电机的主要参数之间的关系.ppt
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1、第二章电机的主要参数之间的关系第二章电机的主要参数之间的关系1 1、什么是主要尺寸?、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能量形式的转换则是通过“气隙主磁通气隙主磁通”进行的。进行的。因此主要尺寸就必定与气隙有密切关系。因此主要尺寸就必定与气隙有密切关系。实践证明,靠实践证明,靠近气隙的电枢直径(近气
2、隙的电枢直径(D)与铁心有效长度()与铁心有效长度(lef)是电机的主)是电机的主要尺寸,要尺寸,而气隙可以说是第三个尺寸而气隙可以说是第三个尺寸。从几何角度看,这。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。电磁性能也就基本上为它们左右或稍许变动。铁心尺寸铁心尺寸 绕组尺寸绕组尺寸 其它尺寸大体确定其它尺寸大体确定电机的几何尺寸电机的几何尺寸 外形尺寸外形尺寸 主要尺寸主要尺寸 不少电磁性能变化不大不少电磁性能变化不大 安装尺寸安装尺寸 (D D、lef、)电机矢量确定电机矢量确定
3、 结构部件尺寸结构部件尺寸 电枢直径电枢直径D D:交流电机:交流电机(定子内径)(定子内径)直流电机直流电机(转子外径)(转子外径)二、二、本章研究内容本章研究内容1确定主要尺寸依据的基本关系式确定主要尺寸依据的基本关系式 选择电磁负荷选择电磁负荷 确定主要尺寸;确定主要尺寸;2电磁负荷的选择;电磁负荷的选择;3确定主要尺寸的一般方法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电机的主要参数之间的关系式一、一、几个物理量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。即找到主要尺寸与额定功率、转速及电磁负荷的关系。额定转速:同步速额定转速:同步速 电磁功率(计算功率):
4、电机将电能(机械能)转换成机电磁功率(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子间的气隙进行传递的,与之相对应的功率称为电 磁功率。磁功率。电磁功率在电机设计中用计算功率表示(电磁功率在电机设计中用计算功率表示()1、交流电机中、交流电机中 的关系的关系 计算功率:计算功率:m 电枢绕组相数;电枢绕组相数;E 电枢绕组相电势;电枢绕组相电势;I 电枢绕组相电流电枢绕组相电流 其中电势:其中电势:KNm 气隙磁场波形系数,当气隙磁场正弦分布时;气隙磁场波形系数,
5、当气隙磁场正弦分布时;f 电流频率;电流频率;N 电枢绕组每相串联匝数;电枢绕组每相串联匝数;Kdp 电枢绕组系数;电枢绕组系数;每极磁通(韦)。每极磁通(韦)。每极磁通每极磁通:B 气隙磁密最大值(气隙磁密最大值(T T););Bav 气隙磁密平均值;气隙磁密平均值;计算极弧系数计算极弧系数 Lef 电枢计算长度;电枢计算长度;极距(米);极距(米);电负荷电负荷A A:DD 电枢直径(米);电枢直径(米);把上面关系代入:把上面关系代入:对一定功率和转速范围内的电机,对一定功率和转速范围内的电机,B、A变动范围不大,变动范围不大,、KNm、Kdp变化范围更小,变化范围更小,CA一般为常数。
6、一般为常数。三、直流电机三、直流电机计算功率:计算功率:其中电势:其中电势:每极磁通:每极磁通:电负荷电负荷A A:把上面关系代入:把上面关系代入:比较:比较:直流电机中直流电机中四、的物理意义四、的物理意义1 1是电机常数:对一定功率范围内电机是电机常数:对一定功率范围内电机B、A变动不大,变动不大,、KNm、Kdp变化范围更小;变化范围更小;近似地表示转子有效部分的体积,定子有效部分的体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。积也和它有关。的物理意义:反映产生单位计算转矩所耗用的有效材料(铜、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
7、一定程度上反映了结构材料的耗铝或电工钢)的体积,并在一定程度上反映了结构材料的耗用量。用量。2 2是电机常数是电机常数的倒数,叫作利用系数。的倒数,叫作利用系数。物理意义: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。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,在设计方案比较时,往往是一项很好的比较指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,标,随着电机制造水平的提高,材料质量的改进,将不断增大。将不断增大。并非总是常数,转速一定时,并非总是常数,转速一定时,随着电机功率的
8、增大百减小,利用系数随着电机功率的增大百减小,利用系数和转矩应力则随电机功率的增大而增大。和转矩应力则随电机功率的增大而增大。小结:小结:确定主要尺寸的基本关系式找到确定主要尺寸的基本关系式找到 确定确定A A 、B B、根据根据 之间的曲线之间的曲线 五、五、计算功率与额定功率的关系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,因此应找出在设计电机时,一般都是给定额定功率,因此应找出与与的关系的关系1.异步电机:异步电机:输入功率:输入功率:额定功率:额定功率:计算功率:计算功率:比较上两式:比较上两式:满载电势标么值:满载电势标么值:额定负载时感应电势与端电压的比值额定负载时
