1、毕业论文题目600V直流机组电动机设计系电气与信息工程系专业电气工程及其自动化班级学号学生姓名导师姓名完成日期20年月日诚信声明本人声明1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果；2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料；3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。作者签名日期2年月5日毕业设计（论文）任务书题目600V直流机组电动机设计姓名系电气与信息工程系专业电气工程及其自动化班级电气工程及其自动化学号指导老师教研室主任一、基本
2、任务及要求机组由电动机拖动同轴发电机构成。机组电源使用，发电机发出的电压为600V，负载电流为100A。根据负载电流选定所设电机型号及功率。进行所设电机的电磁计算。绘制该电机的总装图，冲片图，绕组展开图。注意发出电压的稳定性。二，进度安排及完成时间1、2月26日下达设计任务书。2、2月27日3月10日查资料，写文献综述，开题报告。3、3月13日3月24日毕业实习，撰写实习报告。4、3月27日5月15日电机磁路设计。5、5月16日5月31日电机结构设计,撰写毕业设计说明书。6、6月1日6月9日修改、装订毕业设计说明书。7、6月10日6月12日毕业设计答辩。目录摘要IABSTRSCTII第1章概述
3、111直流电动机的发展概况112直流电动机的结构2第2章直流电动机工作原理421直流电动机的基本工作原理422直流电机的电枢绕组5第3章主要尺寸的选择931确定主要尺寸的一般方法932电枢外径AD的选择933线负荷和气隙磁密B的选择1034电枢计算长度L的确定1035主要尺寸比的选择1136极数的选择1237磁路计算13第4章电动机功率的确定及其型号的选择1441电动机功率的确定1443电动机的额定参数14第5章电磁计算1551主要尺寸的选择1552槽数及绕组的基本参数1653槽形及电枢绕组1854电刷换向器长度1955主磁极及机座尺寸1957磁路计算2157空载特性及转速调整率2358并励绕
4、组2359损耗与效率25结束语27参考文献28致谢29附录A总装图30附录B电枢冲片图31附录C绕组展开图32湖南工程学院I直流机组电动机的设计摘要直流电动机是近年迅速兴起的一种新型电机，它广泛应用与工业，农业，以及军事等领域。直流电动机既保持了直流电动机良好的调速控制特性，又消除了电刷和换向器的机械接触。本文是对直流电动机做出深入的剖析与设计。直流电动机是一种具有高效率、低磨损、低噪声的电机机种本设计在介绍直流电动机设计中，关于相数、极数、槽数及绕组连接方式的选择方法和应遵从的规律而且针对小功率直流电动机结构特点和工作性能，在电枢反应理论基础上设计出功率为55KW的直流电动机。关键词直流电动
5、机；结构特点；工作性能湖南工程学院IIDIRECTCURRENTMOTORDESIGNABSTRSCTBRUSHLESSDCMOTORISRAPIDLYDEVELOPINGNEWMOTORINTHERECENTLY,ANDITWIDELYUSEDININDUSTRY,AGRICULTUREANDINTHEARMYTHEBETTERGOVERNINGSPEEDCHARACTERISTICISKEPTANDTHEMECHANICALTOUCHBETWEENBRUSHESANDCOMMUTATORISREMOVEDASWELLINBRUSHLESSDCMOTORSTHISPAPERINTENDSTO
6、MAKEABETTERONTHEDESIGNOFBRUSHLESSDCMOTORTHEDCMOTORWITHOUTCOALBRUSHLESSISINANEWSTYLE,WITHHIGHERWORKEFFICIENCYLESSWEARANDLOWERNOISETHISPAPERPRESENTSTHEMETHODOFSELECTINGPHASE,SLOTNUMBERANDWINDINGCONNECTIONTYPEANDINTRODUCESTHELAWSTHATSHOULDBEOBEYINTHEDESIGNOFBRUSHLESSDCMOTORALSOBASEDONINTRODUCINGTHESTRU
