发电机电磁计算精品文档21页

5.1 额定数据和主要尺寸

1．额定电压 UN600V 2．额定转速 nN1500r/min 3．额定频率 ƒ50HZ 4．额定功率因数 cos=0.8 5．额定电流 IN80A 6．相数 m=3

7．确定功率: P3600800.81.173.16kw 8．根据功率取对应T2X-250L电机，额定功率PN75kw 9．效率 91.4% 10．极数 2p11．计算功率：

P'KEPN1.0875101.25kwcos0.8

120f120504 nN1500式中KE1.08（对于同步发电机取值）

12．极弧系数：极弧长度bp(0.63～0.72)

取'p=

bp0.67

71.T07取B0.8T13．气隙磁密 B(0.～

14．取线负荷 A280KA/m15．电机的计算体积

280A c/m6.1103P'Dlef'pKBKdp1ABnN2il

6.1103101.251030.671.110.92280000.81500

27.1103m3第 1 页

16．主要尺寸比：0.6～2.5 17．定子铁心内径取值范围

Dil332Dillef2p327.11040.2399～0.3860m 0.6～2.518．定子铁心铁外径：

D11.42Di11.420.2399～0.38600.3407～0.81m

按标准选取D1430mm 则定子内径：Di1D1430302.82cm300mm1.421.42

19．定子铁心有效长度：

Di227.11031lefllef0.3011m300mm 2Di20.3120．定子铁心净长度：

lFetKFetlnkbkKFetl3000.92276mm

式中KFet=0.92(对0.5mm厚硅钢片) 在对发电机的计算中,nkbk不计入lFet中

本次设计选用的硅钢片型号为：DR530-50对应的老牌号为

D22

21．磁极铁心总长度：lmlef300mm 22．磁极铁心净长度：

lFemKFemlm0.953028.5cm

式中KFem=0.95（对于1～1.5mm厚钢片）

23．极距： Di1300235.5mm

2p424．圆周速度：2f25．气隙长度：

100023.55m/s

（0.25～0.30）最小气隙：AKc B28023.55（0.25～0.30）0.51.0303～1.23mm

0.8第 2 页

取 1.1mm 最大气隙：M1.51.65mm

26．铁心的计算长度：lil230021.130.22cm 5.2 定子绕组

27．每极每相槽数：q4

28．定子槽数：Z12pmq43448槽 29．取绕组节距比：

30．绕组节距： y1mq3410 31．绕组短距系数(基波)：Kpsin（）0.966

2565632．绕组分布系数(基波)：Kdsin2mqsin0.958

2mq0.9233．绕组系数（基波）： KdpKpKd 534．预计每极磁通

Bplef0.80.670.23550.303.7910wb''2

35．每相串联匝数初值

N'UN/3600/344.5取44匝

4.44fKdp1'4.44500.9253.7910236．取并联支路数a2 37．每槽导线数：

2amN'22344NS11 取Ns11

Z14838．每相串联导体数：N1Z1Ns481188

ma32N8844匝 239．线负荷：A=

mN1INDi138880224.2A/cm

3.1430第 3 页

5.3 定子槽型尺寸(选取梨型槽)

40．选定槽口尺寸：

bso0.3cm、hso0.1cm、hs1=0.15cm、hs2=1.1cm、齿靴角300

41．定子齿距：ts ts1Di1Z130481.9625cm

Di12ho1hs11Z13020.10.15481.9952cm

ts2Di12ho1hs11hs12Z13020.10.151.1482.139cmt1s()3Di122hhh30o1s11s120.10.151.1332.021cmZ148

42．定子齿宽度：

bt1tsB1.96250.81.0666～1.21cmKFeBt10.92(1.40～1.60)

