3,4讲)电机设计 第三章 磁路计算-LF

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电机设计陈世坤主编

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第三章3.1 概述

磁路计算

3.2 空气隙磁压降的计算3.3 齿部磁压降的计算

3.4 轭部磁压降的计算3.5 磁极漏磁系数与磁极磁压降的计算 3.6 励磁电流和空载特性计算中原工学院信息商务学院

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§3.1 概 述一、磁路计算的目的 确定电机中感应一定电势所对应的主磁场所必需的

励磁磁动势，进而计算励磁电流及电机的空载特性； 校核磁密是否合适； 确定电机的一部分有关尺寸。

二、磁路计算所依据的基本原理 三、电机设计中磁路计算的一般步骤 四、电机中常用的磁性材料中原工学院信息商务学院

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二、磁路计算所依据的基本原理----安培环路定律

电机进行能量转换的原理是法拉弟电磁感 应定律。当定转子中绕组通过电流时产生 磁场，这些磁场(运动、变化)反作用于 绕组使之产生感应电流或电磁转矩。 通常这些磁场十分复杂，计算困难，为了 简化计算，我们用路的观点来看待磁场， 将三维场变成一维的路或二维的平面场。中原工学院信息商务学院

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安培环路定律

H dl il

说明：1、积分路径：积分路径是沿着磁 场强度矢量取向(即沿磁力 线； 2、选择通过一对极的中心线构成 闭合回路； 3、包围的电流： i 是回路所包 围的全电流，即每对极的励 磁磁动势。

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H dl i 三、电机设计中磁路计算的一般步骤l

1、回路分成许多段，各段H恒定且磁通均匀分布

H Lx 1

n

x

H1 L1 H 2 L2 H n Ln i F (F为每对磁极励磁磁势)

2、根据磁路对称性，只需计算半条回路上的各段磁位降， 其和等于每极励磁磁动势。以下叙述磁位降或磁势均为每 极的。

F1 + F2 + … + Fn = F0中原工学院信息商务学院

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分段：1)空气隙；2)定子齿(磁极);3)定子轭； 4)转子齿(磁极); 5)转子轭。 其中，空气隙磁压降最大(约60~85%)

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磁路计算的一般思路： B u E B H HL F0 S

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四、电机中常用的磁性材料 热轧 比损耗小, 导磁性好, 平整度高 含硅量(1 3%) 硅钢片 冷轧 无硅钢片(含硅量0.5%以下) 价格低, 导磁导热, 焊接性能好 电枢铁心 涂漆的硅钢片 磁极, 极轭 低碳钢板, 结构钢, 低合金钢 凸极同步机整块磁极 锻钢 直流机极轭 铸钢

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§3.2 空气隙磁压降的计算计算思路： u E B H F H L S 1.每极磁通 直流电机： 交流电机

的确定Ea pN a n 60 a Ea pn N a 60 a

E 4K Nm Kdp fN

E 4K Nm Kdp fN

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2. 确定气隙最大的磁密 B

Bav S B lef p B p lef3.确定气隙磁场强度

B 0 H H B

H (磁极中心线处的气隙磁场强度)

0

0.8B 106中原工学院信息商务学院

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4.确定气隙磁位降

F 6

F H L H k k H 0.8 10 k ' p lef

是单边气隙径向长度(m)

k 是气隙系数，因槽口影响使气隙磁阻增加而引入的系数。 因此，气隙磁压降的计算归结为Kδ、αp′、lef的计算。 中原工学院信息商务学院

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一、计算极弧系数αp′的确定α p′=Bav/Bδ 由每极磁通

B dS 2 B( x)lef dx B 'p lef

平均磁通密度 1 2 Bav B ( x) dx

2

可以认为：气隙磁通集中在极弧计 算长度bp′范围内且磁密均为Bδ 。 ∴αp′=bp′/τ

2

α p′由B(x)曲线确定，取决于励磁磁势、磁路饱和度 中原工学院信息商务学院

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例：直流电机1)气隙均匀 bp′≈ bp(弧长)+2δ 2)气隙不均匀

p

bp 2

A. 改变磁极端部(削角气隙极弧) B. 偏心气隙极弧 目的是为了削弱电枢反应

对于A: bp′=bp(弧长) 对于B: bp′=bp(弧长) 中原工学院信息商务学院

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二、 电枢或气隙的轴向计算长度lef在计算空气隙磁密最大值时，用的是电枢或气隙的轴向计算 长度 lef ,而不是铁心的总长度 lt

B S B lef p主要从以下三个方面进行考虑：

B p lef

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为了计算方便，从等效磁道的观点出发，引入计算长 度 lef 的概念，即在这个长度内它的磁密 B 不变。1)无通风道时，经过作图和分析证明：铁心总长lt和计算长度lef

满足如下关系式：lef=lt+2δ2)有通风道时 lef=lt-Nvbv′ 式中：Nv——径向通风道数

(考虑边缘效应)

bv′——一个径向通风所损失的长度

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三、气隙系数Kδ1、 Kδ 物理意义在计算气隙磁路长时，引入

即 k , ef k

气隙系数Kδ 是由于定、转子开槽后使气隙的磁阻增加而引入的

系数。 它使气隙磁压降Fδ 增大。

其物理意义如下：

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2. Kδ的计算：(根据主磁通不变)1)分析法 在一个齿距范围内： 无槽时:φ 1=Bδ t 开槽时:φ 2=Bδ maxt–B0s (阴影部分) 令φ 1=φ 2 ,即Bδ t=Bδ maxt–B0s B max B max t B max t 得 K B B t B max t B0 st t B0 t 0s t s B max 其中，β 0、s均与δ 、b0(槽口宽度)有关。

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∴ K

t t 系数γ 可理论计算

2)工程计算近似法半开口槽：

t (4.4 0.75b0 ) K t (4.4 0.75b0 ) b02t (5 b0 ) K 2 t (5 b0 ) b0 t1 10 k 1 bZ 1 10

开口槽：

3)经验公式

( bZ 1 : 定子齿宽)

定、转子都开槽的话，则

k k 1 k 2中原工学院信息商务学院

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知识点回顾 磁路计算的基本原理及一般步骤 空气隙磁位降的计算---计算极弧系数α p′的确定 空气隙磁位降的计算--- 电枢或气隙的轴向计 算长度lef的确定 空气隙磁位降的计算---气隙系数Kδ的确定

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