7、CTUREOFALIGHTPOWERDCMOTOR,A55KWLIGHTPOWERDCMOTORISDESIGNACCORDINGTOTHETHEORYNOTONLYMAKEALOTOFDETAILANALYZEDABOUTTHEHALLPOSITIONSENSORINTHISPAPERBUTALSOTHEBRULESSDCSCONTROLSANDTHEDRIVINGMETHODSFORBRULESSDCKEYWORDSDIRECTCURRENTMOTORCONSTRUCTIONFEATUREWORKPERFORMANCE600V直流机组电动机设计1第1章概述11直流电动机的发展概况电动机是一
8、种实现机、电能量转换的电磁装置。它是随着生产力的发展而发展的，反过来，电动机的发展也促进了社会生产力的不断提高。从19世纪末期起，电动机就逐渐代替蒸汽机作为拖动生产机械的原动机，一个多世纪以来，虽然电动机的基本结构变化不大，但是电动机的类型增加了许多，在运行性能，经济指标等方面也都有了很大的改进和提高，而且随着自动控制系统和计算机技术的发展，在一般旋转电动机的理论基础上又发展出许多种类的控制电动机，控制电动机具有高可靠性好精确度快速响应的特点，已成为电动机学科的一个独立分支。电动机的功能是将电能转换成机械能，它可以作为拖动各种生产机械的动力，是国民经济各部门应用最多的动力机械。在现代化工业生产
9、过程中，为了实现各种生产工艺过程，需要各种各样的生产机械。拖动各种生产机械运转，可以采用气动，液压传动和电力拖动。由于电力拖动具有控制简单调节性能好耗损小经济，能实现远距离控制和自动控制等一系列优点，因此大多数生产机械都采用电力拖动。按纵观电力拖动的发展过程，交、直流两种拖动方式并存于各个生产领域。在交流电出现以前，直流电力拖动是唯一的一种电力拖动方式，19世纪末期，由于研制出了经济实用的交流电动机，致使交流电力拖动在工业中得到了广泛的应用，但随着生产技术的发展，特别是精密机械加工与冶金工业生产过程的进步，对电力拖动在起动，制动，正反转以及调速精度与范围等静态特性和动态响应方面提出了新的，更高
10、的要求。由于交流电力拖动比直流电力拖动在技术上难以实现这些要求，所以20世纪以来，在可逆，可调速与高精度的拖动技术领域中，相当时期内几乎都是采用直流电力拖动。虽传统直流电动机具有调速性能优异这一突出特点，但是由于它具有电刷与换向器（又称整流子），使得他的故障率较高，电动机的使用环境也受到了限制（如不能在有易爆气体及尘埃多的场合使用），其电压等级，额定转速，单机容量的发展也受到了限制。所以，在20世纪60年代以后，随着电力电子技术的发展，稀土永磁的应用，为无刷直流电机和永磁直流电机广泛应用创造了有利条件。无刷直流电动机是电动机技术和电子技术结合的机电一体化新型直流电机。无刷直流电动机的主要特征是
11、具有与普通有刷直流电流电动机相似的机械特性以及必须有电子换向电路。由于无刷直流电动机彻底取消了机械换向器和电刷，而又具备传统直流电动机相同的线性机械特性，调速范围宽，600V直流机组电动机设计2起动力矩大，效率高等优点。永磁直流电动机是将电励磁替换为永磁励磁的新型电机。与传统直流电机想相比永磁不需要直流励磁电源，可以减少电源的耗电量，具有重要的经济价值，永磁电机没有励磁绕组，节省电机的用铜量，减少电气铜耗，特别是在微型和小容量范围内，电机的重量，体积，效率和成本都得到改善。经历了100多年的技术发展，直流电动机自身的理论基本成熟。随着电工技术的发展，对电能的转换、控制以及高效使用的要求越来越高
12、。电磁材料的性能不断提高，电工电子技术的广泛应用，为直流电动机的发展注入了新的活力。未来直流电动机将会沿着体积更小、机电能量转换效率更高、控制更灵活的方向继续发展。12直流电动机的结构直流电动机的工作原理仅仅揭示了如何利用基本电磁规律以实现机电能量转换的道理，但是要将其付诸应用，直流电机必须具有能满足电磁和机械两方面要求的合理的结构型式。直流电动机的结构型式是多种多样的。直流电动机是由静止的定子部分和转动的转子部分构成的，定、转子之间有一定大小的间隙（以后称为气隙）。现对各主要结构部件的基本结构及其作用简述。1定子部分直流电动机定子部分主要由主磁极、换向极、机座和电刷装置等组成。（1）主磁极又
