理论教育 小型三相同步发电机电磁计算技巧分享

小型三相同步发电机电磁计算技巧分享

时间:2023-06-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:6)额定相电流。图2-43 定、转子尺寸代号12)定子在气隙处直径D。17)磁轭内径Dym。23)磁极铁心长度lm。24)磁极铁心净长lmFe =KFemlm,KFem为磁极铁心装压系数,对1mm钢板可取0.95或按经验选取。2)气隙比值gm/g3)磁极抱角θ18)周边速度。19)定子铁心长度l。6)三次谐波幅值a3=a1,A3、B3参考图2-45。8)磁通波有效值。6)磁场分布系数fd及磁场波形系数fb计算见磁路计算。5)节距相对值以小数计。12)每相串联导体数。15)定子绕组电流密度。

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(一)额定数据及主要尺寸

1)额定容量PN(kVA)。

2)额定功率因数cosφΝ&。

3)相数m。

4)额定频率f(Hz)。

5)额定相电压UN

6)额定电流978-7-111-47179-0-Chapter02-372.jpg

7)额定转速nN⋅(r/min)。

8)飞逸转速倍数Ky。

9)绝缘等级定子(级)

磁极(级)

10)极数978-7-111-47179-0-Chapter02-373.jpg

11)主要尺寸参看图2-42和图2-43。(除加以说明者外,单位均为cm)

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图2-42 定、转子尺寸代号

978-7-111-47179-0-Chapter02-375.jpg

图2-43 定、转子尺寸代号

12)定子在气隙处直径D

13)定子轭顶部直径Dy

14)极距978-7-111-47179-0-Chapter02-376.jpg

15)磁极在气隙处直径Dm

凸极转场式(或转枢式)Dm=2R(R为磁极弧面半径),隐极转场式Dm=D−2g。

16)磁轭外径Dymo

17)磁轭内径Dym。

18)周边速度978-7-111-47179-0-Chapter02-377.jpg

19)定子铁心长度l(小型中一般不考虑通风沟,所以l即为铁心总长)。

20)定子铁心净长lFe=KFel,KFe为铁心压装系数,对0.5mm涂漆硅钢片可取0.93或按经验选取。

21)气隙g。

22)最大气隙gm(对于隐极机gm =g)。

23)磁极铁心长度lm。

24)磁极铁心净长lmFe =KFemlm,KFem为磁极铁心装压系数,对1mm钢板可取0.95或按经验选取。

25)有效铁心长leff

当磁极铁心长lm=l时,leff=l;

当磁极铁心长lm>l时,leff=l+2g;

当磁极铁心长lm<l时,leff=lm+2g。

(二)磁场波形

1.凸极转场式(或转枢式)

1)气隙与节距之比值g/τp。

2)气隙比值gm/g

3)磁极抱角θ

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4)极抱百分值978-7-111-47179-0-Chapter02-379.jpg

5)基波幅值a1=A1B1 ,其中A1、B1参考图2-44。

6)三次谐波幅值a3=a1(A3B3-0.6),A3、B3参考图2-45。

7)磁场分布系数978-7-111-47179-0-Chapter02-380.jpg

8)磁通波有效值978-7-111-47179-0-Chapter02-381.jpg

9)波形系数978-7-111-47179-0-Chapter02-382.jpg

10)磁极偏心距H

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11)偏心半径R

978-7-111-47179-0-Chapter02-384.jpg

2.隐极转场式

1)磁极虚槽数Qm'。

2)磁极实槽数Qm。

3)每极实槽数978-7-111-47179-0-Chapter02-385.jpg

4)每极空槽数978-7-111-47179-0-Chapter02-386.jpg

对于绕组按正弦分布的磁极Qm'=Qm,所以q0=0。

5)磁极的槽节距、槽宽和齿宽(槽形见图2-46和图2-47)。

6)磁场分布系数fd及磁场波形系数fb计算见磁路计算。

(三)定子铁心及定子绕组

1)定子槽数Q1=mpq1

2)定子拼片条件(定子拼片结构仅用于转场式)

①每圈扇形片数t;

②重叠数n;

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图2-44 A1、B1

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图2-45 A3B3

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图2-46 槽尺寸代号

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图2-47 槽尺寸代号

③每片槽数Q1/t;

④扇形片高度;978-7-111-47179-0-Chapter02-391.jpg

⑤扇形片宽度978-7-111-47179-0-Chapter02-392.jpg

⑥无轴电流的拼片条件978-7-111-47179-0-Chapter02-393.jpg=偶数或978-7-111-47179-0-Chapter02-394.jpg=带有偶数分子的最简分数。

3)每极每相槽数978-7-111-47179-0-Chapter02-395.jpg

4)绕组节距y以槽数计。

5)节距相对值978-7-111-47179-0-Chapter02-396.jpg以小数计。

6)绕组节距系数978-7-111-47179-0-Chapter02-397.jpg或查表2-32。

978-7-111-47179-0-Chapter02-398.jpg

图2-48 扇形片尺寸代号

表2-32 三相60°相带的分布系数和短距系数表

978-7-111-47179-0-Chapter02-399.jpg

(续)

