电机设计课件之一ppt课件共50页
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《永磁电机设计》PPT模板课件
表1-3 铁氧体永磁材料牌号及其主要磁性能
牌号
剩余磁感应强 度 Br
T kGs
磁感应强度 矫顽力 H c
kA/ m
kOe
内禀矫顽力
H cJ
kA/ m
kOe
最大磁能积
(BH)max
kJ/m3
MG·O e
Y8T Y10T Y15 Y20 Y23 Y25 Y28 Y32
0.2~0.235 ≥0.2
0.28~0.36 0.32~0.38 0.32~0.37 0.36~0.40 0.37~0.40 0.40~0.42
大部分稀土永磁的退磁曲
线全部为直线，回复线与退磁 曲线相重合，可以使永磁电机 的磁性能在运行过程中保持稳 定，这是在电机中使用是最理 想的退磁曲线。
图1－4 （b） 回复线
3、内禀退磁曲线
磁性材料在外磁场作用下被磁化后产生的内在磁感应强度，称为 内禀磁感应强度 B i ，又称为磁极化强度 J 。
J 0M
式中，M为磁化强度（A/m）
（1－3）
由铁磁学理论可知，在磁性材料中 B = 0M+ 0H
在均匀的磁性材料中，上式的矢量和可改成代数和
（1－4）
B i 0MB0H
若取绝对值，则式（2-5）可改写成
Bi B0H
（1－5） （1－6）
描述内禀磁感应强度Bi (J )与磁场强度 H关系的曲线 Bi f(H)是表征
B rt1 B rt(0 11IL 0 ) 10 1 B0(rt10 t0)
（1－11）
式中，IL和 Br 取绝对值。
（2）磁稳定性是指在施加外磁场条件下永磁体磁性能发 生变化的情况。
理论分析和实践证明，一种永磁材料在工作温度时的 内禀矫顽力 H cJt 越大，内禀退磁曲线的矩形越好（或者说 H K 越大），则这种永磁材料的磁稳定性越高，即抗外磁 场干扰能力越强。
电机设计课件之一ppt课件
代入P ' m EI , 化简后得:
D 2lef n P'
6.1 ' பைடு நூலகம்p K Nm K dp AB
6.1 P' 'p AB 该式可以视为相应的交 流电机的主要参数关系 式取K Nm Kdp 1而得到 . 对于直流电机同样有:
讨论：
D 2lef n
D 2lef n P'
60D 2lef 2T '
n
60 2
P' T , 称之为计算转矩 .
'
电机常数CA大体上反映了产生单位计算转矩所耗用的有效材料的体积。 反映了材料的消耗量。
1 2T ' P' C A的倒数为: K A 2 2 CA 60D lef D lef n
KA表示单位体积有效材料所能产生的计算转矩。它的大小反应了电机材 料的利用率，通常称之为利用系数。 利用系数的高低取决于两方面：其一是材料的质量；其二是制造工艺水 平。 对于不同类型的电机，其计算功率可按给定的额定功率PN来决定：
§2-2电机中的几何相似定律
案例讨论： 有二台电机，容量均为1.1Kw，转速为1450r/min，对比另 一台电机容量为2.2Kw，转速也为1450r/min，问从经济因素考虑， 应选择二台容量较小的电机还是选择总容量相同的一台电机？
一般而言，对于相同转速（即极数也相同），不同容量 的电机间，有相似的几何形状，对应尺寸有相同的比值，即：
该式表明，随着单机容量增大，其有效材料的利用率均将 提高。
该定律得出的结论是：对于几何形状相似的电机，单位功率 所需的有效材料与功率的1/4次方正反比。即随着单机容量的增 大，有效材料的利用率将提高。 §2-3 电磁负荷的选择 D 2lef n 6.1 CA ' ' P p K Nm K dp AB
《永磁电机设计》课件
安全保护措施
为了防止意外事故，永磁电机应配备必要的安全保护措施，如过载保护、短路保护等。同时，应遵循 相关国家和地区的电气安全标准进行设计和制造。
04
永磁电机的优化设计
材料选择与优化
磁性材料
选择具有高磁导率、高矫顽力和 高剩磁的磁性材料，如钕铁硼和 钐钴等，以提高永磁电机的性能
。
导体材料
选用高导电性能的导体材料，如铜 和铝等，以减小电机的电阻和损耗 。
分析时需要考虑各种负载和工况下的应力、应变和振动 情况。
分析的主要目标是确保电机在各种工况下具有足够的强 度和稳定性，防止振动和断裂。
结构强度与振动分析的优化可以通过实验和计算机仿真 进行验证和改进。
03
永磁电机的性能分析
效率与功率因数
效率
永磁电机由于采用永磁材料，相比于传统电机具有更高的能量转换效率，减少了 能源的浪费。
绝缘材料