式中：KFe：铁心叠压系数，取0.92 Bt1：定子齿磁密，取1.40～1.60T 取bt11.1cm

43．槽形尺寸如图5.1：

图5.1 定子槽形尺寸

btb1.99521.10.52cm0.9cm s1s1t1

bs11800.90180Rshs2tg1.1tg0.52cm2Z1248

bt2ts22Rs2.1391.041.099cmb1ts()3

t1s()3bs12.0210.901.121cm

第 4 页

则定子齿计算宽度： b'tsbt22bt11.09921.11.10cm 3344．定子槽深：hshsohs1hs2Rs1.87cm 45．槽面积，取槽锲厚度h0.25cm，如图5.2所示：

图5.2 定子槽尺寸

2Rsbs1Rs2As（hs1hs2h）

2220.52 20.90（1.250）.2522

0.52=1.39cm2

46．槽绝缘面积 取：i0.03cm

Aii2(hs1hs2)2Rs+bs1

0.0321.25+(2+)0.520.90

=0.182cm2

AsefAsAi1.390.1821.21cm2

取槽满率为75%，绕组并绕根数为Nt3

dAsef75%Nt1Ns1则绝缘导线直径：

1.210.750.1658cm311

查表取铜对应的标称线规QZ:

标称导线直径d=1.60mm 漆膜厚度0.06——0.11 47．定子导线截面积（查表得）：

qa2.0106mm2

48．定子绕组电密：jaIN806.63A/mm2 aNtqa232.0109．发热参数：AjAja224.206.631486.45A/cm 5.4 磁路计算

Rs0.521.251.42cm 33DD433051．定子轭高度：hjs1i1hs1.874.63cm

22

50．定子齿计算高度：h'tshs1hs2第 5 页

52．定子轭计算高度：h'jshjsRs

4.630.524.80cm3

1353．定子轭磁路长度：ljs（D1h'js）4p（434.8）814.99cm

．极靴宽度：bp（Di12m）sin'p18002p

0.671800（3020.165）sin14.835cm

455．磁极偏心距：

Hbp（m）（Di1m）其中1arcsin30

DDDi12m2（[i1）（i1m）cos1]220.55（3002.75）

3003002[（1.1）（1.65）cos30]22=4.00mm

56．极靴圆弧半径

RpDi1300H4.001.1144.9mm 22Di1Dh'p）-（i1m）cos1 22300300=（2.51.1）（1.65）cos30

2257．极靴边缘高度：h'p2.5mm （设计时取值）58．极靴中心高度：hp（=22.93mm

1.110311.047 59．初取漏磁系数：10.2355'1060．磁极宽度（磁极尺寸如图5.3所示）：

bm''104lFemBm1.0473.881021049.20cm

28.51.5561．转子轭内径：Dir80mm8cm(取值) 62．转子轭外径：Djr165mm16.5cm

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63．磁极中心高：hm（Di1Djr）hp

1（3016.5）2.2930.11 212=4.357cm

Djr．磁极侧高度：hmhm（1cos2）

2' 式中

2arcmsinbDjr9.2arcs in16.533.4.35716.5（1cos33.） 2=5.7595cm

65．转子轭高度：

hjrDjrDir216.584.25cm 21Dir

i*66．转子轭计算高度：h'jrDjrDir22p.2,4;6;8* i........6;8;10=4.255.58 图5.3 磁极尺寸

67．转子轭磁路长度：ljr（Djrh'jr）=（16555.8）4.2861cm

4p16868．转子轭轴向长度：lr31.2cm 69．磁极与轭间残隙：2（lm300.8）102（0.8）1020.09cm 3003002Rparcsinbp2Rp70．实际极弧系数： p=

m1.5 180

214.49arcsin14.835214.49。 23.55180=0.66

71．气隙比：

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72．最小气隙比极距：0.110.00467 23.5573．基波磁场幅度系数：a1A1B11.0836 （查交流电机设计手册）