13、称主极。在一般大中型直流电动机中，主磁极是一种电磁铁。只有个别类型的小型直流电机的主磁极才用永久磁铁，这种电机叫永磁直流电机。主磁极的作用是能够在电枢表面外的气隙空间里产生一定形状分布的气隙磁密。主磁极的铁心用115MM厚的低碳钢板冲片叠压紧固而成。把事先绕制好的励磁绕组套在主极铁心外面，整个主磁极再用螺钉固定在机座的内表面上。各主磁极上的励磁绕组联接必须使通过励磁电流时，相邻磁极的极性呈N极和S极交替的排列，为了让气隙磁密沿电枢圆周方向的气隙空间里分布得更加合理一些，铁心下部（称为极靴）比套绕组的部分（称为极身）宽。这样也可使励磁绕组牢固地套在铁心上。（2）机座一般直流电动机都用整体机座。所
14、谓整体机座，就是一个机座同时起两方面的作用一方面起导磁的作用，一方面起机械支撑的作用。由于机座要起导磁的作用，所以它是主磁路的一部分，叫定子磁轭，一般多用导磁效果较好的铸钢制成，小型直流电机也有用厚钢板的。主磁极、换向极和端盖都固定在电机的机座上，所以机座又起了机械支撑的作用。（3）电刷装置电刷装置是把直流电压、直流电流引入或引出的装置。电刷放在电600V直流机组电动机设计3刷盒里，用弹簧压紧在换向器上，电刷上有个铜丝辫，可以引出、引入电流。直流电机里，常常把若干个电刷盒装在同一个绝缘的刷杆上，在电路连接上，把同一个绝缘刷杆上的电刷盒并联起来，成为一组电刷。一般直流电机中，电刷组的数目可以用电
15、刷杆数表示，刷杆数与电机的主磁极数相等。各电刷杆在换向器外表面上沿圆周方向均匀分布，正常运行时，电刷杆相对于换向器表面有一个正确的位置，如果电刷杆的位置放得不合理，将直接影响电机的性能。电刷杆装在端盖或轴承内盖上，调整位置后，将它固定。2转子部分直流电动机转子部分主要由电枢铁心和电枢绕组、换向器、转轴和风扇等组成。（1）电枢铁心电枢铁心作用有二，一个是作为主磁路的主要部分；另一个是嵌放电枢绕组。由于电枢铁心和主磁场之间的相对运动，会在铁心中引起涡流损耗和磁滞损耗（这两部分损耗合在一起称为铁心损耗，简称铁耗），为了减少铁耗，通常用05MM厚的涂有绝缘漆的硅钢片的冲片叠压而成，固定在转轴上。电枢铁
16、心沿圆周上有均匀分布的槽，里面可嵌入电枢绕组。（2）电枢绕组电枢绕组是由许多按一定规律排列和联接的线圈组成，它是直流电机的主要电路部分，是通过电流和感应产生电动势以实现机电能量转换的关键性部件。线圈用包有绝缘的圆形和矩形截面导线绕制而成，线圈亦称为元件，每个元件有两个出线端。电枢线圈嵌放在电枢铁心的槽中，每个元件的两个出线端以一定规律与换向器的换向片相连，构成电枢绕组。（3）换向器换向器也是直流电动机的重要部件。在直流发电机中，它的作用是将绕组内的交变电动势转换为电刷端上的直流电动势；在直流电动机中，它将电刷上所通过的直流电流转换为绕组内的交变电流。换向器安装在转轴上，主要由许多换向片组成，片
17、与片之间用云母绝缘，换向片数与元件数相等。600V直流机组电动机设计4第2章直流电动机工作原理21直流电动机的基本工作原理图21所示为直流电动机的原理模型，与直流发电机不同的是线圈不被原动机拖动；电刷A,B接上直流电源。于是在线圈ABCD中有电流流过，电流的方向如图11所示。根据电磁力定律可知，载流导体AB,CD上受到的电磁力F为FBLIN（21）式中B导体所在处的气隙磁密（WB/M2）；L导体的长度（M）；I导体中的电流（A）。导体受力的方向用左手定则确定，导体AB的受力方向是从右向左，导体CD的受力方向是从左向右，如图21所示。这一对电磁力形成了作用于电枢一个力矩，这个力矩在旋转电机里称为
18、电磁转矩，转矩的方向是逆时针方向，企图使电枢逆时针方向转动。如果此电磁转矩能够克服电枢上的阻转矩（例如由摩擦引起的阻转矩以及其它负载转矩），电枢就能按逆时针方向旋转起来。当电枢转了180后，导体CD转到N极下，导体AB转到S极下时，由于直流电源供给的电流方向不变，仍从电刷A流入，经导体CD、AB后，从电刷B流出。这时导体CD受力方向变为从右向左，导体AB受力方向是从左向右，产生的电磁转矩的方向仍为逆时针方向。因此，电枢一经转动，由于换向器配合电刷对电流的换向作用，直流电流交替地由导体AB和CD流入，使线圈边只要处于N极下，其中通过电流的方向总是由电刷A流入的方向，而在S极下时，总是从电刷B流出