选用耐高温、电气性能良好的绝缘 材料，以提高电机的绝缘性能和耐 久性。
设计参数优化
01
02
03
气隙长度
合理设计气隙长度，以平 衡电机效率和磁场强度。
绕组匝数
根据电机性能要求，优化 绕组匝数，以获得更好的 电气性能。
转子结构
采用合理的转子结构，如 斜槽、磁阻转子等，以提 高电机效率。
制造工艺优化
冷却系统设计是永磁电机设计 的必要环节，它决定了电机的
可靠性和寿命。
冷却系统设计的主要目标是确 保电机在运行过程中温度保持 在合理范围内，防止过热和热
损坏。
设计时需要考虑冷却介质的类 型、流动路径和散热器等参数
。
冷却系统设计的优化可以通过 实验和计算机仿真进行验证和
改进。
结构强度与振动分析
为了防止意外事故，永磁电机应配备必要的安全保护措施，如过载保护、短路保护等。同时，应遵循 相关国家和地区的电气安全标准进行设计和制造。
04
永磁电机的优化设计
材料选择与优化
磁性材料
选择具有高磁导率、高矫顽力和 高剩磁的磁性材料，如钕铁硼和 钐钴等，以提高永磁电机的性能
。
导体材料
选用高导电性能的导体材料，如铜 和铝等，以减小电机的电阻和损耗 。
分析时需要考虑各种负载和工况下的应力、应变和振动 情况。
分析的主要目标是确保电机在各种工况下具有足够的强 度和稳定性，防止振动和断裂。
结构强度与振动分析的优化可以通过实验和计算机仿真 进行验证和改进。
03
永磁电机的性能分析
效率与功率因数
效率
永磁电机由于采用永磁材料，相比于传统电机具有更高的能量转换效率，减少了 能源的浪费。
绝缘材料
选用耐高温、电气性能良好的绝缘 材料，以提高电机的绝缘性能和耐 久性。
设计参数优化
01
02
03
气隙长度
合理设计气隙长度，以平 衡电机效率和磁场强度。
绕组匝数
根据电机性能要求，优化 绕组匝数，以获得更好的 电气性能。
转子结构
采用合理的转子结构，如 斜槽、磁阻转子等，以提 高电机效率。
制造工艺优化
冷却系统设计是永磁电机设计 的必要环节，它决定了电机的
可靠性和寿命。
冷却系统设计的主要目标是确 保电机在运行过程中温度保持 在合理范围内，防止过热和热
损坏。
设计时需要考虑冷却介质的类 型、流动路径和散热器等参数
。
冷却系统设计的优化可以通过 实验和计算机仿真进行验证和
改进。
结构强度与振动分析
电机设计及其CAD第1章PPT课件
以美国为代表的工业发达国家又在高效电机、变频电 机和特种电机等方面作了大量细致和深入的研究工作， 推出了新的产品系列，制定了相应的产品标准，极大 地丰富了电机各类和电机理论，拓展了电机市场。
School of Electrical Engineering
8
•2020/9/15
国内： •材料工艺落后 •外形不美观 •主要生产量大面广的产品（档次的、利润小、 市场竞争激烈）、高附加值产品少、高效电机 少、精密电机少。 •产品竞争力强（价格） •节约材料和提高性能使得生产厂家进退两难。 （1）高效节能电机的背景与发展 70年代的两次世界性的能源危机。美国体 会到能源对国民经济和社会的稳定的重要作用。
1
•2020/9/15
2 课程特点 理论联系实际，根据生产需要和生产实际进行电机
设计。 设计时考虑生产工艺条件，有些参数的确定不能按照 理论推导的最佳计算结果进行，如：
•感应电动机气隙长度确定 •机壳厚度极限（小电动机的机壳可以很薄、但很 薄时，铁水在砂型中迅速降温、流动性差，容易出 现气孔、砂眼等缺陷。） 3 课程目的
3
•2020/9/15
第一章 电机设计概述
第一节 电机制造工业近况与发展趋势
一．世界发电设备发展趋势 1、火电设备： 火电厂建厂快、投资少。大多数国家以火电为主。 50年代：100～200MW，60年代：300～600MW，七十 年代后期：800～1300MW 主要发展趋势为普遍采用单机容量为600~800兆瓦 容量火电机组；
School of Electrical Engineering
9
•2020/9/15
美国于80年代制定了电机能效标准。当时能够达到电 机能效标准的电机被视为高效电机。
School of Electrical Engineering
8
•2020/9/15
国内： •材料工艺落后 •外形不美观 •主要生产量大面广的产品（档次的、利润小、 市场竞争激烈）、高附加值产品少、高效电机 少、精密电机少。 •产品竞争力强（价格） •节约材料和提高性能使得生产厂家进退两难。 （1）高效节能电机的背景与发展 70年代的两次世界性的能源危机。美国体 会到能源对国民经济和社会的稳定的重要作用。
1
