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)(11)

式中，m——电枢绕组相数；

图11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=mUNI1cosφN×10-3(kW)

式中，UN——额定相电压。

额定功率为

PN=P1ηN=mUNIcos φNηN×10-3(kW)

由此可得

P′=E1UN·1ηNcosφNPN=KEηNcosφNPN(12)

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11所示的异步电机的相量图可知

KE=E1UN=1-I1PR1+I1QX1σUN=1-(i1PR1+i1QX1σ)=1-εL(1

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值和无功分量标么值； εL——定子绕组阻抗压降的标么值，εL=i1PR1+i1QX1σ。 ◆

电机设计

第1章电机设计基础理论 ◆

（2） 对于同步电动机

3)

P′=KEηNcosφNPN (14)

（3） 对于同步发电机

P′=KEcosφNPN (15)

输出电功率为

PN=mUNI1cosφN×10-3(kW)

（4） 对于同步调相机

P′=KEPN(kV·A)

PN=mUNI×10-3(kV·A) (16)

（5） 对于并励直流发电机

P′=KgPN(kW)(17)

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′=KmPNηN(18)

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