要由定子和转子组成 ，定子固定不动，转子在定
功率与效率
功率
电机在单位时间内所做的功，通 常以瓦特（W）为单位。功率决 定了电机的输出能力。
效率
电机运行时的能量转换效率，通 常以百分比表示。效率越高，电 机的能源利用率越好。
转矩与转速
转矩
电机产生旋转运动的力矩，通常以牛 顿米（Nm）为单位。转矩决定了电 机的负载能力和启动性能。
第五章 步进电机
按AB C A ……的顺序给三相绕组 轮流通电，转子便一步一步转动起来。每一拍转
过30°(步距角)，每个通电循环周期(3拍)磁场在
空间旋转了360°而转子转过90°(一个齿距角)。
单三拍工作方式特点
三相绕组中每次只有一相通电、一个循环 周期共包括三个脉冲，所以称三相单三拍。 （1）一个电脉冲，转子转过 30
到左图所示位置：1、3齿与A、
A′极对齐。
A
B'
C'
C
B
A'
A
B'
C'
C
B
A'
同理，B相通电时，转子会转过30角，2、4
齿和B、B´ 磁极轴线对齐；当C相通电时，转子 再转过30角，1、3齿和C´、C磁极轴线对齐。
这种工作方式下，三个绕组依次通电一次为 一个循环周期，一个循环周期包括三个工作脉冲， 所以称为三相单三拍工作方式。
• 步距角却因拍数增加1倍而减小到齿距
角的1/6， 即S= 15°。
各种工作方式特点归纳
（1）拍数为N，相数为m 时
若单拍运行，则拍数N=m； 若单双拍运行，则N=2m。 （2）经过一个通电循环，转子转过1个齿。
电机转速（）：
n 60 f Zr N
从以上对步进电机三种驱动方式的分析可 得步距角计算公式：
θ = ±π 这个位置是不稳定的，两个不稳定点之间的区域构 成静态稳定区。
电磁转矩的最大值称为最大静态转矩Tmax，它表示了步进电动 机承受负载的能力，是步进电动机最主要的性能指标之一。
1) 矩角特性 • 静止时若有外部转矩作用于转轴上，迫使转
子离开初始平衡位置而偏转，转子偏离初始 平衡位置的电角度称为失调角θ • 转子会产生反应转矩，也称静态转矩
过30°(步距角)，每个通电循环周期(3拍)磁场在
空间旋转了360°而转子转过90°(一个齿距角)。
单三拍工作方式特点
三相绕组中每次只有一相通电、一个循环 周期共包括三个脉冲，所以称三相单三拍。 （1）一个电脉冲，转子转过 30
到左图所示位置：1、3齿与A、
A′极对齐。
A
B'
C'
C
B
A'
A
B'
C'
C
B
A'
同理，B相通电时，转子会转过30角，2、4
齿和B、B´ 磁极轴线对齐；当C相通电时，转子 再转过30角，1、3齿和C´、C磁极轴线对齐。
这种工作方式下，三个绕组依次通电一次为 一个循环周期，一个循环周期包括三个工作脉冲， 所以称为三相单三拍工作方式。
• 步距角却因拍数增加1倍而减小到齿距
角的1/6， 即S= 15°。
各种工作方式特点归纳
（1）拍数为N，相数为m 时
若单拍运行，则拍数N=m； 若单双拍运行，则N=2m。 （2）经过一个通电循环，转子转过1个齿。
电机转速（）：
n 60 f Zr N
从以上对步进电机三种驱动方式的分析可 得步距角计算公式：
θ = ±π 这个位置是不稳定的，两个不稳定点之间的区域构 成静态稳定区。
电磁转矩的最大值称为最大静态转矩Tmax，它表示了步进电动 机承受负载的能力，是步进电动机最主要的性能指标之一。
1) 矩角特性 • 静止时若有外部转矩作用于转轴上，迫使转
子离开初始平衡位置而偏转，转子偏离初始 平衡位置的电角度称为失调角θ • 转子会产生反应转矩，也称静态转矩
机电一体化系统设计(最终版)ppt课件
2020/4/11
电力拖动
22
第三节 机电一体化的相关技术
机械技术（精密机械技术）
是机电一体化的基础。机电一体化的机械产 品与传统的机械产品的区别在于：机械结构 更简单、机械功能更强、性能更优越。