978-7-111-47179-0-Chapter02-400.jpg

7)绕组分布系数Kd

πq1=整数,978-7-111-47179-0-Chapter02-401.jpg或查表2-32; 978-7-111-47179-0-Chapter02-402.jpg978-7-111-47179-0-Chapter02-403.jpg或查表2-32。

8)绕组系数Kdp =KdKp或查表2-32。

9)每槽导体数Z1。

10)每根导体并联导体数N1。

11)绕组并联支路数a1

12)每相串联导体数978-7-111-47179-0-Chapter02-404.jpg

13)线负荷978-7-111-47179-0-Chapter02-405.jpg

14)定子线规裸径/绝缘径,dc1/dc'1(cm);截面积S1(mm3)。

15)定子绕组电流密度978-7-111-47179-0-Chapter02-406.jpg

16)定子发热参数AJ1=AJ1 。

17)槽满率Sf(参考笼型异步电动机)。

18)定子气隙系数978-7-111-47179-0-Chapter02-407.jpg

19)磁极气隙系数978-7-111-47179-0-Chapter02-408.jpg

注:对于凸极转场式(或转枢式)及隐极转场式(具有等槽、等匝、大小齿结构)λZm、b02即为阻尼槽槽节距及槽口宽。对于隐极转场式(绕组按正弦分布的结构)λZm、b02即为磁极槽槽节距及槽口宽(磁极绕组槽与磁极阻尼槽共用)。

20)气隙系数Kc=Kca Kcm。

21)定子槽节距、槽宽及齿宽(见图2-49)。

978-7-111-47179-0-Chapter02-409.jpg

图2-49 槽形尺寸代号

22)定子绕组尺寸(见图2-50)

①尺寸τy

凸极(或隐极)转场式

978-7-111-47179-0-Chapter02-410.jpg

凸极转枢式

978-7-111-47179-0-Chapter02-411.jpg

②LB=l+2d1

式中d1——线圈直线部分伸出铁心端长度,一般在小型电机中可取

为1~2。

978-7-111-47179-0-Chapter02-412.jpg

图2-50 绕线模尺寸代号

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978-7-111-47179-0-Chapter02-414.jpg,α般应取≥30°。

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⑥fd=Cssin α。

⑦定子绕组平均半匝长lZ=LB+2C。s

23)定子绕组每相电阻(对A、E、B级绝缘)

①在75 °C时,978-7-111-47179-0-Chapter02-416.jpg(Ω),

如导线为铝线,2.17应该为3.46。

②在20 °C时,Ra20°=0.824Ra75°(Ω),如导线为铝线,0.824应该为0.818。

24)定子绕组铜净重GCua=mZφ1lZa1S1N1×8.9×10-5(kg),用铝线时,8.9改为2.7。

25)定子绕组铜毛重GCua'=1.50GCua(kg)。

26)定子硅钢片环形计算重

凸极(或隐极)转场式978-7-111-47179-0-Chapter02-417.jpg

凸极转枢式978-7-111-47179-0-Chapter02-418.jpg

(四)磁路计算

1.凸极转场式(或转枢式)

1)每极磁通978-7-111-47179-0-Chapter02-419.jpg

2)假想总磁通978-7-111-47179-0-Chapter02-420.jpg

3)气隙磁密978-7-111-47179-0-Chapter02-421.jpg

4)气隙安匝数ATg=0.8Kc gBg (A)。

其中,g单位为cm。

5)定子硅钢片牌号。

6)定子视在齿磁密978-7-111-47179-0-Chapter02-422.jpg

7)定子齿计算长度hS'

半闭口圆底槽978-7-111-47179-0-Chapter02-423.jpg

半闭口平底槽hS'=hs+h2 。

8)BT1 '大于18000 Gs时考虑的定子齿部磁密修正系数978-7-111-47179-0-Chapter02-424.jpg

9)定子齿磁密BT1根据BT1'及knx参考图2-51。

10)定子齿磁场强度atT1根据BT1参考表2-33~表2-35。

11)定子齿安匝数ATT1=hS'atT1。

12)定子磁轭高度hC1。

①凸极转场式

半闭口圆底槽978-7-111-47179-0-Chapter02-425.jpg

半闭口平底槽978-7-111-47179-0-Chapter02-426.jpg

②凸极转枢式

半闭口圆底槽978-7-111-47179-0-Chapter02-427.jpg

半闭口平底槽978-7-111-47179-0-Chapter02-428.jpg

978-7-111-47179-0-Chapter02-429.jpg

图2-51 B>17000 Gs时磁化曲线及齿部磁密修正系数knx

13)定子轭磁密978-7-111-47179-0-Chapter02-430.jpg

14)定子轭磁路计算长度lC1 '

凸极转场式978-7-111-47179-0-Chapter02-431.jpg(不拼片定子);

凸极转枢式978-7-111-47179-0-Chapter02-432.jpg

凸极转场式978-7-111-47179-0-Chapter02-433.jpg(拼片定子);