19、的方向。这就保证了每个极下线圈边中的电流始终是一个方向，从而形成一种方向不变的转矩，使电动机能连续地旋转。这就是直流电动机的工作原理。从上述基本电磁情况来看，一台直流电机原则上既可以作为发电机运行，也可以作为电动机运行，只是其输入输出的条件不同而已。如用原动机拖动直流电机的电枢，将机械能从电机轴上输入，而电刷上不加直流电压，则从电刷端可以引出直流电动势作为直流电源，可输出电能，电机将机械能转换成电能而成为发电机；如在电刷上加直流电压，将电能输入电枢，则从电机轴上输出机械能，拖动生产机械，将电能转换成机械能而成为电动机。这种同一台电机，既能作发电机又能作电动机运行的原理，在电机学理论中称为电机的
20、可逆原理。600V直流机组电动机设计5图21直流电动机的原理模型1磁极；2电枢；3换向器；4电刷。22直流电机的电枢绕组电枢绕组是直流电动机的一个重要部分，电机中机电能量的转换就是通过电枢绕组而实现的，所以直流电机的转子也称为电枢。电枢绕组是由许多个形状完全一样的单匝元件（当然也可以是多匝元件）以一定规律排列和联接起来的，用S表示元件数。所谓单匝元件，就是每个元件的元件边（一个元件有两个元件边）里仅有一根导体，对多匝元件来说，一个元件边里就不止一根导体了。若用YN代表元件的匝数，则多匝元件的元件边里就有YN根导体。不管一个元件有多少匝，其出线端只有两根，一根叫首端，另一根叫末端。同一个元件的首
21、端和末端分别接到不同的换向片上，而各个元件之间又是通过换向片彼此联接起来的。这样就必须在同一个换向片上，既联有一个元件的首端，又联有另一元件的末端。若用表示换向片数K，则整个电枢绕组的元件数应等于换向片数，即。YNK。下面介绍单波绕组。1绕组节距单波绕组的绕组节距也分为第一节距、合成节距、换向器节距和第二节距等。它们的定义和单叠绕组的节距定义相同。（1）第一节距1Y因为1Y与元件联接方式无关，所以单波绕组的第一节距1Y的计算方法与单叠绕组的完全相同。600V直流机组电动机设计6（2）合成节距Y与换向器节距KY选择KY时，应使相串联的元件感应电动势同方向。为此，须把两个相串联的元件放在同极性磁极
22、的下面，让它们在空间位置上相距约两个极距。其次，当沿圆周向一个方向绕了一周，经过P个串联的元件后，其末尾所联的换向片KPY，必须落在与起始的换向片相邻的位置，才能使第二周继续往下联，即1KPYKU（22）因此，单波绕组元件的换向器节距为1KKUYP（23）式中正负号的选择，首先要满足KY是一个整数。在满足KY为整数时，一般都取负号。这种绕组当把每一个元件联成绕组时，联接的顺序是从右向左进行，称为左行绕组。图13所示就是这种绕组。合成节距KYY。（3）第二节距2Y21YYY（24）单波绕组各节距如图22所示，联接后的形状犹如波浪一样向前延伸，由此而得名。图22单波绕组的节距2绕组展开图600V直
23、流机组电动机设计7所谓绕组展开图是假想将电枢及换向器沿某一齿（图23中为第16槽与第1槽间的1个齿）的中间切开，并展开成平面的联接图。作图步骤如下。第一步，先画16根等长等距的实线，代表各槽上层元件边，再画16根等长等距的虚线，代表各槽下层元件边。让虚线与实线靠近一些。实际上一根实线和一根虚线代表一个槽（指虚槽），依次把槽编上号码。图23单波绕组展开图2P4,QUSK15第二步，放置主磁极。让每个磁极的宽度大约等于07,4个磁极均匀放置在电枢槽之上，并标上N、S极性。假定N极的磁力线进入纸面，S极的磁力线从纸面穿出。第三步，画16个小方块代表换向片，并标上号码，为了作图方便，使换向片宽度等于槽
24、与槽之间的距离。为了能联出形状对称的元件，换向片的编号应与槽的编号有一定对应关系（由第一节距1Y来考虑）。第四步，联绕组。为了便于联接，将元件、槽和换向片按顺序编号。编号时把元件号码、元件上层边所在槽的号码以及元件上层边相联接的换向片号码编得一样，即1号元件的上层边放在1号槽内并与1号换向片相联接。这样当1号元件的上层边放在1号槽（实线）并与1号换向片相联后，因为1Y4，则1号元件的下层边应放在第5号槽（115Y）的下层（虚线）；因1KYY，所以1号元件的末端应联接在2号换向片上（112Y）。一般应使元件左右对称，这样1号换向片与2号换向片的分界线正好与元件的中心线相重合。然后将2号元件的上层