•2020/9/15
2 课程特点 理论联系实际，根据生产需要和生产实际进行电机
设计。 设计时考虑生产工艺条件，有些参数的确定不能按照 理论推导的最佳计算结果进行，如：
•感应电动机气隙长度确定 •机壳厚度极限（小电动机的机壳可以很薄、但很 薄时，铁水在砂型中迅速降温、流动性差，容易出 现气孔、砂眼等缺陷。） 3 课程目的
3
•2020/9/15
第一章 电机设计概述
第一节 电机制造工业近况与发展趋势
一．世界发电设备发展趋势 1、火电设备： 火电厂建厂快、投资少。大多数国家以火电为主。 50年代：100～200MW，60年代：300～600MW，七十 年代后期：800～1300MW 主要发展趋势为普遍采用单机容量为600~800兆瓦 容量火电机组；
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•2020/9/15
美国于80年代制定了电机能效标准。当时能够达到电 机能效标准的电机被视为高效电机。
电机学课程设计报告PPT课件
常闭触点
(a) 外形图
常开触点 (b) 结构
按钮开关的外形和符号
7
结
构1 符 号
2 3
SB
1 43
SB
按钮帽
复位弹簧 支柱连杆
常闭静触头
2
桥式静触头
4
常开静触头
外壳
SB
动画
名 常闭按钮 称 (停止按钮)
常开按钮 (起动按钮)
复合按钮
8
4.1.3 接触器
用于频繁地接通和断开大电流电路的开关电器。
(a) 外形
用于控制电路流 过的小电流 (无 需加灭弧装置)
属于同一器件的线圈和触点用相同的文字表示
常用的交流接触器有CJ10、CJ12、CJ20和3TB等系列。
接触器技术指标：额定工作电压、电流、触点数目等。
如CJ10系列主触点额定电流5、10、20、40、75、 120A等数种；额定工作电压通常是220V或380V。 11
KM 复合按钮
34
点动时： 按下SB3
电机运转 FR
~ SB1
先断开
SB2 SB3
KM
KM
通电 闭合
后闭合 自锁触点不起作用
35
松开SB3 FR
~ SB1
后闭合
SB2 SB3
KM
KM
断电 断开
先断开
36
松开SB3 电机停转 实现点动 用途:试车、检修以及车床主轴的调整等。
FR
~ SB1
后闭合
SB2 SB3
常用的熔断器有插入式熔断器、螺旋式熔断 器、管式熔断器和有填料式熔断器。 符号 FU
(熔1)断电器灯额、定电电炉流等IF电的阻选性择负
载
IF > IL
(a) 外形图
常开触点 (b) 结构
按钮开关的外形和符号
7
结
构1 符 号
2 3
SB
1 43
SB
按钮帽
复位弹簧 支柱连杆
常闭静触头
2
桥式静触头
4
常开静触头
外壳
SB
动画
名 常闭按钮 称 (停止按钮)
常开按钮 (起动按钮)
复合按钮
8
4.1.3 接触器
用于频繁地接通和断开大电流电路的开关电器。
(a) 外形
用于控制电路流 过的小电流 (无 需加灭弧装置)
属于同一器件的线圈和触点用相同的文字表示
常用的交流接触器有CJ10、CJ12、CJ20和3TB等系列。
接触器技术指标：额定工作电压、电流、触点数目等。
如CJ10系列主触点额定电流5、10、20、40、75、 120A等数种；额定工作电压通常是220V或380V。 11
KM 复合按钮
34
点动时： 按下SB3
电机运转 FR
~ SB1
先断开
SB2 SB3
KM
KM
通电 闭合
后闭合 自锁触点不起作用
35
松开SB3 FR
~ SB1
后闭合
SB2 SB3
KM
KM
断电 断开
先断开
36
松开SB3 电机停转 实现点动 用途:试车、检修以及车床主轴的调整等。
FR
~ SB1
后闭合
SB2 SB3
常用的熔断器有插入式熔断器、螺旋式熔断 器、管式熔断器和有填料式熔断器。 符号 FU
(熔1)断电器灯额、定电电炉流等IF电的阻选性择负
载
IF > IL
直流电机PPT精品课件
绕电枢一周， 所有元件互相串联构成一闭合回路。
电路图
结合电刷的放置， 得到该瞬时的电路图
每个极下的元件组成一条支路。 即单迭绕 组的并联支路数正好等于电机的极数。
这是单迭绕组的重要特点之一。
单迭绕组的特点
• 元件的两个出线端连接于相邻两个换向片上。 • 并联支路数等于磁极数， 2a=2p; • 整个电枢绕组的闭合回路中， 感应电动势的总和为零，
电枢绕组
换向极
电刷装置 换向器
风扇 转轴
轴承
二、直流电机的工作原理
磁场定义
直流电机的物理模型
1 直流发电机的工作原理
（1）、换流过程
b
Aa
c
d
B