定子轭磁场强度凸极转场式978-7-111-47179-0-Chapter02-434.jpg(不拼片定子)。

15)定子轭磁场强度atC1根据BC1查表2-33~表2-35。

表2-33 B25=14800 Gs磁化曲线 (单位:A/cm)

978-7-111-47179-0-Chapter02-435.jpg

表2-34 B25=15400 Gs磁化曲线 (单位:A/cm)

978-7-111-47179-0-Chapter02-436.jpg

表2-35 B25=15700 Gs磁化曲线 (单位:A/cm)

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(续)

978-7-111-47179-0-Chapter02-438.jpg

16)定子轭磁通分布系数ξ根据BC1查表2-36。

表2-36 轭部磁路长因数ξ值 (单位:A/cm)

978-7-111-47179-0-Chapter02-439.jpg

17)定子轭安匝数ATC1=ξlC1'atC1(A)。

18)定子齿、轭及气隙安匝ATgTC=ATT1+ATC1+ATg(A)。

19)磁极材料。

20)磁极有关几何尺寸计算

①凸极转场式(见图2-52)

978-7-111-47179-0-Chapter02-440.jpg

978-7-111-47179-0-Chapter02-441.jpg

图2-52 磁极几何尺寸

②凸极转枢式(见图2-53)

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式中978-7-111-47179-0-Chapter02-443.jpg978-7-111-47179-0-Chapter02-444.jpg

978-7-111-47179-0-Chapter02-445.jpg

图2-53 转枢式凸极几何尺寸

978-7-111-47179-0-Chapter02-446.jpg

21)极掌漏磁常数978-7-111-47179-0-Chapter02-447.jpg

22)极身漏磁常数978-7-111-47179-0-Chapter02-448.jpg

23)磁极漏磁常数Λ=1.1(Λp+Λm)。

24)每极漏磁通φ1=Λp ATgTC(Mx)。

25)磁极磁通φm =φ+φσ (Mx)。

26)漏磁系数978-7-111-47179-0-Chapter02-449.jpg

27)磁极长度Lm、宽度bm。

28)磁极压板厚度d'、宽度b'。

29)磁极极身截面Sm=(LmbmKFe+2 d' b')。其中,KFe为压装系数,用厚度1mm钢板时取0.95或按经验选用。

30)磁极极身磁密978-7-111-47179-0-Chapter02-450.jpg

31)磁极极身磁场强度atm根据Bm及采用的材料查表2-37。

32)磁极极身安匝数ATm=atm⋅hm'(A)。

33)磁轭材料。

34)磁轭高度978-7-111-47179-0-Chapter02-451.jpg

35)磁轭磁路计算长度978-7-111-47179-0-Chapter02-452.jpg

表2-37 磁极用11.75mm厚薄钢板的磁化曲线 (单位:A/cm)

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(续)

978-7-111-47179-0-Chapter02-454.jpg

36)磁轭截面积Sym

①无磁轭支架的凸极转场式(见图2-54)

978-7-111-47179-0-Chapter02-455.jpg

②有磁轭支架的凸极转场式及凸极转枢式(见图2-55)

Sym=hym lym (cm2)。

978-7-111-47179-0-Chapter02-456.jpg

图2-54 无磁轭支架

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图2-55 有磁轭支架

37)磁轭磁密978-7-111-47179-0-Chapter02-458.jpg

38)磁轭磁场强度atym,可根据Bym及采用的材料查表2-36、表2-38或表2-39。

39)磁轭安匝数ATym=atymlym(A)。

40)第二气隙长度978-7-111-47179-0-Chapter02-459.jpg

41)第二气隙处截面积Sg' =lmbm。

42)第二气隙磁密978-7-111-47179-0-Chapter02-460.jpg

43)第二气隙安匝数ATg'=0.8Bg'g'(A)。

44)每极空载励磁安匝数ATb0 =ATgTC+ATm+ATym+ATg'(A)。

表2-38 铸钢的磁化曲线 (单位:A/cm)

978-7-111-47179-0-Chapter02-461.jpg

表2-39 铸铁的磁化曲线 (单位:A/cm)

978-7-111-47179-0-Chapter02-462.jpg

2.隐极转场式

1)饱和系数K。s

先假设K值,与项28)复核,如相差0.05以上,应重新假设再计算。s

2)磁场分布系数饱和值fd对应于Ks查表2-40。

3)波形系数fb对应于Ks查表2-41。

表2-40 考虑饱和系数的磁场分布系数及波形系数(正弦波磁场用)

978-7-111-47179-0-Chapter02-463.jpg

表2-41 考虑饱和系数的磁场分布系数及波形系数(等槽、等匝、大小齿结构的磁场用)

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4)每极磁通978-7-111-47179-0-Chapter02-465.jpg