25、边放入2号槽的上层（12Y），下层边放在6号槽的下层（126Y），2号元件的上层边联在2号换向片上，下层边联在3号换向片上。按此规律排列与联接下去，一直把16个元件都联起来为止。校核第2节距第1元件放在第5槽的下层边与放在第2槽第2元件的上层边，它们之间满足23Y的关系。其他元件也如此。600V直流机组电动机设计8第五步，确定每个元件边里导体感应电动势的方向。图中，所考虑的是发电机，箭头表示电枢旋转方向，即自右向左运动，根据右手定则就可判定各元件边的感应电动势的方向，即在极下的导体电动势是向下，在极下是向上的。在图示这一瞬间，1、5、9、13四个元件正好位于两个主磁极的中间，该处气隙磁密为零，
26、所以不感应电动势。第六步，放电刷。在直流电机里，电刷组数也就是刷杆的数目与主极的个数一样多。对本例来说，就是四组电刷1122,ABAB，它们均匀地放在换向器表面圆周方向的位置。每个电刷的宽度等于每一个换向片的宽度。3绕组电路图单波绕组是把所有上层边在N极下的元件串联起来构成一条支路，把所有上层边在S极下的元件串联起来构成另一条支路。由于主磁极只有N、S之分，所以单波绕组的支路对数与磁极对数无关，总是等于1，即单波绕组有以下特点1A（1）同极性下各元件串联起来组成一个支路，支路对数1A，与磁级对数P无关。（2）当元件的几何形状对称时，电刷在换向器表面上的位置对准主磁极中心线，正、负电刷间感应电动
27、势最大。（3）电刷杆数也应等于极数（采用全额电刷）。600V直流机组电动机设计9第3章主要尺寸的选择31确定主要尺寸的一般方法首先根据电机的额定功率,利用式NNNSPKPCOS式NNMPKP得出计算功率P。然后根据P与N（交流电机为同步转速，直流电机为额定转速），结合所设计电机的特点，利用给定的数据或曲线选取电磁负荷AB,代入式ABAPNLDPEF162即可算得EFLD2。然后参考给定的数据选用合适的，即可由已算得的EFLD2分别求得主要尺寸D和EFL。为了充分利用硅钢片，减少冲模等工艺装备的规格与数量，加强通用行和考虑系列电机功率登记递增的需要，我国目前规定了支流电机的标准电枢外径AD，当C
28、MDA99时，应采用扇形片。算得AD后，需将其调整至标准直径。32电枢外径AD的选择直流电机的电枢外径AD一般随单位转速的输出功率NNNP值增加而增大，当电机的NNNP相同时，其AD大致一样。决定AD时可以根据给定的NNNP值和工厂的生产条件，参考已制成的类似电机的AD而选定。我国目前制造的直流电机，根据AD与NNNP的的关系曲线，作为选定AD的初步依据。对应于不同的功率和转速，直流电机电枢外径的尺寸也不同。为了便于制造和节省材料，AD的各种不同尺寸不是任意选定的，而是按一定的比值递增的，其递增的比值应考虑到整张硅钢派内的合理剪裁系列电机功率等级递增的被和和冲模装备的继承因素,所以电枢外径是规
29、范化的。根据我国生产的硅钢片规格和工厂的生产经验，目前规定了下面的直流电机的标准电枢外径7，83，102，106，12，138，162，195，210，245，294，327，368，423，493，560，650，740，850，990，120，150，180，215，250，285，315，350，380厘米。电枢直径小于99厘米时用整圆冲片，大于99厘米时用扇形片拼成。当设计电机时，根据给定的NNNP值，可先查得电枢外径最大值至最小值的范围。如600V直流机组电动机设计10果在这个范围内只有一个对应的标准直径，则就将它调整到标准值。如果在这个范围内有几个对应的标准直径，那么就要通过分析或
30、试算来确定其中最合适的一个。33线负荷和气隙磁密B的选择从电机综合技术经济指标出发来选取最合适的和B值，以便使制造和运行的费用最少，而且性能良好。除了不应选择过高的B数值外，还应该考虑它们的比值要适当。因为这一比值不仅影响电机的参数和特性,而且同铜耗和铁耗的分配密切有关,也即会影响电机效率曲线上出现最高效率的位置。正因为这样，对经常处于请在运行的电机,通常宜选用较大的A值和较低的B值,以便在请在时能得到较高的效率。电机的冷却条件对电磁负荷的选用也有重要影响。对一般小型电机，通常可高出1520左右。电机所用的材料与绝缘结构的等级也直接影响电磁负荷的选择。所用绝缘结构的耐热等级越高，电机允许的温升