（）0.04855 74．三次谐波磁场幅度系数：a3a1A3B30.6

75．磁场分布系数：fd（a1a3）0.7

21376．磁场波形系数：fba11.0946 2fd77．直轴电枢反应磁场幅度系数：Ad1AdBd0.9856（查交流电机

设计手册）

78．交轴电枢反应磁场幅度系数：Aq1AqBq0.52 （查交流电机

设计手册）

79．电枢磁动势直轴折算系数：Kad80．电枢磁动势交轴折算系数：KaqAd1a1Aq1a10.909

0.4799

81．定子卡氏系数（对于半闭口半开口槽）：

K1t（19.625（4.441.10.753）s4.440.75bso）2t（）bso19.625（4.441.10.753）-32s4.440.75bso

=1.07

82．阻尼笼卡氏系数（阻尼笼尺寸如图5.4所示）：

K2t（d4.440.75bd）12t（4.44b）bddd

图5.4 阻尼笼尺寸

83．卡氏系数：KK1K21.07 84．空载每极总磁通：

600UN33.88102wb 2fbfkdpN21.0946500.9258885．气隙磁密（最大值）：

3.881024B101040.7788T

lifd23.5530.220.7第 8 页

86．定子视在齿磁密：

B'tstsb1ts()3lilFetB1.962530.220.77881.4928T1.12127.6

查表：B'ts≤1.8T 则 Bts=B'ts=1.4928T

3.88102487．定子轭磁密：Bjs101041.5181T

2hjslFet24.6327.688．气隙磁压降：

F0.8kB104=0.80.111.070.779104733.5A

．定子齿磁压降：Ftsh'tsHts1.4226.84838.124A

式中Hts对应于Bts，查磁化曲线B25=1.48T得

Hts=26.848

90．定子轭磁压降：FjsljsHjs14.9931.1580.324151.327A 式中：为轭部修正系数=0.324

HB js对应于js，查磁化曲线B25=1.48T得Hjs=31.158

91．气隙、定子齿、轭部磁压降之和：

FtjFFtsFjs733.538.124151.327922.951A

92．计算漏磁几何尺寸：

1arctgbm9.2arctg25.3 'Djr2hmhm16.524.3575.75952arctgbpDjr2hmh'marctg14.83537.3316.524.3575.7595