5)假想总磁通978-7-111-47179-0-Chapter02-466.jpg

6)气隙磁密978-7-111-47179-0-Chapter02-467.jpg

7)气隙安匝数ATg=0.8KcgBg(A)。

8)定子齿视在磁密978-7-111-47179-0-Chapter02-468.jpg

9)定子齿计算高度hT1'(见磁路计算7)项)。

10)定子齿部磁密修正系数knx(见磁路计算8)项)。

11)定子齿磁密BT1对应于BT1'及knx查图2-51。

12)定子齿磁场强度atT1根据BT1查表2-33~表2-35。

13)定子齿安匝数ATT1=atT1⋅hT1'(A)。

14)定子磁轭高度hC1(见上一部分12)项)。

15)定子磁轭磁密978-7-111-47179-0-Chapter02-469.jpg高斯)。

16)定子轭磁路计算长度lC1'(见磁路计算14)项)。

17)定子磁轭磁通分布系数ξ根据BC1查表2-36。

18)定子磁轭磁场强度atC1根据BC1查2-33~表2-35。

19)定子磁轭安匝数ATC1=ξlC1'atC1(A)。

20)定子齿、轭及气隙安匝和ATgTC=ATT1+ATC1+ATg(A)。

21)磁极假想虚槽数978-7-111-47179-0-Chapter02-470.jpgQm2可以为分数,对于绕组按正弦分布的磁极Qm2=Qm'=Qm。

22)磁极极心视在磁密978-7-111-47179-0-Chapter02-471.jpg

23)磁极极心计算磁路长度lm'

半闭口圆底槽978-7-111-47179-0-Chapter02-472.jpg

半闭口平底槽lm'=h5+h6 。

24)磁极极心磁密修正系数978-7-111-47179-0-Chapter02-473.jpg,仅在Bm' >18000Gs时才考虑。

25)磁极极心磁密Bm根据Bm'及Knx参照图2-54。

26)磁极极心磁场强度atm根据Bm及采用材料查2-33~表2-35。(www.daowen.com)

27)磁极极心安匝数ATm=atmlm'(A)

28)饱和系数978-7-111-47179-0-Chapter02-474.jpg与本部分1)项复核。

29)磁极按第u种槽(或第v种槽)均匀分布时的槽节距、槽宽、齿宽用磁场波形第2部分5)项相同的计算方法,以第u种槽形进行计算。

30)磁极按两相同槽形(第u种槽)bzmu。

31)磁极按两相邻不相同的槽形(第v种与第u种槽)之间的齿宽978-7-111-47179-0-Chapter02-475.jpg

32)磁极各齿磁通对每极磁通的百分比φu(或φu-v),绕组按正弦分布的磁极根据qm查表2-42。

表2-42 磁场磁通按正弦波分布

978-7-111-47179-0-Chapter02-476.jpg

33)磁极各齿的磁密978-7-111-47179-0-Chapter02-477.jpg及B978-7-111-47179-0-Chapter02-478.jpg,其中,φ1为极心处齿磁通对每极磁通的百分比。

34)磁极冲片轴向通风孔径dT,对于具有等匝、等槽、大小齿磁极在其极中心处不宜冲通风孔。

35)磁极磁轭高度h978-7-111-47179-0-Chapter02-479.jpg,其中,b6n及h6n为n槽(最大槽)的b6及h6尺寸。

36)磁极磁轭磁密978-7-111-47179-0-Chapter02-480.jpg

绕组按正弦分布的磁极Bzmu(或)Bzm(u-v)应小于Bm;等匝、等槽、大小齿磁极Bzmu(或)Bzm(u-v)应小于18000Gs。

37)磁极磁轭磁路计算长度978-7-111-47179-0-Chapter02-481.jpg

38)磁极磁轭磁通分布系数ξ根据Bym查表2-36。

39)磁极磁轭磁场强度atym根据Bym采用的材料查表2-33~表2-35。

40)磁极磁轭安匝数ATym=ξlymatym

41)每极空载励磁安匝数ATb0=ATgTC+ATm+ATym(A)。

(五)空载特性曲线

各类型结构的电机对应地用“磁路计算”相同方法列表计算,在E=0.8UN、0.9UN、1.1UN、1.2UN、1.3UN时所需的空载励磁安匝ATbo0.8ATbo0.9ATbo1.1ATbo1.2ATbo1.3,并绘出空载特性曲线E-fATbo),如图2-56所示。

978-7-111-47179-0-Chapter02-482.jpg

图2-56 E=fATbo)特性曲线

(六)稳态电抗

1)槽底系数KCu=0.57β+0.43。

2)槽口系数Kk=0.75β+0.25。

3)比值b1/b2。

4)比值h/b2。

5)定子槽漏磁比磁导978-7-111-47179-0-Chapter02-483.jpg,λL根据不同槽形及b1/b2和h/b2查图2-57或图2-58。

6)定子绕组端部漏磁比磁导λl=0.3(3β-1)DQ1/p2leff

7)曲折比漏磁导λz=0.266DKdp2/QgKC。

8)相带漏磁比磁导λb

①q=整数,磁极绕组有阻尼笼λb=0;

