电机高速高电压设计的好处？？？

xzkiss4 · 发表于 2010-10-20 00:01

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本帖最后由 forlink 于 2011-3-4 16:52 编辑

电机高速高电压设计的好处？？？请大家发表个人意见

forlink · 发表于 2010-10-20 09:20

电机高速高电压设计的好处？？？请大家发表个人意见
xzkiss4 发表于 2010-10-20 00:01

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高速电机，可以做到高功率密度。
至于高电压，一般是为了满足负载要求而已。

xzkiss4 · 发表于 2010-10-20 09:40

回复 2# forlink

高功率密度也就是同一提及输出功率更大吗？？？

forlink · 发表于 2010-10-20 09:51

回复 forlink

高功率密度也就是同一提及输出功率更大吗？？？
xzkiss4 发表于 2010-10-20 09:40

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是的呀，这个可以参考电机设计手册

xzkiss4 · 发表于 2010-10-20 13:04

回复 4# forlink

好的，多谢

liu3691 · 发表于 2010-10-20 14:51

相同功率下高压电机电机电流小，电机体积可以做小，有利于散热，转速高的好处到不一定，电机未必转速越高越好吧

电机学徒工 · 发表于 2010-10-20 14:59

相同功率下高压电机电机电流小，电机体积可以做小，有利于散热，转速高的好处到不一定，电机未必转速越高越 ...
liu3691 发表于 2010-10-20 14:51

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我问你，电机体积与电压有什么关系？只要功率，转速等一定，体积基本就确定了！
在电机安全运行区间内，当然是转速越高越好了，因为当功率一定时，体积和转速，基本成反比关系！

tjulix · 发表于 2010-10-20 20:41

本帖最后由 tjulix 于 2010-10-20 20:45 编辑

我问你，电机体积与电压有什么关系？只要功率，转速等一定，体积基本就确定了！
-------------
电压升高，反电势可以做高，同样功率下的电流就可以做小，自然电密就可以变小。反过来说假如保持同样电密，电枢尺寸就可以缩小，槽面积可放小，自然体积可以做小一点。
同样的功率和转速，同样的电压，不同电流，在散热良好的环境下也可以比散热不良环境下的体积做小一倍。
另外，为什么说相同功率的NdFeB电机可以比传统铁氧体电机体积缩小？恐怕不是“功率，转速一定”来说明的吧。

在电机安全运行区间内，当然是转速越高越好了，因为当功率一定时，体积和转速，基本成反比关系！
--------------------
转速越高意味着开关频率越高，铁损越大，前者直接影响到整体方案的体积，后者影响到齿宽及轭部宽度的设计，如果磁密不变，很难说此时转速与体积成反比。

张老五 · 发表于 2010-10-20 21:17

相同功率下电压高电流小是不错，但电流小时未必体积就小。
比如说，如果有台90KW4极的电机，是380V体积小还是6000伏体积小？两样，450KW6极的电机，380伏、6000伏和10000伏哪个体积小？

tjulix · 发表于 2010-10-20 21:58

6000V的没见过，不好说，但我想可能会因为绝缘的关系体积不得不做大些。
如果散热条件，电机过载能力等等参数都一模一样的话，6kV的电机功率密度应该高一些。
电机体积和输出功率有一个关系：
B×A×V=Pout=Tq×w
即磁密×电密×体积=转矩×转速
考虑体积和转矩转速的关系时，不能忽略B和A，其对不同的应用有不同的选取范围。
提高功率密度，除了考虑提高转速，也可以考虑提高电密（改善冷却，提高电压），提高磁密（优化磁路，磁性材料），另外，提高绕组系数的话相当于提高了单位电密，可以考虑。

hitsammi · 发表于 2010-10-20 22:25

如果发电机的输出电压足够高，可以直接和输电网相连接，就可以省去升压变压器，降低总成本

forlink · 发表于 2010-10-20 22:43

本帖最后由 forlink 于 2010-10-20 23:13 编辑

我问你，电机体积与电压有什么关系？只要功率，转速等一定，体积基本就确定了！
-------------
电压升高， ...
tjulix 发表于 2010-10-20 20:41

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电压升高，反电势可以做高，同样功率下的电流就可以做小，自然电密就可以变小。反过来说假如保持同样电密，电枢尺寸就可以缩小，槽面积可放小，自然体积可以做小一点。
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你说的也有问题，反电势高，要求电机匝数多；电流小，线径小一些，但实际上算下来，槽面积是差不多的。这样，体积基本上是不变的。

zengxiaodong · 发表于 2010-10-20 23:23

实际上电机的体积和重量（严格说起来是气隙圆柱体）基本上与转矩成正比，这是《电机设计》开篇就指明的基本原理，其中有一个重要的概念叫做“转切应力”，也就是气隙圆柱体的圆柱面的切向应力，这一应力根据电磁场的原理是受限的！

明白了这一原理就可以知道，电机转速越高，在同样功率下转矩越小，自然体积就越小，也就是单位体积下功率密度会越高。除此以外电机的体积与电压、电流等没有直接的关系，甚至可以说与功率也没有直接的关系！假设不考虑绝缘所导致的微弱体积影响的话，高压电机本身对于电机是没有什么直接好处的，既不会降低电密，也不会降低磁密，更不会影响热负荷。他最重要的作用是对于外电路而言的，也就是供电电缆的成本大大降低了！