机械技术的出发点在于如何与机电一体化技 术相适应，利用其他高新技术来更新概念， 实现结构、材料、性能以及功能上的变更。
现代机械：以力学、电子学、计算机学、控制 论、信息论等为理论基础，以经验、机、电、 计算机、传感与测试等技术为实践基础。
机械：强度高、输出功率大、承载大载荷；实 现微小复杂运动难。
电子：可实现复杂的检测和控制；但无法实现 重载运动。
202的定义
机电一体化是在以机械、电子技术和计算 机科学为主的多门学科相互渗透、相互结 合过程中逐渐形成和发展起来的一门新兴 边缘技术学科。
2020/4/11
电力拖动
39
第四节 机电一体化系统的 基本功能要素
接口
将各要素或子系统连接成为一个有机整体， 使各个功能环节有目的地协调一致运动， 从而形成机电一体化的系统工程。
其基本功能主要有三个：变换、放大、传 递
2020/4/11
电力拖动
40
第五节 本课程的目的和要求
本课程的目的和要求
第三节 机电一体化的相关技术
自动控制技术
自动控制技术的目的在于实现机电一体化 系统的目标最佳化。 机电一体化系统中的自动控制技术主要包 括位置控制、速度控制、最优控制、自适 应控制、模糊控制、神经网络控制等。
2020/4/11
电力拖动
26
第三节 机电一体化的相关技术
伺服驱动技术
伺服驱动技术就是在控制指令的指挥下， 控制驱动元件，使机械的运动部件按照指 令要求运动，并具有良好的动态性能。 常见的伺服驱动系统主要有电气伺服和液 压伺服。
《电机设计课件之》课件
电机绕组材料
电机绕组是电机中的重要组成部分，其材料通常选用铜、铝 或合金线等，这些材料具有良好的导电性能和机械强度，能 够满足电机的电气性能要求。
铜绕组具有较高的导电性能和机械强度，适用于高负荷和高 温的场合；铝绕组则具有成本低、重量轻的优点，但导电性 能略低于铜绕组。
电机铁芯材料
电机铁芯是电机中的核心部件之一，其材料通常选用硅钢 片、电工纯铁或铁镍合金等，这些材料具有良好的导磁性 能和机械强度，能够满足电机的电气性能要求。
电磁负荷的确定
总结词：设计关键
详细描述：电磁负荷的确定是电机设计的关键步骤，涉及到电机的尺寸、性能、效率和可靠性的确定。
电磁性能的优化
总结词：提升手段
详细描述：电磁性能的优化是提升电 机性能的重要手段，包括磁场优化、 绕组优化、铁心材料选择等。
04 电机热设计与优 化
电机热设计的意义
提高电机效率
3. 确定散热方式
03 根据电机的结构和应用场景，
选择合适的散热方式，如自然 散热、强制风冷等。
4. 设计散热结构
04 根据散热需求和散热方式，设
计合理的散热结构，如散热片 、风道等。
5. 仿真与优化
05 通过热仿真技术对设计的散热
结构进行模拟分析，根据分析 结果进行优化改进。
6. 实验验证
06 对优化后的电机进行实验验证
总结词
控制电机振动与噪声的策略主要包括优化设 计、改进制造工艺和使用减振降噪材料等。
详细描述
优化设计包括改进电机结构、改变磁场分布 和改进转子动平衡等，改进制造工艺包括提 高轴承和齿轮的精度、减少气隙不均匀等， 使用减振降噪材料包括在关键部位使用弹性 支撑、隔音材料等。
振动与噪声控制的应用实例
电机学 第5章 同步电机
5、旋转变压器
输出电压随转子转角变化而变化，两者呈成正弦、余弦函 数关系称为正余弦旋转变压器；成线性关系称为线性旋转 变压器，主要用于坐标变换、三角运算的角度测量等。
转子转速与磁场转速不相等。 n0=60f/p，n不等于n0。
退出
3、三相同步电动机的运行特性
（1）机械特性
转速与负载转矩之间的关系。
n
n=f（M）
n0
由于同步电动机转速恒定不随转
矩而变，这种特性成为绝对硬特
性，即恒转速特性。是同步电动
M
机的基本特性。
退出
（2）工作特性
指同步电动机外加电压、励磁电流为常数时电磁转矩、定 子电流、功率因数、效率、和输出机械功率P2之间的关系曲 线。
退出
额定容量SN 3U相I相；