9、感应电势与端电压的比值给定,给定,给定,给定,可先假设再得到计算功率可先假设再得到计算功率2.2.同步电动机:同步电动机:3.3.同步发电机:同步发电机:4.4.同步调相机:同步调相机:5.5.并励直流发电机:并励直流发电机:6.6.并励直流电动机:并励直流电动机:六、从确定主要尺寸关系式所得的结论六、从确定主要尺寸关系式所得的结论选定选定A、B,=0.630.72=0.630.721.1.电机的主要尺寸决定于:计算功率电机的主要尺寸决定于:计算功率P P与转速与转速n n之比或计算之比或计算转矩转矩;可以看出:在其它条件相同时,计算转矩相近的电机所消可以看出:在其它条件相同时,计算转矩相近的
10、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、转速低的电机其机其相近,则电机体积是接近。二者可采用相同的电枢相近,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。直径与某些其它尺寸。2.2.A A 、B B不变时,相同功率的电机,不变时,相同功率的电机,n n,尺寸较小;,尺寸较小;尺寸相同的电机尺寸相同的电机,n n,功率较大。,功率较大。说明:说明:n n,可减小电机的体积,可减小电机的体积V V和质量和质量M M,只能在一定转速下;,只能在一定转速下;当当n n太高的话,机械损耗太高的话,机械损耗,直流电机铁耗,直流电机铁
11、耗,于是只好使,于是只好使A A 、B B。如。如n n太高,机械应力太高,机械应力T T;3.3.转速一定,若直径不变而采用不同长度可得不同的功率的电转速一定,若直径不变而采用不同长度可得不同的功率的电机;机;4.4.、KNm、Kdp一般变化不大,电机的主要尺寸在很大程度上一般变化不大,电机的主要尺寸在很大程度上和选择的和选择的A A、B B有关,有关,A A、B B,电机的尺寸就愈小。,电机的尺寸就愈小。结论:结论:1.1.是常数,电机主要尺寸决定于是常数,电机主要尺寸决定于(T T)基本相同;基本相同;2.2.一定,一定,3.3.、KNm、Kdp一定,给定一定,给定,决定于决定于A A
12、B B,选,选A A 、B B,;4.4.一定,一定,n n一定,一定,D D一定,一定,l lefef,P P ,可得不同容量。可得不同容量。T相近(相近(),电机体积上基本相同,),电机体积上基本相同,2-2 2-2 电机中的几何相似定律概述电机中的几何相似定律概述1.1.什么是什么是几何相似几何相似?指电机对应的尺寸具有相同的比值。指电机对应的尺寸具有相同的比值。如:如:A A、B B两台电机若是几何相似,则它们的对应尺寸成比例,两台电机若是几何相似,则它们的对应尺寸成比例,即:即:2.2.几何相似定律:几何相似定律:在电流密度、磁感应强度、转速、频率保持不变时,对一系在电流密度、磁感
13、应强度、转速、频率保持不变时,对一系列功率递增,几何相似的电机,每单位功率所需有效材料的质列功率递增,几何相似的电机,每单位功率所需有效材料的质量量 的的1/4次方成反比次方成反比的定律称的定律称几何相似定律几何相似定律。、成本、成本及产生的损耗与功率及产生的损耗与功率1.证明:证明:条件:条件:保持不变保持不变 长度与功率长度与功率 之间的关系之间的关系代入代入,与与 的关系的关系有效材料的成本有效材料的成本与损耗与损耗与与成正比。成正比。有效材料重量与体积成正比,也与长度有效材料重量与体积成正比,也与长度 的立方成正比;的立方成正比;单位功率所需有效材料的单位功率所需有效材料的质量质量、成
14、本、成本及产生的损耗与功率及产生的损耗与功率的关系的关系即得:几何相似定律:在即得:几何相似定律:在对一系列功率递增、几何形状相似的电机,每单位功率对一系列功率递增、几何形状相似的电机,每单位功率所需有效材料的所需有效材料的、成本、成本及产生的损耗及产生的损耗与功率与功率成正比。成正比。保持不变时,保持不变时,4用途:用途:这定律可用来大体上估计与已制成电机几何相这定律可用来大体上估计与已制成电机几何相似,但功率不同的电机的质量、成本或损耗不同;似,但功率不同的电机的质量、成本或损耗不同;也可用来分析通常是几何相似的系列中各规格也可用来分析通常是几何相似的系列中各规格电机之间的对应关系。电机之
15、间的对应关系。5解释几个问题解释几个问题为什么在可能的情况下尽可能采用大功率电机来代为什么在可能的情况下尽可能采用大功率电机来代替总功率相等的数台小功率(为什么要提高单机容量)?替总功率相等的数台小功率(为什么要提高单机容量)?随着单机容量增加,其有效材料的重量随着单机容量增加,其有效材料的重量 、成本的增加、成本的增加相对容量的增加要慢。因此有效材料的利用率提高了,损相对容量的增加要慢。因此有效材料的利用率提高了,损耗增加相对容量增加也慢,因此效率提高了。人们常说的耗增加相对容量增加也慢,因此效率提高了。人们常说的电机怕效率也就是这个道理。电机怕效率也就是这个道理。为何冷却问题对大功率电机比
16、对小功率电机更显得为何冷却问题对大功率电机比对小功率电机更显得重要(也就是人们常说的大电机怕温升)?重要(也就是人们常说的大电机怕温升)?电机损耗与长度电机损耗与长度 的立方成正比,而冷却表面却与的立方成正比,而冷却表面却与长度成正比,功率长度成正比,功率,长度,长度,损耗,损耗 冷却表面冷却表面,故电机温升,故电机温升因此就必须设法改变冷却系统或冷却方式,放弃它们的几何因此就必须设法改变冷却系统或冷却方式,放弃它们的几何形状相似。形状相似。2-3 电磁负荷的选择电磁负荷的选择根据确定主要尺寸的关系式来看:根据确定主要尺寸的关系式来看:在正常的电机中,在正常的电机中,实际上变化不大,实际上变化
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- 电机 主要参数 之间 关系
