特殊负载下的电机设计相关问题

天涯浪子

不知道楼主做方案了没有？
我估算了一个方案，铁心冲片是用50W470来算的，铁耗值很少，主要是因为磁密非常的低，这样看来可以使用50W310或是50w400来做了。方案的额定功率按70kw，定子铁心外径740mm，铁心长250mm，采用多风道的径向通风，风道数8  风道宽6mm，这样可以增加定子的散热面积。磁密及损耗值如下：
             磁 密 T      磁路长mm      场 强A/cm     磁 势A
c1            0.2353        109.2            0.37           2.7
t13          0.5882                             0.73
t12          0.6287         46.0             0.77           3.5
t11          0.6752                             0.81
δ             0.2948          5.0                                1546.0
t21          0.7282                             0.87
t22          0.7209        110.9            0.86           9.6
t23          0.7137                             0.86
c2           0.2533         66.7              0.39           1.7
pfe=  1.63  pcu1=  1.42 pcu2=  2.29

天涯浪子

定转子的计算温升很低，稳定温升计算值都低于20K。上述方案定子铜重33.3kg，那么135kw，运行5分钟短时过载温升计算如下：绝热状态时1.93×1.93×1.42×1000×5×60÷380÷33.3=125.4K，由于电机转速很高，且铁心比较段，风道多，开启式自通风，散热会非常的好，这样5分钟的短时过载的温升可保守的取绝热时的70%，则温升为88K，最高温度为40+88+20=148°，低于F级绝缘的最高允许温度155°。根据我的经验，135KW，运行5分钟时的温度不会高于135°的。

张老五

磁密好低啊，这样是不是体积太大了？

forlink

磁密好低啊，这样是不是体积太大了？
张老五 发表于 2010-9-26 19:51

                               
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    肯定大了，我们接受不了这个外径尺寸，最好在400mm左右，不能超过500mm。

天涯浪子

20极  做凸极的话  要是能做到740mm的定子外径难度会相当的大  磁密是比较低了  做20极 我最小也就能做到700mm的外径了  除非能做3000rpm  16极  这样估计650mm能做下来

欧阳庆

forlink的这一问题比较难弄； 我觉得，（1）在要求定子外径不超过500毫米的情况下，用通常的凸极结构是否能达到要求；如果无法达到所要的技术要求而只是纸上谈谈而已，那就不别考虑那些细节的东西。（2）请各位考虑一下，同步发电机的过载能力究竟是多少？按楼上各位按发热的方案考虑得结果来看，输出功率好像不超过70千瓦就可；（3）依我的看法，在考虑发热和电机的过载能力的条件下，保守的功率105千瓦，胆大的设计可以将电机的功率缩小到90千瓦，同时认真的考虑电机结构和绝缘等级；以上的考虑不一定成熟，仅供参考而已。

forlink

forlink的这一问题比较难弄； 我觉得，（1）在要求定子外径不超过500毫米的情况下，用通常的凸极结构是否能 ...
欧阳庆 发表于 2010-9-28 09:40

                               
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哦，欧阳大师认为电机应该按照105kw设计，那也就是认同水轮发电机过载能力与过载时间的关系了。那么现在纠结的问题就是我这个中频发电机的工作过程，与水轮机的过载运行，是否是一回事？

欧阳庆

很显然，相对而言，同容量的同步电机的过载能力远要小于异步电机的过载能力； 过载能力的大小表现为某类型的电机，例如，串励类， 开关磁阻类电机的过载能力就大，可以达到额定的3倍或更高； 从本质上讲，中频同步发电机与工频的同步发电机没有区别。forlink先生也许比我更明白，何参数影响同步电机的过载能力。