输出有功功率 SNcos；
输出无功功率 SNsin；
额定电压：线电压U
；
L
额定电流：线电流I；
当Y形连接时，额定电流 SN SN 3U相 3UL
当形连接时，额定电流 SN SN 3U相 3UL
退出
解：(1)转子磁极对数p 3,旋转磁场转速为
n 60f 60 50 1000r/min
退出
例：一台三相Y形连接的隐极同步发电机，每相电抗 为2欧姆，每相电阻为0.1欧姆，当容量为500kvA， cosφ=0.8（滞后）时，端电压为2300v，求气隙磁场在 一相绕组中产生的电动势。
解：相电压U UL 2300 1327.9V
3
3
相电流I S 500103 125.（ 5 A） 3UL 3 2300
退出
3、微型同步电动机
将不变的交流电信号转变为转速恒定的机械运动。在自动 控制中作为执行元件。在恒速传动装置中广泛应用。分为永 磁式、反应式、磁滞式等类型。
输出电压随转子转角变化而变化，两者呈成正弦、余弦函 数关系称为正余弦旋转变压器；成线性关系称为线性旋转 变压器，主要用于坐标变换、三角运算的角度测量等。
转子转速与磁场转速不相等。 n0=60f/p，n不等于n0。
退出
3、三相同步电动机的运行特性
（1）机械特性
转速与负载转矩之间的关系。
n
n=f（M）
n0
由于同步电动机转速恒定不随转
矩而变，这种特性成为绝对硬特
性，即恒转速特性。是同步电动
M
机的基本特性。
退出
（2）工作特性
指同步电动机外加电压、励磁电流为常数时电磁转矩、定 子电流、功率因数、效率、和输出机械功率P2之间的关系曲 线。
退出
额定容量SN 3U相I相；
输出有功功率 SNcos；
输出无功功率 SNsin；
额定电压：线电压U
；
L
额定电流：线电流I；
当Y形连接时，额定电流 SN SN 3U相 3UL
当形连接时，额定电流 SN SN 3U相 3UL
退出
解：(1)转子磁极对数p 3,旋转磁场转速为
n 60f 60 50 1000r/min
退出
例：一台三相Y形连接的隐极同步发电机，每相电抗 为2欧姆，每相电阻为0.1欧姆，当容量为500kvA， cosφ=0.8（滞后）时，端电压为2300v，求气隙磁场在 一相绕组中产生的电动势。
解：相电压U UL 2300 1327.9V
3
3
相电流I S 500103 125.（ 5 A） 3UL 3 2300
退出
3、微型同步电动机
将不变的交流电信号转变为转速恒定的机械运动。在自动 控制中作为执行元件。在恒速传动装置中广泛应用。分为永 磁式、反应式、磁滞式等类型。
《电机设计课件之》课件
合理选择绕组材料可以提 高电机的稳定性和可靠性。
合理的电机结构设计可以 提高电机的效率和输出能 力。
六、电机变频控制
1 变频器控制策略
合理的变频器控制策略可以实现电机的精确控制和调节。
2 变频器在电机控制中的应用
变频器在电机控制系统中发挥着重要作用，提高了电机的可控性。
七、电机保护与维护
1 保护措施
3 电机的应用
电机在工业生产中扮演着重要角色，用于驱动各种设备和机械。
二、电机的工作原理
1 磁场基础知识
2 电磁感应原理
了解磁场的构成和特性是 理解电机工作原理的基础。
电机利用电磁感应现象将 电能转化为机械能。
3 电动机的工作原理
不同类型的电机有不同的 工作原理，其中包括直流 电机、交流电机等。
三、电机的性能指标
1 转速
转速是电机运行时旋转的速度，直接影响着 电机的性能。
2 功率
功率体现了电机的输出能力，是评估电机性 能的一个重要指标。
3 效率
4 转矩
电机的效率衡量了电能转化为机械能的效果， 高效率意味着更少的能量损失。
转矩代表着电机产生的力矩大小，影响着电 机的扭矩输出。
四、电机的设计流程
1设计需求2明确电机的设计要求和性能指标。
3
并联电机设计
4
需要并联多个电机时，合理设计并联电 路以确保电机协调运行。