b
a
A
c
Bd
电势正方向：abcd B+,A-
电势正方向：电势正方向： dcba
B+,A-
c
Ad
b
a
B
（2）直流发电机运行时的几点结论
1. 电枢线圈内电势、电流方向是交流电； 2. 电刷间为直流电势。线圈中感应电势与电流方向一
2-2 柴油发电机型号和规格的选择
三、容量计算的原则：
1.柴油发电机的额定容量所供负荷的计算容量
2.柴油发电机的允许起动容量电动机有效起动容
量
柴油发电机额定容量(Sfe) ------主力发电功率(铭牌数据)
所供负荷的计算容量(SJ) ------发电机可能提供负荷的计算容量
柴油发电机允许起动容量(Sfq) ------发电机出口压降达20%时的允许起动容量(铭
转矩方向电：势方向：dcba 电势方向：
c
d
b
a
（2）直流电动机运行时的几点结论
电路图
结合电刷的放置， 得到该瞬时的电路图
每个极下的元件组成一条支路。 即单迭绕 组的并联支路数正好等于电机的极数。
这是单迭绕组的重要特点之一。
单迭绕组的特点
• 元件的两个出线端连接于相邻两个换向片上。 • 并联支路数等于磁极数， 2a=2p; • 整个电枢绕组的闭合回路中， 感应电动势的总和为零，
电枢绕组
换向极
电刷装置 换向器
风扇 转轴
轴承
二、直流电机的工作原理
磁场定义
直流电机的物理模型
1 直流发电机的工作原理
（1）、换流过程
b
Aa
c
d
B
b
a
A
c
Bd
电势正方向：abcd B+,A-
电势正方向：电势正方向： dcba
B+,A-
c
Ad
b
a
B
（2）直流发电机运行时的几点结论
1. 电枢线圈内电势、电流方向是交流电； 2. 电刷间为直流电势。线圈中感应电势与电流方向一
2-2 柴油发电机型号和规格的选择
三、容量计算的原则：
1.柴油发电机的额定容量所供负荷的计算容量
2.柴油发电机的允许起动容量电动机有效起动容
量
柴油发电机额定容量(Sfe) ------主力发电功率(铭牌数据)
所供负荷的计算容量(SJ) ------发电机可能提供负荷的计算容量
柴油发电机允许起动容量(Sfq) ------发电机出口压降达20%时的允许起动容量(铭
转矩方向电：势方向：dcba 电势方向：
c
d
b
a
（2）直流电动机运行时的几点结论
电机设计及其CADPPT课件
H(A/cm) 0
1.58 3.83 6.52 8.9 12.6 20.1 37.8 72.0
第6页/共24页
查B=1.35、1.45、1.55T对应的H
线性插值程序：10.75、16.35、28.95A/cm；
抛物插值程序：10.28、15.08、26.89A/cm；
实际值：
10.50、15.50、26.70A/cm。
同样的离散点时，抛物插值精度高。
要求同样精度时，抛物线插值用较少点，少用计算机存储量
为提高精度，实际中，数组应为上例的10倍以上
也可以将B值小的部分用线性插值，因为这段曲线近似是直线；B值大的部分用 抛物线插值，因为这段曲线已与直线差得很多。
7
第7页/共24页
2021年5月16日星期日
四、二元插值
第13页/共24页
2021年5月16日星期日
三、对原曲线进行改造 个别曲线过于繁琐
14
第14页/共24页
2021年5月16日星期日
11－4 辅助设计中常用的数值计算方法
•为提高计算精度并充分发挥计算机的计算功能，可利用 数值计算方法来改造原有公式。
一、数值积分 复杂的被积函数不能用解析法直接积分，可用计算机进行数值积分。
将手算程序的各公式依次变成计算机程序，就是分析设计程序 需解决的问题：曲线与图表的处理； 迭代的处理。 二、框图的作用和编制
19
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2021年5月16日星期日
Hale Waihona Puke •包含多处迭代，甚至嵌套、多层嵌套或交叉。程
序从外形上看是逐条排列的，实际上并不是逐条执行的。
框图可以表达其结构层次和逻辑。
1、框图的作用：
2
电机学课件同步电机结构ppt课件
曲线相似(成比例)
为磁路的磁化特性
1 c
一般将发电机的空载额定电压
设计于弯曲部分C点
0
10/2006 C.B.Zeng
d
If(Ff)
30
3.电机磁路的饱和系数
Ks
Ff0 F
ac ab
dn dc
(
Ks
1.1 ~ 1.25) E0 ( 0)
2 n
气隙线:将空载特性
ab
的直线部分延长得线
c
段2，称为气隙线。
设oa代表额定电压， 则 ac为产生额定电压所需
F
Ff0
0
gd