②q=整数,磁极绕组无阻尼笼978-7-111-47179-0-Chapter02-484.jpg

其中,磁极绕组有阻尼笼Kb系数根据磁极绕组有阻尼笼β查图2-59;③q=分数,λb=λz。

9)每相电阻标幺值978-7-111-47179-0-Chapter02-485.jpg

10)每相漏磁电抗978-7-111-47179-0-Chapter02-486.jpg

11)每相漏磁电抗978-7-111-47179-0-Chapter02-487.jpg

12)空载额定电压时的气隙与第二气隙磁动势和ATsco=ATg=ATg'(A),对于隐极磁场式结构ATg'=0。

13)每相电枢反应磁动势978-7-111-47179-0-Chapter02-488.jpg

978-7-111-47179-0-Chapter02-489.jpg

图2-57 λL曲线

978-7-111-47179-0-Chapter02-490.jpg

图2-58 λL曲线

14)直轴电枢反应常数Cd(查图2-60),对于隐极转场式结构Cd=1。

15)横轴电枢反应常数Cq(查图2-60),对于隐极转场式结构Cq=Cd=1。

16)直轴电枢反应磁动势ATad=Cd ATa。

17)横轴电枢反应磁动势ATaq =CqATa。

18)直轴电枢反应电抗标幺值978-7-111-47179-0-Chapter02-491.jpg

19)横轴电枢反应电抗标幺值978-7-111-47179-0-Chapter02-492.jpg

20)直轴同步电抗标幺值978-7-111-47179-0-Chapter02-493.jpg

21)横轴同步电抗标幺值978-7-111-47179-0-Chapter02-494.jpg

978-7-111-47179-0-Chapter02-495.jpg

图2-59 kb曲线

978-7-111-47179-0-Chapter02-496.jpg

图2-60 Cd、Cq曲线

(七)短路比、固有调压率及负载磁动势

1)定子电抗压降磁动势978-7-111-47179-0-Chapter02-497.jpg

2)短路磁动势ATk=ATa d+ATx(A)。

3)饱和短路比978-7-111-47179-0-Chapter02-498.jpg

4)不饱和短路比978-7-111-47179-0-Chapter02-499.jpg

5)额定负载时感应电动势标幺值

978-7-111-47179-0-Chapter02-500.jpg

6)对应于Ei的空载磁动势ATEi =KE×(由空载特性曲线对应于C查得的值)。 KE为磁动势经验系数,凸极电机取KE=1.1,隐极电机取KE=1.0。

7)满载励磁磁动势

978-7-111-47179-0-Chapter02-501.jpg

8)对应于ATBH的空载电压标幺值E1由空载特性曲线对应于ATBH查得的值。

9)固有调压率Δu=(E1−1)×100% 。

(八)励磁绕组

1)励磁绕组每极匝数初值ωB'。

2)励磁绕组线规:圆线:裸径d2/绝缘径d2 '截面积SB。扁线:裸尺寸a2×b2/绝缘尺寸a2'×b2'截面积SB,一般扁线仅用于凸极电机。

3)励磁绕组电流密度初值ΔBH'(A/mm2)。

4)满载励磁电流初值IBH'BH' SB (A)。

5)励磁绕组每极匝数ωB=ATBH/IBH' (匝),根据计算结果取接近的整数。

6)满载励磁电流终值IBH=ATBH/ ωB (A)。

7)励磁绕组电流密度终值ΔBH=IBH/ SB (A/mm2)。

8)空载0.8 UH时的励磁电流Ibo0⋅8UH=ATbo0.8UHB(A)。

9)空载额定电压时的励磁电流Ibo=ATbo/ ωB(A)。

10)短路额定电流时的励磁电流Ibk=ATbk/ ωB(A)。

11)励磁绕组排列及平均匝长

①凸极转场(或转枢)式。先按比例作图,从而确定绕组层数及每层匝数。

a.绕组高度hB。圆线:hB=沿高度方向导体数×d2 '×松散系数1.05;扁线:hB=沿高度方向导体数×(a2'或b2 ')× 松散系数1.06。

b.绕组厚度bB。圆线:hB=沿宽度方向导体数×d2 ';扁线:hB=沿宽度方向导体数×(a2或b2)× 松散系数1.05。

c.两励磁绕组极间最小距离ω≥8mm。

d.励磁绕组平均半匝长lmB=(Lm' +bm' -4R)+1.57(2R+bB) ;