31、也就越高，电磁负荷可选高些；导磁材料性能越好，允许选用的磁密也可越高。电枢绕组采用铝线时，由于其电阻率较大，为了保证足够的安放空间以免电损耗过大，往往采用比铜线时较低的电磁负荷。B的选择还和电机的功率及转速有关，确切地说是与电枢直径及转子的圆周速度有关。圆周速度较高的电机，其转子与气隙中冷却介质的相对速度较大，因而冷却条件有所改善，AB可选大些。电枢直径越小，所选取的A和B也应越小，着主要是空间是否充裕的问题。电磁负荷选择时要考虑的因素很多，很难单纯从理论上来确定。通常主要参考电机工业长期的经验数据，并分析对比所设计电机与已有电机之间在使用材料结构技术要求等方面的异同后进行选取。电机工业的发展
32、历史表明，随着材料，特别是电工材料性能冷却条件和电机结构的不断改进，电机的利用系数和B的数值一直在逐步提高，从而使电机的体积和重量不断减少，而性能指标仍能得到保证。34电枢计算长度L的确定从式21NEMPP，可以得到电枢计算长度L的表达式为NEMAPNPADBAL211101631600V直流机组电动机设计11上式中，电磁功率EMP可根据给定的额定功率NP按式21NEMPP得到；额定转速NN是技术条件给定的；电枢外径是根据图22选定；电磁负荷AB按图23和24选定计算极弧系数PA可根据图25选取。这样就可以计算出电枢计算长度L。计算极弧系数PA的值取得大一些对缩小电机的主要尺寸是有利的，但两极
33、间距离已经较短，起PA值应较小。对于同一电枢外径的电机，极数多时极间距离小，PA应选得小一些；极数少时，PA可选大些。电枢长度与直径的比值35主要尺寸比的选择在选定A和B后，由式ABAPNLDPEF162即可初步确定电机的EFLD2。但EFLD2相同的电机，可以设计的细长，也可以设计的粗短。为了反映电机这种几何形状关系，通常采用主要尺寸比EFL这一概念。的大小与电机运行性能经济指标工艺行等均有密切关系，或对他们产生一定的影响。若EFLD2不变而较大电机将较细长，即EFL较大而D较小。这样，绕组端部变的较短，端部的用铜（铝）量减少，当仍在正常范围内时，可提高绕组铜（铝）的利用率。端盖轴承,刷架换
34、向器和绕组支架等结构不见的尺寸较小,重量较轻。因此，单位功率的材料消耗较少成本较低。今电机的体积未变，因此铁的重量不变，在同一磁密下基本铁耗也不变，但附加铁耗有所降低，机械损耗则因直径变小而减少。再考虑到电流密度一定时，端部铜（铝）耗将减少，因此，电机中总损耗下降，效率提高。有趣绕组端部较短，因此，端部漏抗减少。一般情况下，着将使总漏抗减少。有趣电机细长，在采用气体作为冷切介质时，风路加长，冷切条件变差，从而导致轴向温度分布不均匀度增大。为此必须采取措施来加强冷切，例如采用较复杂的通风系统。但在主要依靠机座表面散热的封闭式电机中，热量主要通过定子铁心与机座向外发散，这时电机适当做的细长些可使贴
35、心与机座的接触面积增大，对散热有利（对于无径向通风道的开启式或防护式电机，为了充分发挥绕组端部的散热效果，往往将取得较小）。由于电机细长，线圈数目常较粗短的电机较少，因而使线圈制造工时和绝缘材料的600V直流机组电动机设计12消耗减少。但电机冲片数目增多，冲片冲剪和铁心叠压的工时增加，冲模磨损加剧；同时机座加工工时增加，并因铁心直径较小，下线难度稍大，而可能够使下线工时怎国。此外，为了保证转子有足够的刚度，必须采用较粗的转轴。由于电机细长，转子的转动惯量与圆周速度较小，这对于转速较高或要求机电时间常数较小的电机是有利的。选择值时，通常主要考虑1）参数与温升；2）节约用铜（铝）；3）转子的机械强
36、度；4）转动惯量等方面的限制或要求。对于直流电机，越大，则电枢越长，换向器片间电压和换向元件的电抗电势均将增大，使换向条件变差。过大的还会导致磁极铁心的截面形状变的狭长，使励磁绕组金属的利用率下降。一般说，小型支流电机的换向问题不的，本来可以取大些，但为了在电枢上获得足够的槽数，仍常采用较低的值。通常小型支流电机的0612（或15），但在实际设计时，值选取往往需要通过若干计算方案的全面比较分析，才能作出正确判断。36极数的选择选择极数应综合考虑运行性能和经济指标。设计电机时，有时要选取几种极数进行方案比较，才能确定合适的极数。在电枢外径长度和气隙磁通密度确定后，沿电枢圆周的总磁通P2为一定值。