磁势:
Ff0 ac ab bc F FFe
10/2006 C.B.Zeng
1
31
Ff0 ac ab bc F FFe
ab=F：不计饱和时产生oa电压所需磁势，称为气隙磁势。
bc=FFe：由于饱和，使得产生 oa电压的磁势增大的部分，
电枢反应 概念：内功率因数角ψ 不同情况电枢反应分析
10/2006 C.B.Zeng
36
1、电枢反应的定义：
I f
F f
随转子旋转（n1) 基波F f 1(n1 ) E0
f1
Pn 60
接三相对称负载
或加三相对称电源 i三相对称，f1 电枢磁势Fa
大 转 转
小
速 向
Fa
1.35 WKW 1 P
亦如图示方向。此时A相
Fa 出现在A相轴线上。
F
1
d轴 Ff
B轴
q轴
A轴
Fa
Y
C
A
X
NS
Z n1 B
C轴
10/2006 C.B.Zeng
为磁路的磁化特性
1 c
一般将发电机的空载额定电压
设计于弯曲部分C点
0
10/2006 C.B.Zeng
d
If(Ff)
30
3.电机磁路的饱和系数
Ks
Ff0 F
ac ab
dn dc
(
Ks
1.1 ~ 1.25) E0 ( 0)
2 n
气隙线:将空载特性
ab
的直线部分延长得线
c
段2，称为气隙线。
设oa代表额定电压， 则 ac为产生额定电压所需
F
Ff0
0
gd
磁势:
Ff0 ac ab bc F FFe
10/2006 C.B.Zeng
1
31
Ff0 ac ab bc F FFe
ab=F：不计饱和时产生oa电压所需磁势，称为气隙磁势。
bc=FFe：由于饱和，使得产生 oa电压的磁势增大的部分，
电枢反应 概念：内功率因数角ψ 不同情况电枢反应分析
10/2006 C.B.Zeng
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1、电枢反应的定义：
I f
F f
随转子旋转（n1) 基波F f 1(n1 ) E0
f1
Pn 60
接三相对称负载
或加三相对称电源 i三相对称，f1 电枢磁势Fa
大 转 转
小
速 向
Fa
1.35 WKW 1 P
亦如图示方向。此时A相
Fa 出现在A相轴线上。
F
1
d轴 Ff
B轴
q轴
A轴
Fa
Y
C
A
X
NS
Z n1 B
C轴
10/2006 C.B.Zeng
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。
电机学PPT课件-直流电动机
3
机电一体化设计
结合机械、电子、信息等多学科知识，进行直流 电动机的优化设计，实现高效、紧凑、可靠的设 计目标。
THANKS
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电动车与新能源汽车
随着电动车和新能源汽车的普及，直流电动机作为动力源将得到 更广泛的应用。
智能家居与家电
直流电动机在智能家居和家电领域的应用将不断拓展，如智能吸 尘器、电动窗帘等。
直流电动机的创新研究
1 2
新材料与新工艺
研究新型材料和制造工艺，提高直流电动机的性 能和可靠性。
控制策略优化
研究先进的控制算法和策略，提高直流电动机的 响应速度和稳定性。
电机学ppt课件-直 流电动机
目录
• 直流电动机简介 • 直流电动机的特性 • 直流电动机的控制 • 直流电动机的常见故障与维护 • 直流电动机的发展趋势与展望
01
CATALOGUE
直流电动机简介
直流电动机的基本结构
定子
固定部分，包括主磁极和换向器。
转子
旋转部分，由导电的电枢绕组和铁芯组成。
换向器
大。
转矩与磁通关系
02
在一定范围内，转矩与磁通成正比。但当磁通增加到一定程度
时，转矩增加趋缓。
转矩与转速关系
03
在一定转速范围内，转矩与转速成反比。转速越高，转矩越小
。
直流电动机的机械特性
机械特性方程
直流电动机的机械特性方 程表示了电动机的转速、 转矩和电源电压之间的关 系。
固有机械特性
固有机械特性是指在一定 励磁电流和电枢电压下的 机械特性。
当电机发生缺相故障时，自动切断电源，防 止电机因缺相而损坏。
04
CATALOGUE
直流电机篇PPT课件
电机振动或噪声过大
常见问题 诊断方法 修复措施
电机振动或噪声过大可能是由于机械松动、转子不平衡 、轴承损坏等原因所致。
诊断电机振动或噪声过大的方法包括观察法、听觉法、 触摸法等，通过这些方法可以初步判断故障原因。
针对不同的故障原因，采取相应的修复措施，如紧固松 动部位、重新平衡转子或更换轴承等，以消除振动或噪 声。