Lm',bm'及R画比例图时按绝缘规范要求决定。对于多层绕组,在近似计算时应按此法计算其逐层平均半匝长,而取其平均值。

②隐极转场式。

a.励磁绕组为同心式绕组时,绕组节距、各圈的匝数比及匝数,当励磁绕组产生近似正

弦磁场时见表2-43。

b.第n槽每槽导线计算面积SBn=ωBnd2'2 (mm2

c.第n槽每槽每槽有效面积Sωsn

半闭口圆底槽978-7-111-47179-0-Chapter02-502.jpg

半闭口平底槽978-7-111-47179-0-Chapter02-503.jpg

d.第n槽的槽满率Sfn=SBn/Sωsn

对绕组按正弦分布的磁极还需要用b~d项方法计算其他各槽的槽满率。

e.第n个线圈的平均节距978-7-111-47179-0-Chapter02-504.jpg,yn为该线圈以槽数表示的跨距。

f.第n个线圈的直线长LBn=lm+2dm 式中:dm为伸出磁极铁心长,对电机中心高为255机座及以上取dm取1.5~2厘米,225机

座已下取dm=1.0厘米,或按其他经验选取。

g.第n个线圈的圆角半径Rn

h.第n个线圈的平均半匝长lmBn=LBn+τn+1.14Rn

同样可用(e)到(h)方法计算其他各线圈。

i.励磁绕组平均半匝长978-7-111-47179-0-Chapter02-505.jpg

表2-43 同心式励磁绕组不同节距时的匝数比及匝数

978-7-111-47179-0-Chapter02-506.jpg

12)励磁绕组电阻RB(Ω)

①在75 °C时,RB75°=2.17(2lmb)ωBp/SB×104

A、E、B级绝缘铝线时2.17改为3.46代入。

②在20 °C时,RB20°=0.824RB75°

A、E、B级绝缘铝线时,0.824改为0.818代入。

③在100 °C时,RB100°=1.08RB75°

A、E、B级绝缘铝线时,1.08改为1.082代入。

④在115 °C时,RB115°=1.13RB75°

A、E、B级绝缘铝线时,1.13改为1.133代入。

⑤在120 °C时,RB120°=1.145RB75°

A、E、B级绝缘铝线时,1.145改为1.148代入。

13)励磁绕组铜净重GCuB=2pωBlmBSB×8.9×10-8(kg)。

14)励磁绕组铜毛重GCuB'=1.05GCuB(kg)。

15)额定励磁电压nBH=1.05(IBHRB+Δu)(V)。

Δu为集电环电刷接触压降,对于铜石墨电刷取Δu=0.6V,RB为励磁绕组电阻,对A级绝缘取RB=RB100°,对E级绝缘取RB=RB115°,对B级绝缘取RB=RB120°。

(九)短路电流、过载能力及暂态电抗

1)空载时稳定短路电流倍数iRO=fKO。

2)额定负载时稳定短路电流倍数iBH=ATBH/ATK

3)额定负载时励磁磁势与气隙和第二气隙磁势和之比值EOH'-ATBH/ATsco

4)系数978-7-111-47179-0-Chapter02-507.jpg

5)考虑磁路饱和时过载能力修正系数K对应于ε查图2-61。

978-7-111-47179-0-Chapter02-508.jpg

图2-61 考虑磁路饱和时过载能力修正系数K

6)过载能力标幺值978-7-111-47179-0-Chapter02-509.jpg

7)励磁绕组漏磁导λBm

①凸极转场(或转枢)式:978-7-111-47179-0-Chapter02-510.jpg

②隐极转场式:

a.第n个磁极槽的槽比磁导978-7-111-47179-0-Chapter02-511.jpg

λL根据978-7-111-47179-0-Chapter02-512.jpg978-7-111-47179-0-Chapter02-513.jpg查图2-57及图2-58可能,图中978-7-111-47179-0-Chapter02-514.jpg978-7-111-47179-0-Chapter02-515.jpg分别用978-7-111-47179-0-Chapter02-516.jpg978-7-111-47179-0-Chapter02-517.jpg代替。

b.用a方法计算其他各槽的槽比磁导。

c.磁极槽比磁导978-7-111-47179-0-Chapter02-518.jpg,其中Qn为每极有ωBn匝绕组及槽比磁导λumn的槽数。

d.磁极绕组端部比磁导λlm=0.16Qm'Im/p2 lm 。

e.磁极绕组齿部比磁导978-7-111-47179-0-Chapter02-519.jpg

f.励磁绕组漏磁导λBmnmlmzm

8)励磁绕组漏磁导标幺值978-7-111-47179-0-Chapter02-520.jpg

①凸极转场(或转枢)式:978-7-111-47179-0-Chapter02-521.jpg

②隐极转场式:978-7-111-47179-0-Chapter02-522.jpg

9)励磁绕组总电抗标幺值978-7-111-47179-0-Chapter02-523.jpg

10)阻尼绕组漏磁导λKS。

①凸极转场(或转枢)式用圆形阻尼槽时(见图2-62) 978-7-111-47179-0-Chapter02-524.jpg,QK为每极阻尼槽数。

②隐极转场式阻尼槽及励磁绕组槽部分公用时(见图2-63)

978-7-111-47179-0-Chapter02-525.jpg

图2-62 阻尼笼槽形

978-7-111-47179-0-Chapter02-526.jpg

图2-63 阻尼槽尺寸及阻尼笼条、励磁绕组安放部位

1—阻尼笼条 2—励磁绕组

978-7-111-47179-0-Chapter02-527.jpg

式中Qn——每极阻尼槽与励磁绕组公用时相同槽形的数目;

Qm——每极单供阻尼绕组用的圆形阻尼槽的数目;

