1、電機設計的實施過程和CAD軟件要求一、概述1.1 課程目的1、掌握電機設計的實施過程2、掌握電機性能分析的基本方法3、初步掌握電機CAD軟件編制4、了解電機設計分析的相關軟件5、了解電機機械CAD相關軟件1.2 中小型電機發展趨勢調整產品結構，擴大派生產品規模以節能、環保為目標更新產品擴大產品出口技術改造，組合兼并1.3 微特電機傳統微特電機1、小功率感應電機2、永磁電機3、低速電機機電一體化微特電機1、變頻感應電機2、無刷直流電機3、步進電機4、開關磁阻電機5、低速大轉矩調速電機新原理微特電機1、超聲波電機2、超微靜電電機3、鞭毛電機1.4 電機設計與制造現狀電機電磁CAD電機機械CAD電機

2、制造三、電機的主要參數 之間的關系3.1 電機設計流程確定主要尺寸磁路計算參數計算性能計算開始3.2 電機的主要參數之間的關系式1、主要尺寸2、關系式（輸出方程）建立主要尺寸與電磁參數之間的關系。1）直流電機 2）交流電機3.3 電磁負荷的選擇一、電磁負荷對電機性能和經濟性的影響（一）線負荷A高，磁負荷B不變（1）電機體積減小，節約材料（2）B一定時，由于鐵心重量減小，鐵耗減小（3）繞組用銅量增加（4）增大電樞單位表面上銅耗，繞組溫升增高（5）影響電機參數和電機特性（二）磁負荷B高，線負荷A不變（1）電機體積減小，節約材料（2）基本鐵耗增大（3）磁路飽和程度增大（4）影響電機參數和電機特性二、

3、線負荷A和磁負荷B的選擇3.4 電機主要尺寸比的選擇及確定主要尺寸的一般方法一、主要尺寸比的選擇二、確定主要尺寸的一般方法四、磁路計算主要目的： 確定產生主磁路所必須的磁化力或勵磁磁動勢（簡稱磁勢），校核鐵心各部分磁通密度的合理性，計算勵磁電流以及電機的空載特性曲線。4.1 概述 4.1.1 磁路計算的基本原理全電流定律（安培環路定律）：磁場強度向量沿任一閉合回路的線積分等于該回路所包圍的全電流（電流代數和）， 如果積分路徑沿著磁場強度向量取向（即沿著磁力線），則鐵心各部分的磁場化為等效的各段磁路。各段磁路磁通沿截面均勻分布，B=Const，由B=H， = 各段中磁場強度H=Const，故即各

4、類電機磁路可分為5段：空氣隙；定子齒（或磁極）；轉子齒（或磁極）；定子軛；轉子軛4.2 空氣隙磁壓降的計算4.2.1 計算極弧系數p的確定4.2.2 電樞或氣隙的軸向計算長度lef4.2.3 氣隙系數K4.2.4 極軛間隙氣隙磁壓降的計算4.3 齒部磁壓降的計算4.3.1 齒磁密Bt的計算1）Bt時2）Bt1.8T時4.4 軛部磁壓降的計算按所銜接的是齒或是磁極可分為極聯軛和齒聯軛兩種。4.4.1 極聯軛磁壓降的計算1）交流電機齒聯軛磁壓降2）直流電機齒聯軛磁壓降4.5 磁極漏磁系數與磁極磁壓降的計算4.5.1 磁極漏磁系數磁極磁通其中，漏磁系數1）凸極同步電機的磁極漏磁系數五、參數計算 計算

5、電機的電阻、電抗，為性能計算作準備。（僅計算穩態參數）5.1 繞組電阻的計算 直流電阻： 溫度為t時的電阻率 交流電阻繞組中通以交流電時，由于集膚效應，使其電阻值比通直流時增大，式中系數KF表示電阻增加系數。圖5.1 Visual EMCAD/VIM 溫度設置 直流電機設電樞繞組由2a條支路組成，每條支路長度2a條支路并聯，故電樞繞組總電阻：感應電機定子每相電阻 N1為每相串聯匝數（每相中每條支路串聯匝數），則每相每條支路長度： 設每相繞組的并聯支路數為a，故每相繞組總電阻： 轉子子每相電阻把鼠籠轉子繞組當作一個對稱多相繞組，其相數等于槽數，每相導體數等于1各導條電流之間的相位差等于相鄰兩槽間

6、的電角度由圖可得： 等效繞組的的電損耗等于原來鼠籠繞組的電損耗，即：故其中如果端環與導條的材料相同，則 要應用于等效電路，轉子電阻須折算到定子，折算系數K 對鼠籠轉子，相數m2等于槽數Z2，每相串聯匝數N2=1/2，繞組系數Kdp2=15.2 繞組電抗的一般計算方法 繞組電抗大體上可分為：1）主電抗；2）漏電抗。電抗可以采用兩種方法計算：1）磁鏈法；2）能量法。任何一個電路的電抗可寫成 =2f，交變電流的角頻率，L電路的電感當電路處于線性媒介時（磁鏈隨電流正比變化），5.3 主電抗計算六、損耗與效率6.1 概述電機的損耗一般分為：電氣損耗基本鐵耗機械損耗雜散損耗6.2 基本鐵耗6.2.1 磁滯

