第1章电机设计基础理论11电机的主要参数之间的关系111主要尺寸由61678

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1、第1章电机设计基础理论11电机的主要参数之间的关系111主要尺寸由61678第1章电机设计基础理论1.1电机的主要参数之间的关系1.1.1主要尺寸由电机学知识可知，电机的电磁过程主要是在气隙中进行的，也就是说其能量形式的转换则是通过气隙主磁通进行的。因此,主要尺寸就必定与气隙有着密切的关系。实践证明，靠近气隙的电枢直径(D)与铁芯有效长度(lef)是电机的主要尺寸，而气隙可以说是第三个主要尺寸。对于直流电机而言，电枢直径是指转子外径；对于交流电机而言，电枢直径是指定子内径。从几何角度看，这些尺寸一经确定，其他尺寸就大体上确定了，而

2、且电机的重量、价格、工作性能和运行可靠性等,也就基本上确定了。1.计算功率电机将电能(机械能)转换成机械能(电能)时，该能量均以电磁能的形式通过定、转子间的气隙进行传递，与之相对应的功率称为电磁功率。在电机设计中,电磁功率通常用计算功率P′表示。不同类型电机的计算功率,可由给定的额定功率PN来决定，其方法如下。(1)对于异步电机P′=mE1I×10-3(kV·A)(11)式中，m——电枢绕组相数；图11异步电动机的相量图E1——电枢绕组相电势，V；I——电枢绕组相电流，A。输入功率为P1=mUNI1cosφN×10-3(kW

3、)式中，UN——额定相电压。额定功率为PN=P1ηN=mUNIcosφNηN×10-3(kW)由此可得P′=E1UN·1ηNcosφNPN=KEηNcosφNPN(12)式中，ηN,cosφN——额定负载时的效率和功率因数；KE——满载电势标么值，即额定负载时，感应电势与端电压的比值。由图11所示的异步电机的相量图可知KE=E1UN=1-I1PR1+I1QX1σUN=1-(i1PR1+i1QX1σ)=1-εL(13)式中，I1P、I1Q——定子电流的有功分量和无功分量；i*1P、i*1Q——定子电流有功分量标么

4、值和无功分量标么值；εL——定子绕组阻抗压降的标么值，εL=i1PR1+i1QX1σ。◆电机设计第1章电机设计基础理论◆（2）对于同步电动机P′=KEηNcosφNPN(14)（3）对于同步发电机P′=KEcosφNPN(15)输出电功率为PN=mUNI1cosφN×10-3(kW)（4）对于同步调相机P′=KEPN(kV·A)PN=mUNI×10-3(kV·A)(16)（5）对于并励直流发电机P′=KgPN(kW)(17)式中，Kg——考虑发电机电枢压降和绕组电流而引入的系数。（6）对于并励直流电动机P′=KmP

5、NηN(18)式中，Km——考虑电动机电枢压降和绕组电流而引入的系数。电机设计时，ηN、cosφN可由设计任务书或技术条件查得，KE可先假设得到，然后可通过给定的额定功率PN得到计算功率P′。2.电机常数和利用系数（1）电机常数电机常数CA表示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，并在一定程度上反映了结构材料的耗用量。其表达式为CA=D2lefP′/n=60D2lef2πT′(19)式中，T′——计算转矩，其表达式为T′=P′Ω=60P′2πn；D2lef——近似地表示转子有效部分的体积，定子有效部分的体积

6、也与它有关。对交流电机，P′=mEI×10-3(kV·A)其中，电势表达式为E=4KNmKdpfNΦ(V)式中，KNm——气隙磁场波形系数，当气隙磁场正弦分布时KNm=1.11；f——电流频率，Hz；N——电枢绕组的每相串联匝数；Kdp——电枢绕组系数；Φ——每极磁通，Wb。每极磁通Φ为Φ=Bδavτlef=Bδα′pτlef式中，Bδ——气隙磁密的最大值，T；Bδav——气隙磁密的平均值，T；α′p——计算极弧系数，α′p=BδavBδ=0.63~0.72；lef——铁芯有效长度，m；τ——极距，τ=πD2p，m。线负荷为A=2

7、mNIπD式中，D——电枢直径，m。把上面各关系代入式(19)可得CA=D2lefnP′=6.1×10-3α′pKNmKdpABδ(110)对直流电机，P′=EaIa×10-3(kV·A)其中电势为Ea=pNa60anΦ式中，Na——电枢绕组的总导体数；a——电枢绕组的并联支路对数。每极磁通为Φ=Bδavτlef=Bδα′pτlef线负荷为A=IaNa2aπD把上面各关系代入式(19)可得CA=D2lefnP′=6.1×10-3α′pABδ(111)比较式(110)与式(111)可知，对于交流电机和直流电机，其电机常数

8、CA的表达式相似，均可表示为CA=D2lefP′/n=60D2lef2πT′=6.1×10-3α′pKNmKdpABδ(112)只不过对于直流电机，其KNmKdp=1。由于在一定功率和转速范围内的电机，Bδ、A变动范围不大，且α′p、KNm和Kd