λLn1根据978-7-111-47179-0-Chapter02-528.jpg978-7-111-47179-0-Chapter02-529.jpg查图2-57时978-7-111-47179-0-Chapter02-530.jpg978-7-111-47179-0-Chapter02-531.jpg分别为图中的978-7-111-47179-0-Chapter02-532.jpg978-7-111-47179-0-Chapter02-533.jpg

λLn2根据978-7-111-47179-0-Chapter02-534.jpg978-7-111-47179-0-Chapter02-535.jpg查图2-58时978-7-111-47179-0-Chapter02-536.jpg978-7-111-47179-0-Chapter02-537.jpg分别为图中的978-7-111-47179-0-Chapter02-538.jpg978-7-111-47179-0-Chapter02-539.jpg

11)阻尼绕组直轴电抗标幺值978-7-111-47179-0-Chapter02-540.jpg

12)阻尼绕组横轴电抗标幺值978-7-111-47179-0-Chapter02-541.jpg

①凸极转场(或转枢)式:

当阻尼绕组端部为整体时,978-7-111-47179-0-Chapter02-542.jpg

当阻尼绕组端部为分段时,978-7-111-47179-0-Chapter02-543.jpg

②隐极转场式:978-7-111-47179-0-Chapter02-544.jpg

13)瞬变直轴电抗标幺值978-7-111-47179-0-Chapter02-545.jpg

14)瞬变直轴电抗标幺值978-7-111-47179-0-Chapter02-546.jpg

15)次瞬变直轴电抗标幺值978-7-111-47179-0-Chapter02-547.jpg

16)次瞬变横轴电抗标幺值978-7-111-47179-0-Chapter02-548.jpg

17)冲击短路电流倍数标幺值978-7-111-47179-0-Chapter02-549.jpg

(十)额定负载时的损耗效率

1)额定负载时定子齿磁密BTH =EiBT (Gs)。

2)定子齿部单位铁耗pT可根据BTH查表2-44和表2-45,如表不适用可按978-7-111-47179-0-Chapter02-550.jpg(W/kg)计算,pw是在频率为50 Hz磁密为10000 Gs时每千克铁重的功率损耗。

表2-44 P10/50=2.5W/kg损耗曲线

978-7-111-47179-0-Chapter02-551.jpg

(续)

978-7-111-47179-0-Chapter02-552.jpg

注:表中查得数应×10-3W/cm3

表2-45 P10/50=2.1W/kg损耗曲线

978-7-111-47179-0-Chapter02-553.jpg

注:表中查得数应×10-3W/cm3

3)定子齿部铁重GT=Q1bzlFehS1×7.8×10-6 (kg)。

4)定子齿部铁耗PT=kT b pT GT (W)。其中,kTb为经验附加系数。当PN <100kVA时kTb=2,当PN ≥100kVA时kTb=1.7。

5)额定负载时定子轭部磁密BCH =Ei Bc (Gs)。

6)定子轭部单位铁耗pC可根据BCH查表2-44和表2-45,如表不适用,可按978-7-111-47179-0-Chapter02-554.jpg(W/kg)计算。

7)定子轭部铁重GC

①凸极(或隐极)转场式:GC=π(Dy−hC1)hC1lFe×7.8×10-6 (kg);

②凸极转枢式:GC=π(Dy+hC1)hC1lFe×7.8×10-6 (kg)。

8)定子轭部铁耗PC=kC0 pc GC (W),kC0为经验附加系数。当PN <100kVA时kC0=1.5,当PN >>100kVA时,kC0=1.3。

9)定子槽口气隙比值b0/g。

10)磁极表面磁密脉动振幅系数βom对应于b0/g可查图2-65。

11)磁极表面气隙磁密脉动幅值Bgm =βom kc Ei Bg(Gs)。

12)磁极单位表面铁耗978-7-111-47179-0-Chapter02-555.jpg

式中kom——经验附加系数,用1mm厚钢板时kom=2。

13)磁极极掌表面铁耗PnoBm

①凸极转场(或转枢)式:PnoBm=p⋅τ⋅lm⋅pnoBmψ×10-4(W);

②隐极转场式:978-7-111-47179-0-Chapter02-556.jpg

14)磁极槽口与气隙比bk1/g,对于阻尼槽与磁极绕组槽共用时bk1=b4。

15)定子表面磁密脉动振幅系数βoa对应于bk1/g可查图2-64,此时bk1/g作为图中的b0/g。

16)定子表面气隙磁密脉动幅值Bga =βoa kc Ei Bg(Gs)。

17)定子单位表面铁耗978-7-111-47179-0-Chapter02-557.jpg

18)定子表面铁耗978-7-111-47179-0-Chapter02-558.jpg

978-7-111-47179-0-Chapter02-559.jpg

图2-64 磁极表面磁密脉动振幅系数曲线

19)总铁耗PFe=PT+PC+PnoBm+PnoBa(W)。

20)定子铜耗PCu1=mRaIH2 (W),Ra对A、E、B级绝缘取Ra75°。

21)励磁损耗PB=(IBH2RB+ΔuIBH)/ ηB (W)。

其中,RBAEB级绝缘取RB75°,ηB为励磁系统效率,其参考值为直流励磁机ηB=0.70~0.75;相复励磁系统ηB=0.75~0.80;晶闸管励磁系统ηB=0.80~0.90。