37、增加极数，可减少每极磁通，电枢轭及机座的截面可相应减少，从而减少电机的用铁量；电枢绕组的端接部分将随极数增加而缩短，在同样的电流密度下，绕组用铜量也将减少；换向器上的刷杆数将随极数的增加而相应地增加，每一刷杆上的电枢可以减少，从而换向器长度可缩短；磁极增多后，电枢电感相应减少，这将有利于换向。同时，当极数增加，会使磁极及励磁线圈的数目增多，从而增加了制造工时；随着极数的增加，考虑到极漏磁不能太大，极弧系数PA要减少，从而使电机原材料的利用率变差；磁极增加后，一定要增加换向器的换向片数，使相邻换向片间的电压仍在一定的限额以下，以防止环火；电枢中磁通的交变频率将随极数的增加而增加，因而齿的铁损耗随
38、极数的增加而增大，而电枢轭的铁损耗则增加很少，因为铁轭的重量反比于极数而下降；当电流密度不变时，电枢绕组中的铜耗随极数的增加因铜重的减少而降低，但是励磁绕组的铜耗因励磁线圈数增多而上升。一般来说，电机的效率随极数的增加而有所下降，一般直流电机的极数选择可以通过极数与电枢外径的关系曲线查得。600V直流机组电动机设计1337磁路计算当绕组中通过电流，在电机的有效部分端部及部分结构零件中发了磁场。为了简化物理图象及电磁计算，把电机中的磁场分为主磁场及漏磁场。磁路计算的目的在于确定产生主磁场所必需的磁化力或励磁磁动势，并进而计算励磁电流以及电机的空在特性。通过磁路计算还可以校核电机各部分磁通密度选择
39、得是否合适。磁路计算所依据的基本原理可以把电机分成若干扇形段，每个扇形段的磁场分布图都是相同的。要确定建立磁场所必需的磁化力，只要计算一个扇形范围内的磁场能够就足够了。根据全电流定律，磁场沿闭合贿赂的线积分等于该贿赂所包围的全电流，即LIDLH32如果积分路径沿着磁场强度矢量取向，则LIHDL33等式左边为磁场强度H在DL方向上的线积分；所选择的闭合回路一般通过磁极的中心线，等式右边为回路包围的全电流，即等于每对极的励磁磁势。为了简化计算，通常把电机各部分的磁场化成等效的各段磁路。所谓等效的磁路是指各段磁路上的磁压降应等于磁场内对应点之间的磁压降，并认为在各段中磁通沿截面均匀分布，各该段中磁场
40、强度保持为恒值。因此式中的线积分LHDL可用求和NZXXLH代替式中XL为第X段磁路的长度，XH为第X段磁路中的磁场强度。可写成02211FLHLHLHNN34上式左边表示一对极回路各段的磁压降，右边0F表示每对极励磁磁势。有趣一对极磁路中两个极的磁路情况是相似的，所以也可以只计算半条回路上各段的磁压降，它们的综合就等于每极励磁磁势。600V直流机组电动机设计14第4章电动机功率的确定及其型号的选择41电动机功率的确定可由原始给定的数据由下式得出电动机的额定功率K1160010073309NUIPKW发（41）式中NP电动机的额定电压，K发电机发出功率的稳定系数，根据经验取值为11，U发电机的
41、输出电压，I发电机的输出电流，发发电机的效率。42电动机的型号选择根据上面公式算得的功率，查中小型电机设计手册附录9，根据功率选择电机的型号为Z4系列20021。43电动机的额定参数额定功率NP75KW额定电流NI1881A额定电压440NUV额定转速NN1500R/MIN效率896600V直流机组电动机设计15第5章电磁计算给定数据功率75KW；额定电压440V；效率896额定转速1500R/MIN；励磁方式并励；运行方式连续运行。51主要尺寸的选择1、电枢直径AD计算比值750001500NNPN50；查图22得AD2732厘米，根据直流电机标准电枢外径，取AD30厘米。2、极数2P查图2
42、7得2P43、电磁负荷A、B初选值查图23，取A350安/厘米；查图24，取B9200高斯。4、电枢计算长度L查图25，选取计算极弧系数068P，并初设105EMNPP，由下式计算得L1126110PABADEMNPN11261100689200350301057515001625CM。5、极距2ADP30235622CM。6、校核比值ALD162530054；600V直流机组电动机设计16查图26，值在允许范围之内。7、电枢周速AVAV60ANDN210230150010602356MS3540MS。52槽数及绕组的基本参数8、选择绕组型号对电动机，EK085096。预计AEEK096440