电机的选择
根据具体需求选择适合的电机类型和规 格。
计算电机参数
根据设计要求计算电机的关键参数，如 线圈匝数、磁场强度等。
五、电机的材料与结构
1 永磁体材料
2 绕组材料
3 电机结构设计
选择适当的永磁体材料可 以提高电机的性能和效率。
电机设计课件之六ppt课件
1
分别
2
为固体
与流
体温度
一般情况下，α的确定很困难，只能用实验的方法来确定。
如果用空气作为冷却介质，忽略散热表面几何尺寸等因素的影响，则可
以近似地认为散热系数仅与空气的流速有关。当空气流速在5~25m/s时， α与流速v的关系如下：
0 (1 k0v) 或较准确地表示为 : 0 (1 k v )
40
40
40
40
40
温升限度/℃
60
75
80
100
125
1、温度对绝缘材料寿命的影响
绝缘材料在规定的极限温度下工作，能够获得经济的使用寿命 （20年）。但如果超过极限温度，则寿命按指数规律下降。例如， 对A级绝缘，当工作极限温度超过8℃时（B级10℃，F级12℃，H级 14℃），其使用寿命降一半。
2、冷却介质温度的确定
Cu
1
pCu 1
pFe
RFe RFe RCF
1 1
RCu RFe RCF RCu RFe RCF
' Cu
(相当于短路试验测得的铜的温升)
'' Cu
(相当于空载试验时测得的铜的温升)
热阻计算：
1、定子绕组铜与铁心之间的绝缘热阻RCF的计算
RCF
CF CF ACF
式中 CF 铜铁之间的绝缘总厚度 CF 绝缘材料的合成热导率
q d
dx 由热流密度的定义:
q
(单位时间内通过等温面的总热量,即热流量) A(与热流方向垂直的等温面的面积)
所以热流 A d
dx
如果A是常数，解上式微分方程得：
x A C
1
C为积分常数,设当x 0时, 1 ,则有C A1
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25
电机电磁设计CAD的一般步骤
分析设计程序 电路、磁路参数
（尺寸）设计 校核计算 调整方案 挑选方案 输出结果
手算过程的计 算机编程处理！
26
四、电磁设计程序的编制特点及处理
曲线、图表的处理
用原有数学公式 表格处理 插值法应用 曲线拟合
自动开槽程序 自动选线程序 循环处理
（2）永磁容错电机的特点
Ⅰ）电枢绕组
①单层集中绕组；
②H桥驱动。
Udc
……
……
U1
Um
……
Un
……
Udc
U1+
U1- …… Um+
Um- …… Un+
Un-
17
Ⅱ）永磁体
面贴式
内置式
增大气隙，减弱磁场耦合
18
Ⅲ）齿槽
辅助槽
19
20
21
22
23
24
三、计算机辅助设计的一般步骤
准备阶段 编制设计程序阶段 程序调试阶段 试算阶段 改进阶段
A或D点与F点容量相等
辅助励磁电容的选择 电机参数对励磁容量影 响因素很大，优化设计电 机的电磁参数
s （A）
I
A
D
1 C
额定负载运行
B
E f
空载运 行
3
Nf
fr （Hz）
F
32
优化算法
采用改进的实数编码的遗传算法。对交叉算子和变异概率 用收敛因子和进化因子进行自适应调整，利用最优方案保 护策略，可以达到实现全局优化、提高优化效率的目的。
航空电机电磁设计及CAD
电机设计CAD技术
1
一、电机CAD概述
电机的电磁设计CAD 电机磁场、热场、力场数值分析 电机绘图、造型、工艺设计 电机设计数据库、专家系统
2
电磁设计是核心
商业化软件：Ansoft 的Rmxprt，三相异 步电动机设计（多种）
电机设计人员自行开发
有限元分析软件
Ansys、Ansoft、Jmag、Nastran等
绘图、造型、工艺设计
AutoCAD、ProE、Solidworks等
3
二、CAD应用实例
基于C++Builder的双绕组感应发电机系统设计CAD
4
5
Solidworks混合励磁电机爆炸图（上海大学）
6
