湖南工程学院电气工程及其自动化专业毕业论文

湖南工程学院电气工程及其自动化专业毕业论文内容摘要：

片的编号应与槽的编号有一定对应关系（由第一节距 1y 来考虑）。 第四步，联绕组。 为了便于联接，将元件、槽和换向片按顺序编号。 编号时把元件号码、元件上层边所在槽的号码以及元件上层边相联接的换向片号码编得一样，即 1号元件的上层边放在 1号槽内并与 1 号换向片相联接。 这样当 1号元件的上层 边放在 1号槽（实线）并与 1 号换向片相联后，因为 1y =4，则 1 号元件的下层边应放在第 5 号槽（ 115y）的下层（虚线）；因 1kyy，所以 1 号元件的末端应联接在 2 号换向片上（ 112y）。 一般应使元件左右对称，这样 1 号换向片与 2 号换向片的分界线正好与元件的中心线相重合。 然后将 2 号元件的上层边放入 2号槽的上层（ 12y），下层边放在 6 号槽的下层（ 126y）， 2号元件的上层边联在 2 号换向片上，下层边联在 3号换向片上。 按此规律排列与联接下去，一直把 16个元件都联起来为止。 校核第 2 节距：第 1元件放在第 5 槽的下层边与放在第 2槽第 2元件的上层边，它们之间满足 2 3y 的关系。 其他元件也如此。 600V 直流机组电动机设计 8 第五步，确定每个元件边里导体感应电动势的方向。 图中，所考虑的是发电机，箭头表示电枢旋转方向，即自右向左运动，根据右手定则就可判定各 元件边的感应电动势的方向，即在 极下的导体电动势是向下，在 极下是向上的。 在图示这一瞬间， 13四个元件正好位于两个主磁极的中间，该处气隙磁密为零，所以不感应电动势。 第六步，放电刷。 在直流电机里，电刷组数也就是刷杆的数目与主极的个数一样多。 对本例来说，就是四组电刷 1 1 2 2, , ,A B A B ，它们均匀地放在换向器表面圆周方向的位置。 每个电刷的宽度等于每一个换向片的宽度。 3．绕组电路图 单波绕组是把所有上层边在 N 极下的 元件串联起来构成一条支路，把所有上层边在S 极下的元件串联起来构成另一条支路。 由于主磁极只有 N 、 S 之分，所以单波绕组的支路对数与磁极对数无关，总是等于 1，即 单波绕组有以下特点： 1a （ 1）同极性下各元件串联起来组成一个支路，支路对数 1a ，与磁级对数 p 无关。 （ 2）当元件的几何形状对称时，电刷在换向器表面上的位置对准主磁极中心线，正、负电刷间感应电动势最大。 （ 3）电刷杆数也应等于极数（采用全额电刷）。 600V 直流机组电动机设计 9 第 3 章 主要尺寸的选择 确定主要尺寸的一般方法 首先根据电机的额定功率 ,利用式NNNSPkP  cos ~式NNmPkP  得出计算功率 P。 然后根据 P 与 n（交流电机为同 步转速，直流电机为额定转速），结合所设计电机的特点，利用给定的数据或曲线选取电磁负荷 A. B ,代入式ABaP nlD pef  即可算得 eflD2。 然后参考给定的数据选用合适的  ，即可由已算得的 eflD2 分别求得主要尺寸 D 和 efl。 为了充分利用硅钢片，减少冲模等工艺装备的规格与数量，加强通用行和考虑系列电机 功率登记递增的需要，我国目前规定了支流电机的标准电枢外径 aD ，当 cmDa 99 时，应采用扇形片。 算得 aD 后，需将其调整至标准直径。 电枢外径 aD 的选择 直流电机的电枢外径 aD 一般随单位转速的输出功率NNnP 值增加而增大，当电机的NNnP 相同时，其 aD 大致一样。 决定 aD 时可以根据给定的NNnP 值和工厂的生产条件，参考已制成的类似电机的 aD 而选定。 我国目前制造的直流电机，根据 aD 与NNnP 的的关系曲线，作为选定 aD 的初步依据。 对应于不同的功率和转速，直流电机电枢外径的尺寸也不同。 为了便于制造和节省材料， aD 的各种不同尺寸不是任意选定的，而是按一定的比值递增的，其递增的比值应考虑到整张硅钢派内的合理剪裁 .系列电机功率等级递增的被和和冲模装备的继承因素 ,所以电枢外径是规范化的。 根据我国生产的硅钢片规格和工厂的生产经验，目前规定了下面的直流电机的标准电枢外径： 7， ， ， 10． 