1800ap[b（Djr2hmhp）]sin（2）

2p2p'122[14.835（16.524.3570.25）]sin（4537.33）=3.933cm

2122第 9 页

1800（Djrhm）]sin（1） am[b2p

2m122 1hpm[9.2（16.54.357）]sin（4525.3）7.68cm'21221（2hphp）（22.2930.25）1.61cm 33

93．磁极压板厚：d'0.6cm 94．磁极压板宽：b'8.6cm

95．磁极计算高度：l'mlm2d'301.231.2cm 96．极靴漏磁导：

p 5lmhpmap7.32hpmlg（1bp）2ap5301.6114.8357.321.61lg(1)3.93323.933

=71.30 97．极身漏磁导：

2.5l'mh'mb m3.66h'mlg（1m）am2am=

2.531.25.75959.2=68.18 3.665.7595lg（1）7.6827.681.1（mp）1.1（71.368.18）153.428

98．磁极漏磁导：

99．每极漏磁通：

Ftj108153.428922.9511080.1416102wb

100．漏磁系数：

0.1416102111.036523.8810

与之差应小于5%

101．磁极磁通：

m（3.880.1416）1024.02102wb

102．磁极极身截面积：

SmlFembm2d'b'28.59.21.28.6272.52cm2

第 10 页

4.02102103．极身磁密： Bm101041.4751T

Sm272.52m44.02102104．转子轭磁密：Bj'101041.15T

2hjrlr25.5831.2m44.02102105．残隙处磁密：B2101041.93T

lmbm30092m4106．极身磁压降： FmHmhm24.44.357110.70A

查磁化曲线B25=1.48T表可得：Hm=24.4 对应于Bm

107．转子轭磁压降：FjrljrHjr4.2867.745533.1929A

H 查磁化曲线B25=1.48T表可得：jr=7.7445 108．残隙磁压降：F20.82B21040.80.0091.93104

138.96A

109．空载每极磁压降：FfoFtjFmFjF21205.80A 5.5 稳态参数

110．定子线圈尺寸（如图5.5所示）：

acarcsinbs12Rs(0.2～0.4)0.920.52(0.2～0.4)arcsints1ts21.99522.139

取30度

31.17～34.4730

图5.5 线圈尺寸

定子线圈节距：

y[Di1（2hsohs1）hs2Rs]2p

=

lF[30（20.10.15）1.10.52]621.01cm

y2cosac21.0112.13cm 2cos30lBlt2lD302234cm

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lD参考值取 lD=2.0cm

111．线圈半匝平均长度：

lcalB2lF34212.1358.26cm

112．定子绕组相电阻：

Ra(75C)75ClcaN1a1Ntqa1000.021758.26880.0922

232.0106100 式中75C=0.0217mm2/m113．定子槽比漏磁导：

s

31hs097hs2 4bs0163bs15531971.160.16 40.31630.9=0.66

114．定子绕组端部比漏磁导：

e0.3m0.3323.555（31）（31）0.335 li30.226115．谐波比漏磁导：

mKdp323.550.922h()0.294 12Kmq120.111.07342116．每相漏抗：

Xs0.79fliN121()（seh）2p10010100q20.795030.22881 0.6600.3350.2944100101004

117．漏抗标么值：

Xs*Xs0.1835`

IN8030.18350.0424 UN600118．相电阻标么值：

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*RaRa75(75)IN8030.09220.0213 UN600119．每极电枢反应磁动势：

Fa0.45mINN1Kdp2p0.45380880.9252197.8A

4120．电枢反应直轴折算磁动势：

FadKadFa0.9092197.81997.8A

121．电枢反应交轴折算磁动势：

FaqKaqFa0.522197.81142.856A

122．直轴电枢反应电抗：

*XadFad1997.82.28

FF2733.5138.96123．交流电枢反应电抗：

X*aqFaqFF21142.8561.3099

733.5138.96124．直轴同步电抗：

**XdXadXs*2.280.04242.3322

125．交轴同步电抗：

**XqXaqXs*1.30990.04241.3523

126．短路比：K*cFf0Fad1205.80.603 1997.8127．内功率因数角：

arctg*sinXq*cosRa75Carctg0.61.352367.18

0.80.0213128．额定功角：67.1836.8730.31

coscos30.310.863 则：

5.6 额定负载时励磁磁动势和励磁绕组

129．额定负载时内电动势：

****Ei*1RajXcosRsin）cosXssin（s75a75

第 13 页

=

10.02130.80.04240.6（j0.04240.80.02130.6）=1.04248j0.02114

1.04271.16

130．额定工况时磁路计算：

NEi1.04273.881024.046102wb

BNEiB1.04270.77880.812T B'tsNEiBts1.04271.49281.5565T

当B'tsN1.8T时 BtsNB'tsN1.5565T

BjsNEiBjs1.04271.51811.5829T

FNEiF1.0427733.57.82A FtsNh'tsHtsN1.4240.3257.25A

式中 HtsN对应于BtsN查磁化曲线B25=1.48T得,HtsN40.32

FjsNljsHjsNN14.9947.870.305218.86A式中 HjsN对应于BjsN查磁化曲线B25=1.48T得,HjsN47.87N查资料(中小型电机设计手册)得,N0.305

FtjNFNFtsNFjsN1040.93A

NFtjN108153.4281040.931080.1597102Wb N0.1597102N111.0395 2N4.04610mNNN（4.0460.1597）1024.2057102Wb

