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(一)电机设计依据
电机一般依据下列技术要求进行设计:
1)电机的类型或用途(电动机、发电机、特殊用途机)。
2)与之连接的电系统对电机的要求(电流、电压、频率、相数等)。
3)与之连接的电械系统及工作环境对电机的要求(几何尺寸、质量、结构及安装型式、防护类型、冷却方式、飞逸转速或超速转速、转动惯量等)。
4)额定数据,运行方式和不同用途所要求的各种性能指标(功率、转速、工作制、效率、功率因数、起动性能、换向性能、励磁性能、电压变化率、电压波形畸变率、振动与噪声限值以及电机对无线电干扰的限值等)。%)电机及各组成部分承受电气、机械、热负载的能力(如绕组绝缘等级及各部分温升限值、绕组绝缘的介电强度、转子的机械强度等)。
5)有关国家标准、专业标准、设计任务书以及用户提出的其他要求。此外,还应考虑生产的可能性和经济的合理性。电机常用的国家标准列于表 5-1。
(二)电机设计基本内容
电机设计一般包括电磁设计和结构设计两部分。电磁设计是根据设计技术要求确定电机的电磁负荷、与电磁性能有关的有效部分的尺寸和绕组数据,选定材料,并核算电磁性能及有关参数。
电机设计一般需要进行多种方案的分析、比较,或采用优化设计方法,考虑电机性能、运行费用、制造成本、运行可靠性等因素,决定最优的设计。对于生产量大,使用面广的电机,一般都成系列设计及制造,设计时应充分考虑标准化、通用化、系列化的要求,对于多品种小批量生产的电机产品,应重视模块化设计。
(三)电机设计标幺值
为了便于计算和对不同设计方案或运行状态进行比较,电机设计时通常用标幺值表示电机参量。电机各参量的标幺值为其以物理量单位表示的实际值与所选定的基准值之比。基准值的选定是任意的,通常选用的各参量的基准值见表 5-2。
(四)计算机在电机设计中的应用
计算机由于其突出的快速运算功能、存储功能以及逻辑判断功能,在电机设计中得到了广泛使用,使传统的电机设计方法发生了深刻变化。
作为电机设计基础的电磁设计程序,应用了计算机代替繁杂的手工计算后,便可采用更加符合实际的数学模型,改进现有设计计算公式,从而提高产品设计的精度。例如,异步电动机的等效电路原是 T 型等效电路,以前为了适应手工计算需要,将其简化为 " 形等效电路。在使用电子计算机后就可以方便地使用 T 型电路,计算精度可提高。如果再考虑高次谐波作用,采用链形等效电路,则设计计算就更为精确。
另外,由于运用了计算机,可对较复杂的数学模型进行数值求解,从而使过去只能作粗略估算或无法计算的项目(例如稳态和瞬态热计算、瞬态现象研究、机械强度及轴承承载能力、临界转速及铁心固有频率等许多项目)的计算成为可能。这些项目正在纳入电机设计程序中,从而使电机设计计算建立在更加可靠的科学基础上。
电机设计的最终结果是要形成图样和有关文件供制造用。由于计算机绘图技术的迅速发展,如光笔图形显示器使设计人员能在屏幕上或数字化仪上进行具体的结构设计绘图,并可能通过人机对话,进行实时修改;再如精密的自动绘图机可把设计结果直接以图样的形式输出,从而使电机设计从电磁设计到结构设计,并包括绘制图样的整个过程均可以借助于计算机的辅助而完成。
计算机辅助设计可显著提高电机设计的效率与计算精度,缩短产品的研制周期,能生成标准的图样和文件,因此,这种方法正在逐步取代以经验设计和手工绘图为特征的传统设计方法。另外,当计算机辅助设计系统(CAD)与计算机辅助制造系统(CAM)结合在一起时,可把电机产品的设计和制造过程变成一个完整的集成系统,使许多技术工作实现自动化,因此,CAD/CAM 将为电机制造厂的计算集成化提供技术基础。