05
直流电机常见故障与维护
电刷与换向器磨损
正常磨损 磨损原因 维护建议
电刷和换向器在电机运行过程中会发生正常磨损，这是 由于电流通过电刷与换向器接触产生摩擦所致。
电刷与换向器的磨损主要与电流大小、电刷压力、换向 器表面粗糙度以及电机运行环境有关。
为减缓电刷与换向器的磨损，应定期检查电刷和换向器 的磨损情况，保持适当的电刷压力和换向器表面粗糙度 ，并确保电机运行环境良好。
铁芯通常由硅钢片叠 压而成，以减小磁阻 和减少能量损失。
转子
转子是直流电机的旋转部分， 通常由铁芯和绕组组成。
铁芯同样由硅钢片叠压而成， 以减小磁阻和减少能量损失。
绕组则通常由绝缘导线绕制而 成，以产生磁场。
换向器
换向器是直流电机的重要部件之一，主要作用是将电刷上的直流电流转换为绕组上 的交流电流，以实现电流方向的改变。
电机过热或冒烟
01
严重故障
02
电机过热可能是由于负载过大、通风不良、轴承损坏等原 因所致，冒烟则可能是由于电机内部短路或严重过载引起 。
03
预防措施
04
为预防电机过热或冒烟，应定期检查电机运行状况，确保 通风良好，避免超载运行，并定期更换轴承等易损件。
05
处理方法
06
一旦发现电机过热或冒烟，应立即停机检查，找出故障原 因并排除，同时对电机进行全面检修和保养。
《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。
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§1-4国际标准
定子铁心 定子绕组
交流电动机总体结构
机壳 端盖
转轴 转子
底座
f=Bδi2L
定子轭部磁密：1.5T 定子齿部磁密：1.5T
转子齿部磁密：1.5T 转子轭部磁密：1.5T
U≈E=4.44fkwWΦ
气隙磁密：0.6~0.7T
第二章 电机主要参数之间的关系
• 电机主要尺寸
•
电机主要尺寸是指电枢铁心的直径和长度。对于直流电机，
2同步发:P电 ' cK机 oEPN sN
KA表示单位体积有效材料所能产生的计算转矩。它的大小反应了电机材 料的利用率，通常称之为利用系数。
利用系数的高低取决于两方面：其一是材料的质量；其二是制造工艺水 平。
对于不同类型的电机，其计算功率可按给定的额定功率PN来决定： 1感应电机又称异:P步 ' 电K机 EPN
N c osN
KE为额定负载时感与应端电电势压.之比
电机无处不在
一、发电机提供强大的电力 二、工业设备需要电机 三、家用电器不能没有电机 四、时尚尖端数码产品离不开电机 五、未来交通动力更有赖于电机
电机，它究竟是什么？
电机的基本结构与原理
基本原理的公式体现： f BLI
一、直流电机
磁极（Fe)
转子铁心（Fe)
f
电枢=转子铁心+导体+电刷
励磁线圈（Cu) 磁轭（Fe)
转子：产生电流 I
f=BIL
电机设计所要解决的主要矛盾：
所用材料（铁与铜）与电机效能之间的矛盾。
第一篇 旋转电机设计
•
第一章 电机设计概述
• §1-1 电机制造工业的近况与发展趋势
• 一、我国电机制造业的发展概况
• （一）品种、规格不断增加，单机容量迅速增大，技术经济指标逐
步提高
• （二）积极采用新技术、新材料、新结构与新工艺 • （三）标准化、系列化和通用化程度不断提高 • （四）积极开展电机理论、测试技术和新型发电方式的研究
收集资料，即相关的国家标准、相近的电机技术资料包括试验数据。 在分析资料的基础上编制技术任务书。 （二）电磁设计
根据技术任务书的规定，进行电磁计算，确定所设计的电机的冲片 尺寸、铁心长度及电磁性能。 （三）结构设计
确定电机的机械结构、零部件尺寸、加工要求与材料的规格等。
§1-3国家标准
电机的国家标准是国家有关部门对电机提出一定要求的文件，它是电 机生产的依据，也是评定电机质量优劣的准则。
P' mEI
交流电机电枢绕组的相电势为：
E4.44 fNdK p 4KNm fNdK p 式K 中 N为 m 气隙磁场 ,当 的气 波隙 形磁 系场 数 时 为 等 1正 .1于 1弦
每极 磁 B avle通 fB 'plef
气隙磁密波形示意图
'pB B av,为计算,极 B为 弧 气 系 隙 数 磁,B 密 a为 v 的 气最 隙大 磁.值 密
而'p ,KNm,Kdp的变化范围 ,所更 以小 C把 A称为电机.上 常式 数即可: 写
CAD2Ple' fnD P2'lef
D2lef P'
620DT2l'ef
n
60
T' P' ,称之为计算 . 转矩
2