并列结构混合励磁发电机（南航）
1 23 4 5
1、低频起动性能仿真 负载100Nm
起动电流波形 转矩波形
磁密云图
14
异步起动机有限元仿真分析
2、高频工作性能仿真 额定负载52.5Nm，1200rpm 气隙磁密
磁密转云电矩图流波波形形
15
永磁容错电机
（1）永磁容错电机的要求
① 磁隔离；
② 热隔离；
③ 电气隔离； ④ 物理隔离；
⑤ 大电抗；
16
(m) (k)的(l)装配
(n) 电励磁定子的装 (o) 永磁部分Байду номын сангаас子的装配
(p) 整个电机有效部分 的装配结构
9
磁分路式径向结构混合励磁同步发电机的结构
10
电机磁场有限元仿真
11
定子冲片 （AutoCAD）
12
异步起动机有限元仿真分析
二维仿真模型
网格剖分
13
异步起动机有限元仿真分析
励磁与有功 分离？ 励磁绕组
功率绕组
定子传双统绕异组步异电步机电机
有功
30
双绕组异步发电机系统优化设计策略
双绕组异步
Id
发电机 励磁 绕组
功率 绕组
Cd
RL
原动机
电容C容值的 参与优化
系统优化目标 在1∶3的运行速度范围内使
控制绕组的容量最小，使变
换器的容积最小
31
双绕组异步发电机优化设计
目标函数 控制绕组的容量最小
35
提问与解答环节
Questions And Answers
36
谢谢聆听
·学习就是为了达到一定目的而努力去干, 是为一个目标去 战胜各种困难的过程,这个过程会充满压力、痛苦和挫折
Learning Is To Achieve A Certain Goal And Work Hard, Is A Process To Overcome Various Difficulties For A Goal
37
27
航空电机电磁设计及CAD
电机优化设计技术
28
一、电机优化设计的基础知识
电机优化设计步骤： 提出优化问题，建立数学模型，确定目
标函数、约束条件及变量 分析数学模型，选择合适的求解方法 编制优化算法程序，调试
29
一个实际的问题：
双定子绕组异步发电机的励磁绕 组容量优化
励磁无功
励磁无功
转子
优化变量 X [D i,h 2 ,b t,z h 2 r,b t z ,L r m ,B g ,K i,C ]
约束条件
g 1 ( x ) B t1 1 .7 0 g 2 ( x ) B e1 1 .6 0
g 3 ( x ) B t2 1 .7 0 g 4 ( x ) B e2 1 .1 0 g5(x) J1 20 0
g6(x) AJ 450 0
g7(x) K t 2 0
g 8 ( x ) I s A ( 或 I s D ) I s E 1
33
（一）电机优化设计的数学模型
目标函数 设计变量的确定 约束条件 可行域 极值、极值点（区间、全局） 最优点、最优解
34
（二）最优化问题的分类
6 7 8 9 10 11
7
(a)转轴（非导磁）
(b)导磁套筒 (c) 导磁套与轴的装配
(d) 永磁转子
(f)非导磁隔离体 (g) (d)和(f)的装配
(h) 外扩延伸导磁体
(i) (g)和(h)的装配 (j) 内缩延伸导磁体
8
并列结构HESG的3维结构示意图
(k) 转子装配图
(l) 环形导磁桥
电机电磁设计CAD的一般步骤
分析设计程序 电路、磁路参数
（尺寸）设计 校核计算 调整方案 挑选方案 输出结果
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曲线、图表的处理
用原有数学公式 表格处理 插值法应用 曲线拟合
自动开槽程序 自动选线程序 循环处理
（2）永磁容错电机的特点
Ⅰ）电枢绕组
①单层集中绕组；
②H桥驱动。
Udc
……
……
U1
Um
……
Un
……
Udc
U1+
U1- …… Um+
Um- …… Un+
Un-
17
Ⅱ）永磁体
面贴式
内置式
增大气隙，减弱磁场耦合