BmNmN4.20571024101041.33T sm272.52mN4.20571024101041.5858T2hjrlr24.2531.2BjrN

B2NmN4.20571024101041.5238T lmbm309.2FmNhmHmN4.35732.336140.88AFjrNljrHjrN4.28648.74208.90A

式中 HmN对应于BmN查磁化曲线B25=1.48T得,HmN32.336

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式中 HjrN对应于BjrN查磁化曲线B25=1.48T得,HjrN48.74

F2N0.82B2N1040.80.0091.5238104109.71A

131．额定负载时每极磁压降：

Fei1.1（FtjNFjNFmNF2N）1500.42A132．额定负载时励磁磁动势：

1Fad2FadFfN1.05Fei[1（）2sin（）]2

FeiFei11857.1021857.102（）2sin38]=3172.85A =1.051500.42[11500.421500.42133．取励磁绕组每极匝数：Wf160匝 134．额定励磁电流：IfN135．空载励磁电流：If0FfNwfFf0Wf3172.8519.83A 1601205.87.536A 160136．取励磁电流电密（取值）：jf3.8A/mm2、（jf3.8～5.5A/mm2） 137．励磁绕组导线截面积：qfIfNjf19.835.22mm2 3.8138．励磁绕组线规：ab3.551.5

励磁线圈的尺寸如图5.6所示：

图5.6 励磁线圈尺寸 139．第n层线圈平均匝长度：

（2n1）lfn2[QmWm（rmb）]

2=2[9.16+28 +（0.51（n0.5）1.5）] =72.81+9.42n

式中 Wm——线圈框架直线长度 Qm——线圈框架直线宽度 rm——框架圆角半径

b——导线长边尺寸

n=1 为第一层 n=2 为第二层

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140．励磁绕组平均匝长度：

lcfnlWfffn90.87cm

nf——第n层线圈匝数

141．励磁绕组电阻：

Rf(75C)0.02172pWflcf100qf0.0217416090.872.41761005.22

142．额定励磁电压：

UfNIfNR（fx）0.619.831.152.41760.655.732V

0.6V——为电刷压降,励磁绕组取B级绝缘

Rf115C）=1.13f(75C) 励磁绕组E级绝缘R（Rf120C）=1.15f(75C) 励磁绕组B级绝缘R（Rf150C）=1.244f(75C) 励磁绕组F级绝缘R（143．空载励磁电压：

Uf0If0R（0.67.5361.9920.615.6Vf200）r

144．电压调整率:

uRf200.824Rf750.8242.41761.992

EoNUN607600100%100% UN600 =1% 式中：

EoN34.44fNKdp0＝34.44500.9250.038844607V

5.7 阻尼绕组设计

145．每极阻尼笼条数：nd5 146．每极定子绕组截面积：

QamqNtNsqa343112.0106796.1976mm2

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147．每根阻尼条截面积：

sd0.2Qa796.19760.231.848mm2 nd5148．阻尼条直径：

dy1.13sd31.8481.130.63cm 100100149．阻尼槽节距：

td0.8tstd0.9ts 1.1tt1.2tssd0.6623.550.63（1～1.5）2.2355～2.3188cm6

pdy（1～1.5）nd1

取td=2.25cm

150．阻尼笼最大磁密：

BBNtdl0.8122.2530.22i1.2442T1.8Ttd1.1dylFem2.251.10.6328.5

151．端环尺寸( )：ay2dy 取1.5cm

by0.75dy 取0.5cm

图5.7 端环尺寸

5.8 损耗与效率

152．定子齿钢片重：

GtZ1lFeth'tsb7.7103

=4827.61.421.1217.7103 =16.238kg

1ts()3153．定子轭钢片重：Gjs（D1h'js）h'jslFet7.7103

（434.8）4.827.67.7103

=122.358kg 第 17 页

1．材料单位损耗： P10/502.5w/kg（查资料可得）

26.05W/kg 155．齿部单位损耗：ptP10/50BtsN2156．轭部单位损耗：pjsPW/kg 10/50BjsN6.26tKjsp jG157．定子铁损耗： PFeKtptG26.0516.2381.56.26122.358 1345.42W