电机常数CA大体上反映了产生单位计算转矩所耗用的有效材料的体积。 反映了材料的消耗量。
C A 的倒 :K A 数 C 1A 为 62D 0 T 2l'efD 2 P le ' n f
D2lefn
6.1
P'
'pKNmKdpAB
对于直流电机 :D同 2Ple' fn样 有 'p6A.1B
该式可以视 流为 电相 机应 的的 主 式 交 要 K 取 NK m参 dp1而 数得 关 . 到 系
讨论：
D2Ple' fn'pKN6m K .1dpAB CA
由于一定功率围 和内 转的 速,电 范 B ,机 A的变动范围 , 不大
电枢直径是指转子外径；对于感应电机和同步电机，则是指定子
外径。
•
确定主要尺寸是设计电机的第一步。因为主要尺寸确定以后，
电机的重量、价格、工作特性等方方面面也随之而定。
• §2-1 电机主要参数之间的关系式
•
电机的主要尺寸与电磁功率有着密切的关系，后者可以用电
机的计算功率来表示。交流电机的计算功率为：
交流异步电动机
Y n0
交流电机 定子=定子铁心（Fe）+ 线圈(Cu)
iA Im cos2f1t
C
iB Im cos2(f1t 120)
iC Im cos2(f1t 240)
A
n
X
转子=转子铁心（Fe）+
线圈(Cu或Al)
Z
B
电机是：
合二为一，各伺其产生磁场 B 各伺其职：
极距 D
2p 通常将沿电枢长 圆度 周上 单的 位电流为 导线 体负 数 A:荷 称
A2mDNI
将E4KN
mf
NdKp4KN
pn m60N
K d pB'ple
f
4KN m6p0nN K d pB'p2D ple f 4KN m6p0nA 2m DIKd pB'p2D ple f
代入 P' mE,化 I 简后 : 得
生产部门应力求使所设计制造的电机全面满足国家标准规定的要求。 有关电机的国家标准有以下几种类型：
1、国家颁发的标准，代号为GB，例如，《GB755-87电机基本技术 要求》等；
2、部颁标准，代号为JB，例如，《JB3074-82Y系列（IP44）三相异 步电动机技术条件》等；
3、各种电机的试验方法。 国家标准通常是根据一定时期的国民经济发展水平来制定的，因而在 一定的历史条件下是先进的、合理的。它随着科学技术和生产的不断发展 而逐步提高，于是国家标准也要随之修定，而提出更高的标准要求。
• 二、国外电机制造工业的近况与发展趋势
• §1-2电机设计的任务与过程
• 一、电机设计的任务与对设计人员的要求
• 1、具备过硬的电机设计技术；
• 2、设计人员要注意贯彻国家的技术经济政策，努力使产品既满足使 用要求，又尽可能地降低成本；
3、设计人员应认真地听取有关人员的意见和建议，注意理论与实际、设 计与工艺相结合，认真进行调查研究、访问用户和查阅资料等； （二）电机设计时给定的数据和对电机的主要技术要求 电机设计时通常给定下列数据： （1）额定功率； （2）额定电压； （3）相数及相间的连接方式； （4）额定频率； （5）额定转速或同步转速； （6）额定功率因数。 二、电机设计过程和内容简介 （一）准备阶段
定子铁心 定子绕组
交流电动机总体结构
机壳 端盖
转轴 转子
底座
f=Bδi2L
定子轭部磁密：1.5T 定子齿部磁密：1.5T
转子齿部磁密：1.5T 转子轭部磁密：1.5T
U≈E=4.44fkwWΦ
气隙磁密：0.6~0.7T
第二章 电机主要参数之间的关系
• 电机主要尺寸
•
电机主要尺寸是指电枢铁心的直径和长度。对于直流电机，
2同步发:P电 ' cK机 oEPN sN
KA表示单位体积有效材料所能产生的计算转矩。它的大小反应了电机材 料的利用率，通常称之为利用系数。
利用系数的高低取决于两方面：其一是材料的质量；其二是制造工艺水 平。
对于不同类型的电机，其计算功率可按给定的额定功率PN来决定： 1感应电机又称异:P步 ' 电K机 EPN
N c osN
KE为额定负载时感与应端电电势压.之比
电机无处不在
一、发电机提供强大的电力 二、工业设备需要电机 三、家用电器不能没有电机 四、时尚尖端数码产品离不开电机 五、未来交通动力更有赖于电机
电机，它究竟是什么？
电机的基本结构与原理
基本原理的公式体现： f BLI
一、直流电机
磁极（Fe)
转子铁心（Fe)
f
电枢=转子铁心+导体+电刷
励磁线圈（Cu) 磁轭（Fe)
转子：产生电流 I
f=BIL
电机设计所要解决的主要矛盾：
所用材料（铁与铜）与电机效能之间的矛盾。
第一篇 旋转电机设计
•
第一章 电机设计概述
• §1-1 电机制造工业的近况与发展趋势