6， 12， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， 120， 150， 180， 215， 250， 285， 315， 350， 380厘米。 电枢直径小于 99 厘米时用整圆冲片，大于 99 厘米时用扇形片拼成。 当设计电机时，根据给定的NNnP 值，可先查得电枢外径最大值至最小值的范围。 如600V 直流机组电动机设计 10 果在这个范围内只有一个对应的标准直径，则就将它调整到标准值。 如果在这个范围内有几个对应的标准直径，那么就要通过分析或试算来确定其中最合适的一个。 线负荷Ａ和气隙磁密 B 的选择 从电机综合技术经济指标出发来选取 最合适的Ａ和 B 值，以便使制造和运行的费用最少，而且性能良好。 除了不应选择过高的Ａ . B 数值外，还应该考虑它们的比值要适当。 因为这一比值不仅影响电机的参数和特性 ,而且同铜耗和铁耗的分配密切有关 ,也即会影响电机效率曲线上出现最高效率的位置。 正因为这样，对经常处于请在运行的电机 ,通常宜选用较大的A 值和较低的 B 值 ,以便在请在时能得到较高的效率。 电机的冷却条件对电磁负荷的选用也有重要影响。 对 一般小型电机，通常可高出15～ 20%左右。 电机所用的材料与绝缘结构的等级也直接影响电磁负荷的选择。 所用绝缘结构的耐热等级越高，电机允许的温升也就越高，电磁负荷可选高些；导磁材料性能越好，允许选用的磁密也可越高。 电枢绕组采用铝线时，由于其电阻率较大，为了保证足够的安放空间以免电损耗过大，往往采用比铜线时较低的电磁负荷。 Ａ . B 的选择还和电机的功率及转速有关，确切地说是与电枢直径及转子的圆周速度有关。 圆周速度较高的电机，其转子与气隙中冷却介质的相对速度较大，因而冷却 条件有所改善， A. B 可选大些。 电枢直径越小，所选取的 A 和 B 也应越小，着主要是空间是否充裕的问题。 电磁负荷选择时要考虑的因素很多，很难单纯从理论上来确定。 通常主要参考电机工业长期的经验数据，并分析对比所设计电机与已有电机之间在使用材料．结构．技术要求等方面的异同后进行选取。 电机工业的发展历史表明，随着材料，特别是电工材料性能．冷却条件和电机结构的不断改进，电机的利用系数和Ａ． B 的数 值一直在逐步提高，从而使电机的体积和重量不断减少，而性能指标仍能得到保证。 电枢计算长度 l 的确定 从式21 Nem PP，可以得到电枢计算长度 l 的表达式为 Nemap nPADBal    () 600V 直流机组电动机设计 11 上式中，电磁功率 emP 可根据给定的额定功 率 NP 按式21 Nem PP得到；额定转速 Nn 是技术条件给定的；电枢外径是根据图 22 选定；电磁负荷 A. B 按图 23 和 24 选定。 计算极弧系数 pa 可根据图 25 选取。 这样就可以计算出电枢计算长度 l。 计算极弧系数 pa 的值取得大一些对 缩小电机的主要尺寸是有利的，但两极间距离已经较短，起 pa 值应较小。 对于同一电枢外径的电机，极数多时极间距离小， pa 应选得小一些；极数少时， pa 可选大些。 电枢长度与直径的比值 主要尺寸比的选择 在选定 A 和 B 后，由式ABaP nlD pef  即可初步确定电机的 eflD2。 但 eflD2 相同的电机，可以设计的细长，也可以设计的粗短。 为了反映电机这种几何形状关系，通常采用主要尺寸比  efl 这一概念。  的大小与电机运行性能 .经济指标 .工艺行等均有密切关系，或对他们产生一定的影响。 若 eflD2 不变而  较大： 电机将较细长，即 efl 较大而 D 较 小。 这样，绕组端部变的较短，端部的用铜（铝）量减少，当  仍在正常范围内时，可提高绕组铜（铝）的利用率。 端盖 .轴承 .,刷架 .换向器 .和绕组支架等结构不见的尺寸较小 ,重量较轻。 因此，单位功率的材料消耗较少 .成本较低。 今电机的体积未变，因此铁的重量不变，在同一磁密下基本铁耗也不变，但附加铁耗有所降低，机械损耗则因直径变小而减少。 再考虑到电流密度一定时，端部铜（铝）耗将减少，因此，电机中总损耗下降，效率提高。 有趣绕组端部较短，因此，端部漏抗减少。 一般情况下，着将使总漏抗 减少。 