式中Kt=2(Pn<100kVA) Kjs=1.5(Pn<100kVA) 158．磁极单位表面损耗：

Zn1.52 PbmKbm（1N）（B0ts10）10000=

4815002100001.50.1781.9625102471.5w/m2

式中：Kbm2(钢片厚1mm)

111 o22b1so2111220.310.220.205  BooKBN0.2051.070.8120.178

159．磁极表面损耗：

4PFeb2pplmPbm10

40.6623.5530471.5104

87.94W

160．定子绕组铜损耗：

22PCu1mINR（ax）3800.09221770.24W

式中Ra(x)161．励磁损耗：PCufRa(75)E,B级绝缘 RF,H级绝缘a(115)I2fNR（fx）0.6IfNf

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19.8322.41760.619.83

0.91069.52W

式中Rf(x)Rf(75)E,B级绝缘 Rf(115)F,H级绝缘 f——励磁系统的效率

3p）162．机械损耗：Pmex16（v40lm103 19（=3223.55330）103 4019259.396W

163．附加损耗： Pad1．总损耗：

0.012PN0.0127510001031125W cos0.8P 6WPP565a7FePFebP1CuPcufPmexd.51P165．效率： （1）100%92.92% PPN5.9 瞬态参数和时间常数

166．励磁绕组漏抗 ：

Fa4* 106（Kad1）Xad2197.846.40.845230.220.794（0.8451）2.23.881022X*fs6.4Kadlifs0.4

h'mhpm2h'm0.5bmfs3amap4lm5.75951.61430 式中37.683.9330.794*167．励磁绕组电抗：X*fX*fsXad0.42.282.68

168．阻尼绕组直轴电抗：

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X*ds7.9Fali7.92197.830.22ds1081081.330.035972nd53.8810式中:ds0.623hmn0.06d1.33bmli

169．阻尼绕组横轴电抗（对于全阻尼）：

X*qs0.75X*ds0.750.035970.02697

170．直轴瞬态电抗：

X'dX*sX*adX*fsX*f0.04242.280.40.3829

2.68171．交轴瞬态电抗：X'qX*q1.3099

\"172．直轴超瞬态电抗：XdX*s1

111X*adX*fsX*ds0.4241=0.0749

1112.280.40.03597111X*aqX*qs173．交轴超瞬态电抗：Xq''X*s1111.30990.02697

=0.0424=0.0688

2lcfFa44Kad174．励磁绕组电阻：Rf102

fqfwf440.845290.872197.8210==0.387

505.221061603.88102175．励磁绕组时间常数：

Td0X*f2fRf2.680.0221s

1000.387176．瞬变电流时间常数：

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Td0X'd0.02210.329Td0.003123s *Xd2.3322'177．超瞬变电流时间常数：

1Td\"T'd0.0010297s

8178．负序电抗：X2Xd''Xq''0.07490.06880.0718 179．直流分量时间常数：

TaX20.07180.00248s

2fRa(75)1000.0922180．空载励磁持续短路电流倍数：fk0Kc0.603 181．额定励磁持续短路电流倍数：

fkNFfNFad3172.851.588 1997.81.051.81.0525.23 ''Xd0.07490182．冲击电流短路倍数：fy1.8183．整步功率：Pr5.10 有效材料

57.3PN57.375152.62kW/rad

30.310.929184．定子绕组铜重：Gcu11.05[lcaz1NtNsqa]8.9105

51.0556.1484122.01068.910

18.21kg

185．励磁绕组铜重：GCuf1.05[lcfWf2pqf]8.9105

28.37kg

186．定子硅钢片重：GFe(D12Dil2)lFet7.710341.0590.87160225.228.9105

158.32kg



3107.74342320.627第 21 页