7、損耗磁滯損耗系數磁滯損耗系數更準確的表達式當B 時6.2.2 渦流損耗渦流損耗系數6.2.3 軛部及齒部的基本鐵耗鋼的損耗系數（比耗，W / kg）為方便計算p10/50 當B=1T，f=50Hz時，鋼單位重量內的損耗鋼中基本鐵耗的一般表達式為6.3 空載時鐵心中的附加損耗（旋轉鐵耗）表面損耗、脈振損耗，由氣隙中的諧波磁場引起。作業解答七、感應電機的電磁設計7.1 概述Y-132M-4、Y-315S-6、Y-801-2我國基本系列主要技術參數：派生和專用系列：感應電動機的主要性能指標和額定參數1）性能指標效率功率因數最大轉矩倍數起動轉矩倍數起動電流倍數繞組和鐵心溫升起動過程中的最小轉矩2）額定

8、參數與標么值額定功率額定電壓額定頻率額定轉速基準值電壓基準值：額定相電壓UN功率基準值：額定功率PN電流基準值：每相功電流IKW阻抗基準值：ZKW=UN/IKW轉矩基準值：額定轉矩TN7.2 主要尺寸與氣隙的確定7.2.1 主要尺寸和計算功率一般情況下可近似認為：即（1-L）稱為電勢系數開始設計時給一假定值，采用經驗公式，對2極小型電機非2極小型電機中型電機7.2.2 電磁負荷的選擇7.2.3 主要尺寸比的選擇7.2.4 主要尺寸的確定7.2.5 空氣隙的確定7.3 定子繞組與鐵心的設計7.3.1 定子槽數的選擇定子槽數=每極每相槽數q1，q1大小對電機的參數、附加損耗、溫升及絕緣材料消耗等都

9、有影響。當采用較大的q1值時：1、定子諧波磁場減小，使附加損耗降低，諧波漏抗減小。2、每槽導體數減少，使漏抗減小；另一方面槽數增加，槽高與槽寬的比值相應增大，使槽漏抗增大，但這方面影響較小。3、槽中線圈邊總散熱面積增加，有利于散熱。4、絕緣材料用量和加工工時增加，槽利用率降低對一般感應電動機，q1可在26之間，極數少、功率大的電機，q1可取得大些。7.3.2 定子繞組形式和節距的選擇（一）單層繞組優點：槽利用率高；嵌線方便；槽內不會相間擊穿。缺點：不易做成短距，磁勢波形較雙層繞組差；嵌線困難。單層同心式單層鏈式單層交叉式（二）雙層繞組（三）單雙層繞組 q1=3，p=1，y=8/9 =8改為單雙

10、層后（四）繞組節距的選擇7.3.3 每相串聯導體數，每槽導體數的計算7.3.4 電流密度、線規、并繞根數、并聯支路對數的確定7.3.5 定子沖片的設計7.4 轉子繞組與鐵心的設計7.4.1 籠型轉子的設計計算（一）轉子槽數選擇及定轉子槽配合問題 （1）槽配合對附加損耗的影響感應電機附加損耗主要由氣隙諧波磁通引起，在定轉子鐵心中產生高頻損耗（表面損耗和齒部脈振損耗），在籠型轉子中產生高頻電流損耗。其中以定轉子齒諧波的作用最為顯著。直槽斜槽（2）槽配合對異步附加轉矩的影響異步附加轉矩是某一極對數的定子諧波磁場與由它感應于轉子中的電流所建立的同一極對數的諧波磁場相互作用而產生的。這兩個磁場之間有直接

11、的依賴關系。定子次諧波磁勢產生的異步附加轉矩最大值與基波磁勢產生的起動轉矩之比：（3）槽配合對同步附加轉矩的影響如果定子某一個諧波磁場感應于轉子中的電流所建立的某一諧波磁場的極對數，等于另一個定子諧波磁場的極對數，則在某一轉速下，這兩個極對數相等的定轉子磁場可以在空間上同步旋轉而相對靜止，因此它們相互作用而產生一個象同步電機一樣的轉矩，稱為同步附加轉矩。同步附加轉矩迭加在電動機的異步轉矩上，使電機的轉矩特性曲線發生畸變，影響電機的起動性能。其中，由定子齒諧波磁場和轉子齒諧波磁場所構成的附加同步轉矩最嚴重。八、電機計算機輔助工程制圖（二維工程制圖）8.1 AutoCAD 2000用戶界面8.2 設置圖層、線型及顏色8.3 繪圖基礎8.3.1 繪制直線(1) 輸入點的坐標畫線采用絕對坐標（直角坐標、極坐標）采用相對坐標（直角坐標、極坐標）(2) 使用對象捕捉精確畫線(3) 利用正交模式輔助畫線(4) 結合極軸追蹤、自動追蹤功能畫線(5) 剪斷直線(6) 刪除線條(7) 綜合練習：繪制支架8.3.2 作平行線(1) 用OFFSET命令繪制平行線(2) 用平行捕捉“PAR”繪制平行線8.3.3 環行陣列8.3.4 鏡象對象8.3.5 倒角（圓角、斜角）8.3.