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                    電機主要尺寸的選擇原則

                    發布時間:2019-07-28 21:30:00 點擊:    

                     
                     

                    無錫伯頓起重電機2019年7月28日訊  電機的磁負荷確定后,即可以初步確定電機的D2lef,為方便描述,我們將D2lef定義為電樞體積。電機可以設計得細長,也可以設計得粗短。為了反映電機這種幾何形狀關系,通常采用主要尺寸比λ=lef/τ這一概念。λ的大小與電機運行性能、經濟性、工藝性等均有密切關系,或對它們產生一定影響?,F在分別說明不同類型電機的λ值的選擇。以上描述中,相關的代號含義為:

                    lef——電樞的計算長度,單位米;

                    τ——電機的極距,單位米;

                    D——電樞直徑,單位米。

                    電樞體積不變λ變大的分析

                    (1)電機將較細長,即電機總長較長而直徑較小。這樣,繞組端部變得較短,端部的用銅(鋁)量相應減少,當λ仍在正常范圍內時,可提高繞組銅(鋁)的利用率。端蓋、軸承、刷架、換向器和繞組支架等結構部件的尺寸較小,重量較輕。因此,單位功率的材料消耗較少、成本較低。

                    (2)假設電機的電樞體積未變,因而鐵的質量M不變,在同一磁密下基本鐵耗也不變。但附加鐵耗有所降低,機械損耗則因直徑變小而減小。再考慮到電流密度一定時,端部銅(鋁)耗將減小,因此,電機中總損耗下降,效率提高。

                    (3)由于繞組端部較短,因此,端部漏抗減小。一般情況下,這將使總漏抗減小。

                    (4)由于電機細長,在采用氣體作為冷卻介質時,風路加長,冷卻條件變差,從而導致軸向溫度分布不均勻度增大。為此必須采取措施來加強冷卻,例如采用較復雜的通風系統。

                    但在主要依靠機座表面散熱的封閉式電機中,熱量主要通過定子鐵心與機座向外發散,這時電機適當做得細長些可使鐵心與機座的接觸面積增大,對散熱有利(對于無徑向通風道的開啟式或防護式電機,為了充分發揮繞組端部的散熱效果,往往將入取得較?。?。

                    (5)由于電機細長,線圈數目常較粗短的電機為少,因而使線圈制造工時和絕緣材料的消耗減少。但電機沖片數目增多,沖片沖剪和鐵心疊壓的工時增加,沖模磨損加??;同時機座加工工時增加,并因鐵心直徑較小,下線難度稍大,而可能使下線工時增多。此外,為了保證轉子有足夠的剛度,必須采用較粗的轉軸。

                    (6)由于電機細長,轉子的轉動慣量與圓周速度較小,這對于轉速較高或要求機電時間常數較小的電機是有利的。

                    選擇λ值時,通常主要考慮;●參數與溫升,●節約用銅(鋁),●轉子的機械強度,●轉動慣量等方面的限制或要求。

                    不同類型電機λ的選擇

                    ●異步電機

                    在中小型異步電機中,通常λ=0.4~1.5,少數為A=1.5~4.5;大型異步電機則為λ=1~3.5;極數多時取較大值。異步電機的過載能力與功率因數等性能都和漏抗有關,因而也就與λ有一定關系,計算經驗表明,這方面較合適的λ=1~1.3左右。當=1.5~3時,可得到用銅(鋁)量和銅(鋁)耗方面較適宜的電機。

                    ●同步電機

                    對于凸極同步電機,λ一般隨極數的增加而增大。通常,中小型同步電機的λ=0.6~2.5,其上限屬于多極電機。對于高速或大型同步電機,由于轉子材料機械強度的限制,極距不能太大,因而λ值較大,可達3~4。

                    內燃機驅動的同步發電機或負載具有脈動轉矩的同步電動機,為了避免因電機的電磁固有振蕩頻率與來自內燃機(或壓縮機)轉矩的強迫振蕩頻率相近而引起共振,以及為限制負載時功率振蕩的幅值,要求電機具有較大的轉動慣量。通常這類同步電機的λ=0.8~1.2。對于一般同步電動機,λ的選擇則應考慮異步起動和過載能力問題。由于其起動性能比異步電機的要差,而且需要牽入同步,故轉動慣量不應太大,即λ一般宜取得大些。

                    水輪發電機的飛逸轉速較高(1.6~2.6nN),為了保證飛逸時轉子構件的機械應力不超過允許值,最好選用較大的λ;但另一方面,由于在運行中發電機突然卸去全部負載時,水輪機導水機構不能立即關閉,為了控制機組轉速上升值在一定范圍內,并保證在所有運行情況下轉速變化率不大,從而使電力系統運行的穩定性較高,又需要一定的轉動慣量,也就是要求λ較小。這兩個要求是互相矛盾的,但如根據具體情況正確選擇λ,則矛盾是可以解決的。通常對于額定轉速較高或容量特大的水輪發電機,轉子機械強度問題比較突出;額定轉速較低的水輪發電機,轉子機械應力一般不大,這時轉動慣量對尺寸的要求將起決定作用。

                    汽輪發電機通常為2極或4極,轉速較高,轉子外徑增大時,其離心力迅速增大。轉子本體及護環材料目前可能達到的機械性能限制了它們外徑的加大。為了使轉子機械應力不超過允許值,功率的增長主要只能在加強冷卻的情況下,通過增加電樞長度來達到,因此汽輪發電機的λ一般隨功率增加而增大。根據分析,從用銅量的觀點來看,λ=1.91(2極電機)或3.82(4極電機)是其最佳數值,大于上述數值時,不會降低損耗和提高效率,小于上述數值,則會引起損耗顯著增加和效率顯著降低。實際上,由于容量、電壓、使用材料和冷卻方式等的不同,的數值范圍仍舊相當大(例如2極電機約為1~4)。

                    ●直流電機

                    λ越大,則電樞越長,換向器片間電壓和換向元件的電抗電勢均將增大,使換向條件變差。過大的λ還會導致磁極鐵心的截面形狀變得狹長,使勵磁繞組金屬的利用率下降。一般說,小型直流電機的換向問題不大,本來λ可以取大些;但為了在電樞上獲得足夠的槽數,仍常采用較低的λ值。頻繁起動和可逆轉的軋鋼電動機,通常要求轉動慣量較小,以減少起動和運行過程中的能量損耗,縮短過渡過程的時間,提高生產率,因此需選取較大的λ值。

                    大型電機與高速電機,換向比較困難,而且為了避免因直徑太大而使電樞圓周速度過高,機械應力超過允許值,λ也應取得大些。通常中小型直流電機的λ=0.6~1.2(1.5),大型直流電機的λ=1.25~2.5。

                    實際設計時,λ值的選擇往往需要通過若干計算方案的全面比較分析,才能作出正確判斷。

                     
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