18
Ⅲ）齿槽
辅助槽
19
20
21
22
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24
三、计算机辅助设计的一般步骤
准备阶段 编制设计程序阶段 程序调试阶段 试算阶段 改进阶段
A或D点与F点容量相等
辅助励磁电容的选择 电机参数对励磁容量影 响因素很大，优化设计电 机的电磁参数
s （A）
I
A
D
1 C
额定负载运行
B
E f
空载运 行
3
Nf
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F
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采用改进的实数编码的遗传算法。对交叉算子和变异概率 用收敛因子和进化因子进行自适应调整，利用最优方案保 护策略，可以达到实现全局优化、提高优化效率的目的。
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起动电流波形 转矩波形
磁密云图
14
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2、高频工作性能仿真 额定负载52.5Nm，1200rpm 气隙磁密
磁密转云电矩图流波波形形
15
永磁容错电机
（1）永磁容错电机的要求
① 磁隔离；
② 热隔离；
③ 电气隔离； ④ 物理隔离；
⑤ 大电抗；
16
(m) (k)的(l)装配
(n) 电励磁定子的装 (o) 永磁部分Байду номын сангаас子的装配
(p) 整个电机有效部分 的装配结构
9
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10
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Cd
RL
原动机
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31
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目标函数 控制绕组的容量最小
35
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36
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28
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29
一个实际的问题：
双定子绕组异步发电机的励磁绕 组容量优化
励磁无功
励磁无功
转子
优化变量 X [D i,h 2 ,b t,z h 2 r,b t z ,L r m ,B g ,K i,C ]
约束条件
g 1 ( x ) B t1 1 .7 0 g 2 ( x ) B e1 1 .6 0
g 3 ( x ) B t2 1 .7 0 g 4 ( x ) B e2 1 .1 0 g5(x) J1 20 0
g6(x) AJ 450 0
g7(x) K t 2 0
g 8 ( x ) I s A ( 或 I s D ) I s E 1
33
（一）电机优化设计的数学模型
目标函数 设计变量的确定 约束条件 可行域 极值、极值点（区间、全局） 最优点、最优解
34
（二）最优化问题的分类
6 7 8 9 10 11
7
(a)转轴（非导磁）
(b)导磁套筒 (c) 导磁套与轴的装配
(d) 永磁转子
(f)非导磁隔离体 (g) (d)和(f)的装配
(h) 外扩延伸导磁体
(i) (g)和(h)的装配 (j) 内缩延伸导磁体
8
并列结构HESG的3维结构示意图
(k) 转子装配图
(l) 环形导磁桥