还有一个重要的知识，电机的铜耗仅跟转矩成正比，只要转矩恒定，不管设计成多少电压，铜耗是基本不变的，这点较难理解，请仔细证明一下即可知！

tjulix · 发表于 2010-10-21 00:20

你说的也有问题，反电势高，要求电机匝数多，电流小，线径小一些，但实际上算下来，槽面积是差不多的。
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恩，你说的确实有道理，我原来是从直觉上觉得电压有用就大概说了一下思路，因为确实发现230V的电机比380V的的电机难做。
如果细想的话，有反电势E=k×N×Phi×f，绕组电抗Xm=w×N^2/Rm，忽略电阻（不忽略也不会违反结论），有U=E+I×jXm，（矢量和），展开为
U=k×N×Phi×f+jI×w×N^2/Rm
我们假设P=E×I不变，各个量的角度不变及其他条件不变（磁通，速度，磁阻），当U从1变为2时，E变为2，I变为1/2，此时，匝数N变化后的值至少是小于2的。假设其值为1.7。
如果这个结论成立，那么就很容易推知，电流变为0.5，匝数变为1.7，那么电密不变的话，综合以后的槽面积是可以减小一点的。
上面证明时假设了很多条件，可能不够严谨，不过从直觉上讲就是说：当一个电机为2倍的电压重绕时，匝数可以取原先匝数的两倍值以内的一个数，得到相似的机械外特性。
回到电压对功率密度的影响这个话题，可能确实不如我当初想象的那么明显，不过适当的高压确实可以提高电机效率（其实也是功率密度的变相表达），这是我在工作中普遍了解到的现象。

zengxiaodong · 发表于 2010-10-21 00:29

其实电压加倍，反电势加倍，匝数加倍，电阻4倍，电抗4倍，电流减半，向量图完全一样！

只是匝数加倍了，反而导致槽满率降低了（当然也可能仅并联支路数改变），因此电压增加不会导致电机的明显好处。

xzkiss4 · 发表于 2010-10-21 21:57

多谢！学习了大牛们的观点，要是有人能系统证明下就好了，现在特别是电动车驱动电机确实在走高压高速的趋势！

xzkiss4 · 发表于 2010-10-21 22:49

说说我在工作中的一点体会吧，如果一个电机在不改变设计时，仅升高电压等级电流相同时（也就是电密相同）功率自然是高了些，而此时的发热量是一样的，这样对电机应该也是有好处的，当然电机的高效区间是会变的！

请各位大牛可否限制些条件做分析，让我们这些思路暂未清晰的人看起来不那么难理解

我觉得可否先分析点简单的(以下是我浅薄的想法，抛砖引玉了。）

比如：
1.假如电压变成2倍，电机绕组不变仅通过较少1/2并联指路数匹配，运行在完全相同的工况，电机会怎么样？
2.电压变成2倍，保持并联路数相同，增加绕组串联匝数匹配（线径要减小）??
3.电压变成2倍，两个电机采用各自最优设计，但是保证电机性能相同，两个体积是不是有很大差异？

张老五 · 发表于 2010-10-23 14:06

假设不考虑绝缘所导致的微弱体积影响的话
-------------------------------------------------
典型的理论派啊，一看就知道，不要说设计电机，用电机的经验也少得可怜。
绝缘对电机体积的影响很微弱吗？单从绝缘本身的体积来说也许如此，但事情并没有这么简单。要知道，绝缘材料是热的不良导体，而散热，才是影响电机体积的重点！翻开任何一个电机厂的样本就可以知道，同样是箱式电机，同功率同转矩设计基本相同的，开启式散热的电机就要比封闭式的体积小。
事实上，讨论电压对电机体积的影响，首先要明确电压的影响是如何反映在电机设计中的。比如3千伏和6千伏的电机，完全可以用改变并联支路数来做到，这样的话，仅仅增加一点槽绝缘厚度，确实对体积的影响可以忽略。但10千伏就完全不同，仅靠支路数的变化无法完成，槽绝缘的增加幅度不可忽略，更关键的是，10千伏电机必须进行防晕处理，而防晕层的厚度也不可忽略。
实际上，为何要采用高压电机，原因有几个，一个是高压电机减少了配电网络，从而也就减少了变压器、开关、电缆等设备的投入和损耗；二是随着电机容量变大，上级变压器的容量也必须随之变大，包括开关、电缆等等，当电流增加时，这些设备的电流也将随之增加，当电流增加到一定幅度时，上述设备的制造都将变得相当困难；第三，随着电机功率增加到一定程度，同功率同转矩下高电压电机的效率会逐渐超过低电压的电机，高电压电机的体积和成本也会明显小于低电压电机。

xzkiss4 · 发表于 2010-10-23 18:37

根据我个人的想法和工作中接触的，感觉高压可以使电机做小些，只是理论欠缺也分析不出充足的东西来！！

电机学徒工 · 发表于 2010-10-23 18:44

假设不考虑绝缘所导致的微弱体积影响的话
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典型的理论 ...
张老五发表于 2010-10-23 14:06

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分析来分析去，我还是不甚明白。想请问一下：
随着电机功率增加到一定程度，同功率同转矩下高电压电机的效率会逐渐超过低电压电机
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依据呢？

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