标准答案

的确同步电机有个过载能力的问题，前面讨论的焦点主要集中在了发热问题上，对过载能力考虑不足，建议楼主在做电磁计算时充分考虑这一点，校核一下过载能力是否满足要求。

天涯浪子

同步电机的静过载能力是受限于电磁设计的固有特性，一般都比较小。
大的过载能力可以通过强励来实现。

jingli169

看了以上的讨论很受启发，做成同步电机体积要减小很困难的，如果作成绕线式异步化同步电机体积应该能缩小。非要作成同步电机吗？

forlink

看了以上的讨论很受启发，做成同步电机体积要减小很困难的，如果作成绕线式异步化同步电机体积应该能缩小。 ...
jingli169 发表于 2010-9-28 20:25

                               
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可以不是凸极式的，但是转速和频率是要保持固定不变的，这个只能是同步电机才能实现的吧。
    你的绕线式异步化同步电机，有什么特点呢，为什么体积可以小？

张老五

同步机过载能力小吗？说反了吧，同步机可以强励，异步呢？
即便不考虑发热，只看转矩。这么大小 的异步机不会超过2倍，再考虑一下稳定运行区域的限制，最多也就1.6倍罢了。同步机呢？加1.1倍的励磁，不算机械强度和发热，差不多也有1.6倍了吧。再说同步机的励磁可不止1.1倍

jingli169

结构和绕线式异步电机一样，只是绕组的接法稍微有点不同，通直流励磁电流就可以。
    凸极的受限于强度的问题，磁极极身不能过小，当然也可以做成实心磁极的，但由于转速很高，磁极线圈的侧应力也比较大，极间可能需要撑块，这样的话就需要更大的极间空间了，加上极数很多，所需空间就要很大，这样体积也就大了。

张老五

恰恰 相反，在极数相同的条件下，凸极是有可能做到更小的。
隐极是分布绕组，有绕组系数，还有齿槽效应。凸极是集中绕组，绕组系数大。
隐极有齿，所以槽不可能开得很深。凸极只有一个大齿，槽有多深，只受几何尺寸的限制。也就是说，隐极的励磁绕组的可占的面积是不如凸极的。
再从工艺上说，隐极必需下线，槽满率受限制，匝数也不能太多。凸极可以一个极一个极地绕线，匝数可以很多。

forlink

很显然，相对而言，同容量的同步电机的过载能力远要小于异步电机的过载能力； 过载能力的大小表现为某类型的 ...
欧阳庆 发表于 2010-9-28 11:41

                               
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多谢欧阳大师的质疑，您指的是同步电机里面的静态过载倍数吗？我觉得是这样的，发电机只要能够实现强励，是可以提高过载能力的。2-3倍的过载是不成问题的，如果我设计到额定功率为70kw，最大峰值功率有135kw，完全可以满足要求。

欧阳庆

不错,大家都觉得同步发电机可以用强励对其励磁, 但强励是正常的运行状态吗? 又能长时间励磁吗? 在强励条件下转子能否承受如此长的运行时间? 转子的热容量够吗? 希望大家去看看强励是在何种条件下使用的, 不要将非正常态的东西用到常态下, 那是要付出代价的.

张老五

强励只是相对于额定值而言，并非不正常状态。现在矛盾在定子上，不再转子上

天涯浪子

回复 36# 张老五


  做凸极极间空间是比较大，从道理上说可以绕很多匝，但是对于极数多，转速高的电机，由于离心力大，磁极只能做实心的,加工难度也大，不然强度过不去，再者，线圈的离心力大，侧应力也就很大，线圈会变形甚至被拉断，这就需要极间加撑块，这样极间就需要很大的空间，这样一来电机就要做大了，这样容量的电机匝数越多越线越细加上转速高，是很容易出问题的，这是一种矛盾。 小容量多极高转速的中频电机做凸极体积小不下了，至少目前见到过都比较大。

张老五

回复 40# 天涯浪子


    各有难处，谁让楼主的要求那么特别呢。
磁极的安装不是问题，同步机的转子，也没有必要用叠片的。至于极间撑块的问题，这也是免不了的，凡事都有代价，就看主要矛盾在哪。以这20极的设计方案，每极需要几槽绕组来励磁？齿宽又能是多少？如何布置？