22)机械损耗978-7-111-47179-0-Chapter02-560.jpg

23)附加损耗PS=5PH (W),PH是以kW为单位的值。

24)总损耗978-7-111-47179-0-Chapter02-561.jpg

25)效率978-7-111-47179-0-Chapter02-562.jpg

(十一)温升估算

1.定子绕组温升

1)单位表面绝缘热阻和978-7-111-47179-0-Chapter02-563.jpg

其中,λ1为槽绝缘导热率,对聚酯薄膜青壳纸类型的绝缘结构参考数值为0.0014(W/℃·cm);λ2为导线绝缘导热率,参考数值为0.0010(W/℃·cm);bnop为槽的平均宽978-7-111-47179-0-Chapter02-564.jpg

2)定子绕组有效长的铜耗978-7-111-47179-0-Chapter02-565.jpg

其中,PCu1为定子绕组铜耗,对A级绝缘取100℃时的铜耗,对E级绝缘取115℃时的铜耗,对B级绝缘取120℃时的铜耗。

3)定子槽周边长La

半闭口圆底槽La=2hS2+1.57b2 ;

半闭口平底槽La=2hS2+b2 。

4)定子绕组有效部分绝艳温升978-7-111-47179-0-Chapter02-566.jpg

5)定子绕组有效部分热流密度Wan(W/cm2

凸极(或隐极)转场式:978-7-111-47179-0-Chapter02-567.jpg

凸极转枢式:978-7-111-47179-0-Chapter02-568.jpg

其中,nT1、dT1为通风孔数及通风孔直径。

6)定子绕组有效部分铜温升978-7-111-47179-0-Chapter02-569.jpg(℃),凸极转枢式中的0.25改用0.1。

7)定子绕组端部铜耗978-7-111-47179-0-Chapter02-570.jpg

8)定子绕组端部热流密度978-7-111-47179-0-Chapter02-571.jpg

9)定子绕组端部铜温升978-7-111-47179-0-Chapter02-572.jpg

10)定子绕组平均温升978-7-111-47179-0-Chapter02-573.jpg

2.凸极转场(或转枢)式磁极绕组温升

1)励磁绕组外表面的散热高度hB′(见图2-65)。

2)励磁绕组散热面积SB'(cm2

凸极转场式:978-7-111-47179-0-Chapter02-574.jpg

凸极转枢式:978-7-111-47179-0-Chapter02-575.jpg

3)励磁绕组铜耗PCuB=IBH2RB(W),RB对A级绝缘RB=RB100°,对E级绝缘RB=RB115°,对B级绝缘RB=RB120°

4)励磁绕组热流密度978-7-111-47179-0-Chapter02-576.jpg

978-7-111-47179-0-Chapter02-577.jpg

图2-65 hB′示意图

5)励磁绕组导热系数kB

圆线:978-7-111-47179-0-Chapter02-578.jpg

扁线:978-7-111-47179-0-Chapter02-579.jpg,Δ为导线的双面绝缘厚度。

6)励磁绕组的最大厚度bBmax。

7)励磁绕组外层绝缘厚度δmin(mm),包括导线单边绝缘厚度、外包绝缘厚度以及占空气隙厚度。

8)励磁绕组温升978-7-111-47179-0-Chapter02-580.jpg

3.隐极转场式励磁绕组温升

1)单位表面绝缘热阻和978-7-111-47179-0-Chapter02-581.jpg

λ1为槽绝缘热导率,对聚酯薄膜青壳纸的槽绝缘结构参考数值为0.0014(W/(cm⋅K)) ;

λ2为导线绝缘热导率,参考数值为0.0010(W/(cm⋅K)) ;978-7-111-47179-0-Chapter02-582.jpg

2)励磁绕组铜耗PCuB=IBH2RB

其中,RBA级绝缘取RB=RB100°

对E级绝缘取RB=RB115°

对B级绝缘取RB=RB120°

3)励磁绕组有效部分铜耗978-7-111-47179-0-Chapter02-583.jpg

4)励磁绕组槽周边长LB

半闭口圆底槽LB=2hnB+1.57b6;

半闭口平底槽LB=2hnB+b6。

5)励磁绕组有效部分绝缘温升978-7-111-47179-0-Chapter02-584.jpg

6)励磁绕组有效部分热流密度978-7-111-47179-0-Chapter02-585.jpg

7)励磁绕组有效部分铜温升978-7-111-47179-0-Chapter02-586.jpg

8)励磁绕组端部铜耗978-7-111-47179-0-Chapter02-587.jpg

9)励磁绕组端部热流密度978-7-111-47179-0-Chapter02-588.jpg为励磁绕组外圈圆角半径加伸出长度。

10)励磁绕组端部铜温升978-7-111-47179-0-Chapter02-589.jpg

11)励磁绕组平均温升978-7-111-47179-0-Chapter02-590.jpg

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