• 一、我国电机制造业的发展概况
• （一）品种、规格不断增加，单机容量迅速增大，技术经济指标逐
步提高
• （二）积极采用新技术、新材料、新结构与新工艺 • （三）标准化、系列化和通用化程度不断提高 • （四）积极开展电机理论、测试技术和新型发电方式的研究
收集资料，即相关的国家标准、相近的电机技术资料包括试验数据。 在分析资料的基础上编制技术任务书。 （二）电磁设计
根据技术任务书的规定，进行电磁计算，确定所设计的电机的冲片 尺寸、铁心长度及电磁性能。 （三）结构设计
确定电机的机械结构、零部件尺寸、加工要求与材料的规格等。
§1-3国家标准
电机的国家标准是国家有关部门对电机提出一定要求的文件，它是电 机生产的依据，也是评定电机质量优劣的准则。
P' mEI
交流电机电枢绕组的相电势为：
E4.44 fNdK p 4KNm fNdK p 式K 中 N为 m 气隙磁场 ,当 的气 波隙 形磁 系场 数 时 为 等 1正 .1于 1弦
每极 磁 B avle通 fB 'plef
气隙磁密波形示意图
'pB B av,为计算,极 B为 弧 气 系 隙 数 磁,B 密 a为 v 的 气最 隙大 磁.值 密
而'p ,KNm,Kdp的变化范围 ,所更 以小 C把 A称为电机.上 常式 数即可: 写
CAD2Ple' fnD P2'lef
D2lef P'
620DT2l'ef
n
60
T' P' ,称之为计算 . 转矩
2
电机常数CA大体上反映了产生单位计算转矩所耗用的有效材料的体积。 反映了材料的消耗量。
C A 的倒 :K A 数 C 1A 为 62D 0 T 2l'efD 2 P le ' n f
D2lefn
6.1
P'
'pKNmKdpAB
对于直流电机 :D同 2Ple' fn样 有 'p6A.1B
该式可以视 流为 电相 机应 的的 主 式 交 要 K 取 NK m参 dp1而 数得 关 . 到 系
讨论：
D2Ple' fn'pKN6m K .1dpAB CA
由于一定功率围 和内 转的 速,电 范 B ,机 A的变动范围 , 不大
电枢直径是指转子外径；对于感应电机和同步电机，则是指定子
外径。
•
确定主要尺寸是设计电机的第一步。因为主要尺寸确定以后，
电机的重量、价格、工作特性等方方面面也随之而定。
• §2-1 电机主要参数之间的关系式
•
电机的主要尺寸与电磁功率有着密切的关系，后者可以用电
机的计算功率来表示。交流电机的计算功率为：
交流异步电动机
Y n0
交流电机 定子=定子铁心（Fe）+ 线圈(Cu)
iA Im cos2f1t
C
iB Im cos2(f1t 120)
iC Im cos2(f1t 240)
A
n
X
转子=转子铁心（Fe）+
线圈(Cu或Al)
Z
B
电机是：
合二为一，各伺其产生磁场 B 各伺其职：
极距 D
2p 通常将沿电枢长 圆度 周上 单的 位电流为 导线 体负 数 A:荷 称
A2mDNI
将E4KN
mf
NdKp4KN
pn m60N
K d pB'ple
f
4KN m6p0nN K d pB'p2D ple f 4KN m6p0nA 2m DIKd pB'p2D ple f
代入 P' mE,化 I 简后 : 得
生产部门应力求使所设计制造的电机全面满足国家标准规定的要求。 有关电机的国家标准有以下几种类型：
1、国家颁发的标准，代号为GB，例如，《GB755-87电机基本技术 要求》等；
2、部颁标准，代号为JB，例如，《JB3074-82Y系列（IP44）三相异 步电动机技术条件》等；
3、各种电机的试验方法。 国家标准通常是根据一定时期的国民经济发展水平来制定的，因而在 一定的历史条件下是先进的、合理的。它随着科学技术和生产的不断发展 而逐步提高，于是国家标准也要随之修定，而提出更高的标准要求。
• 二、国外电机制造工业的近况与发展趋势
• §1-2电机设计的任务与过程
• 一、电机设计的任务与对设计人员的要求
• 1、具备过硬的电机设计技术；
• 2、设计人员要注意贯彻国家的技术经济政策，努力使产品既满足使 用要求，又尽可能地降低成本；
3、设计人员应认真地听取有关人员的意见和建议，注意理论与实际、设 计与工艺相结合，认真进行调查研究、访问用户和查阅资料等； （二）电机设计时给定的数据和对电机的主要技术要求 电机设计时通常给定下列数据： （1）额定功率； （2）额定电压； （3）相数及相间的连接方式； （4）额定频率； （5）额定转速或同步转速； （6）额定功率因数。 二、电机设计过程和内容简介 （一）准备阶段