有趣电机细长，在采用气体作为冷切介质时，风路加长，冷切条件变差，从而导致轴向温度分布不均匀度增大。 为此必须 采取措施来加强冷切，例如采用较复杂的通风系统。 但在主要依靠机座表面散热的封闭式电机中，热量主要通过定子铁心与机座向外发散，这时电机适当做的细长些可使贴心与机座的接触面积增大，对散热有利（对于无径向通风道的开启式或防护式电机，为了充分发挥绕组端部的散热效果，往往将  取得较小）。 由于电机细长，线圈数目常较粗短的电机较少，因而使线圈制造工时和绝缘材料的600V 直流机组电动机设计 12 消耗 减少。 但电机冲片数目增多，冲片冲剪和铁心叠压的工时增加，冲模磨损加剧；同时机座加工工时增加，并因铁心直径较小，下线难度稍大，而可能够使下线工时怎国。 此外，为了保证转子有足够的刚度，必须采用较粗的转轴。 由于电机细长，转子的转动惯量与圆周速度较小，这对于转速较高或要求机电时间常数较小的电机是有利的。 选择  值时，通常主要考虑： 1）参数与温升； 2）节约用铜（铝）； 3）转子的机械强度； 4）转动惯量等方面的限制或要求。 对于直流电机，  越大，则电枢越长，换向器片间电压和换向元件的电抗电势均将增大，使换向条件变差。 过大的  还会导致磁极铁心的截面形状变的狭长，使励磁绕组金属的利用率下降。 一般说，小型支流电机的换向问题不的，本来  可以取大些，但为了在电枢上获得足够的槽数，仍常采用较低的  值。 通常小型支流电机的  =~（或），但在实际设计时，  值选取往往需要通过若干计算方案的全面比较分析，才能作出正确判断。 极数的选择 选择极数应综合考虑运行性能和经济指标。 设计电机时，有时要选取几种极数进行方案比较，才能确定合适的极数。 在电枢外径．长度和气隙磁通密度确定后，沿电枢圆周的总磁通 p2 为一定值。 增加极数，可减少每极磁通，电枢轭及机座的截面可相应减少，从而减少电机的用铁量；电枢绕组的端接部分将随极数增加而缩短，在同样的电流密度下，绕组用铜量也将减少；换向器上的刷杆数将随极数的增加而 相应地增加，每一刷杆上的电枢可以减少，从而换向器长度可缩短；磁极增多后，电枢电感相应减少，这将有利于换向。 同时，当极数增加，会使磁极及励磁线圈的数目增多，从而增加了制造工时；随着极数的增加，考虑到极漏磁不能太大，极弧系数 pa 要减少，从而使电机原材料的利用率变差；磁极增加后，一定要增加换向器的换向片数，使相邻换向片间的电压仍在一定的限额以下，以防止环火；电枢中磁通的交变频率将随极数的增加而增加，因而齿的铁损耗随极数的增加而增大，而电枢轭的铁损耗则增加很少，因为铁轭的重 量反比于极数而下降；当电流密度不变时，电枢绕组中的铜耗随极数的增加因铜重的减少而降低，但是励磁绕组的铜耗因励磁线圈数增多而上升。 一般来说，电机的效率随极数的增加而有所下降，一般直流电机的极数选择可以通过极数与电枢外径的关系曲线查得。 600V 直流机组电动机设计 13 磁路计算 当绕组中通过电流，在电机的有效部分．端部及部分结构零件中发了磁场。 为了简化物理图象及电磁计算，把电机中的磁场分为主磁场及漏磁场。 磁路计算的目的在于确定产生主磁场所必需的磁化力或励磁磁动势，并进而计算励磁电流以及电机的空在特性。 通过磁路计算还可以校核电机各部分磁通 密度选择得是否合适。 磁路计算所依据的基本原理 可以把电机分成若干扇形段，每个扇形段的磁场分布图都是相同的。 要确定建立磁场所必需的磁化力，只要计算一个扇形范围内的磁场能够就足够了。 根据全电流定律，磁场沿闭合贿赂的线积分等于该贿赂所包围的全电流，即  l idlH () 如果积分路径沿着磁场强度矢量取向，则  l iHdl () 等式左边为磁场强度 H 在 dl 方向上的线积分；所选择的闭合回路一般通过磁极的中心线，等式右边为回路包围的全电流，即等于每对极的励磁磁势。 为了简化计算，通常把电机各部分的磁场化成等效的各段磁路。 所谓等效的磁路是指各段磁路上的磁压降应等于磁场内对应点之间的磁压降，并认为在各段中磁通沿截面均匀分布，各该段中磁场强度保持为恒值。 因此式中的线积分 lHdl可用求和 nz xxLH代替式中 xL 为第 x 段磁路的长度， xH 为第 x 段磁路中的磁场强度。 可写成 02211 FLHLHLH nn   () 上式左。