43、4224NUV；AIEMAPE3105751018644224A。因支路电流一般不超过350安，故2AAIAI18643500532选用单波绕组，则选1A。9、槽数Z根据表32得，2ZP714，得Z2856，取Z37。10、齿距ATATADZ3037255CM15CM。11、校核槽电流SISIAAT350255893A1500A。12、预计导体总数ANANAADAI2A3035021186435413、每槽导体数SNSNANZ3543796取每槽导体数SN12（偶数）。14、实际导体总数ANANSNZ1237444。15、每槽每层并列的元件匝数U考虑到单波绕组，应尽可能避免用假元件，取3U。6
44、00V直流机组电动机设计1716、元件匝数AWAW2SNU1222317、换向器直径KD查表311，取KD20CM。18、换向器片数K337111KUZ。19、换向器片距KTKT20057111KDKCM045CM。20、换向器片间平均电压KAVUKAVU24440159111NPUKV17V。21、校核换向器KVKV20150060006000KNDN1571MS3040MS。22、绕组绕制条件11111552KKYP或56，取KY56379222SSSZYP或10，取SY10。110330SYYU，21563026KYYY。23、校核绕组对称条件37ZA（整数），111KA（整数），2PA
45、（整数）。24、实际线负荷AA44418644392230AAANIADA/CM。25、支路电流AIAI1864932221AIAA。26、预计电枢电密AJ按图35取（AAJ）2670A/CMA/2MM；AJAAJA267043961A/2MM。600V直流机组电动机设计1827、预计导线截面CUAACUAAAAIJ932611532MM。选用QZB绝缘聚脂漆包扁铜,裸铜丝尺寸为335475AB，绝缘铜丝尺寸为352498AB，导线截面积为155CUAA2MM。实际电枢电密AJ932601155ACUAIAA/2MM。实际热负荷AAJ439601263839A/CMA/2MM。53槽形及电枢绕
46、组28、槽形选择AD30CM20CM，故选用开口的矩形槽。29、槽高SH取SH25MM30、槽宽SB取SB128MM31、齿根宽TB取TB11MM32、预计满载每极磁通NN88760106042241100191024441500AANEAPNN（麦）。33、预计电枢轭高JAHJAH2NFEAFEJAKLB7019105030931625212500CM。式中JAB电枢轭部磁密初选值，取JAB12500高斯。34、电枢内径IADIAD22ASJADHH3022525031494CM。35、实际电枢轭高JAH600V直流机组电动机设计19JAH122ASIADHD13022514945032CM
47、。36、绕组平均半匝长AAVLAAVL115L115235616254334CM37、电枢绕组的导线总长CUALCUALANAAVL44443341924474CM38、电枢绕组铜重CUAGCUAG89510CUACUALA5891924474889101523KG。39、电枢绕组电阻75OACR75OACR42217102CUACUALAA42192447421710155210068。54电刷换向器长度40、电刷尺寸BBBL为了保证良好换向，采用电化石墨电刷DS72。1057057BWKBMTCM。按表312选用电刷尺寸为BBBL2025MM。41、每杆电刷数BN1864186422251
48、0ABBBBINPBLJ取BN2。式中BJ电刷电密初选值，取BJ10A/2CM。实际电刷电密186493222225ABBBBIJNPBLA/2CM。42、换向器长度KLKL05102522505271BBNLCM。55主磁极及机座尺寸43、主磁极气隙采取均匀气隙，（0010015）（0010015）235602356CM取025CM44、主磁极极弧长PB600V直流机组电动机设计20PBP06823561602CMPBPB2160220251552CM45、主磁极长度MLML1625LCM46、主磁极高度初选值MHMH04505504505530AD135165CM47、机座内径IJDIJD22AMDH3020252135165575635CM取IJD60CM48、主磁极实际高度MHMH122IJADD16020253014752CM49、机座长度JLJL182218221625L29253575CM取JL32CM50、预计主磁极磁通MM771201910022810N麦其中
