6.3三相盘式异步电动机的主要尺寸和设计的基本关系式

1.主要尺寸

盘式异步电机铁心的主要几何尺寸，如图6-7所示。对应于柱式电机，其主要尺寸是指铁心的平均直径D_av和铁心径向高度乙_a。这里定义

交流电机的计算视在功率^[1] (kVA)

S_c=m£_a/_axl〇-³                (6-3)

式中m——电枢绕组相数；

E_a——满载时定子绕组每相电动势（V);

/a——定子额定相电流（A)。

E_a = 2K^fN^K_d?0 =             (6-4)

式中r_av = 7t/>_av/2_P在电枢平均直径/)_av的圆周上量度的平均极距；
p--- 极对数；

——气隙磁场波形系数，对于正弦波分布的磁场，心=1 ii.

f—电动势频率（出)；

——定子绕组每相串联导体数；

K_dp——绕组系数，通常用基波绕组系数/C_dpl值代替；

——计算极弧系数；

——气隙磁通密度幅值（T);

n  同步转速（r/min);

0——每极磁通（Wb)。

对于盘式电机，当忽略铁心内外侧气隙磁场的边缘效应时，每 极磁通（Wb)为

0 = a_$r_avL_afi§ = ^a_a {D\-D\)  B_h (6-5)

将上式代人式（6-4)，得

E^2a_bK_BK_dp^N^^ (6-6)

电枢（定子）电流（A)

卜(6-7)

TTuy         lttuS ^

式中4_av——平均直径处的线负荷（A/m)。

将式（6-6)、（6-7)代人式（6-3)，得到乂（kVA)

7T²

5_C =  x 10~³   (6-8a)

₉  60S_cx 10³ _/

^a_hK^nA^  ⁶_^8b)

式（6-8a)和式（6-8b)即为盘式异步电机的设计基本关系式，又 称为主要尺寸方程式。式中S。（kVA〉称为盘式异步电机的计算功 率，Z)〖_vL_a (m³)称为盘式异步电机的计算体积。

如果将式(6-1)、(6-2)中的Z)_av、L_a代入式(6-8b),则可得 (D_{^ D_{) 6Q5_C x IQ³ '

盘式电机的利用系数（kVA*min/m³)

C_d =    = ^a,K_BK_dpnA_awB, x 10^³ (6-9)

盘式电机的电磁转矩（N-m)

:⁼⁼ ^ ^{Cd (} Wa) (6-10)

盘式电机的平均电磁切应力（N/m²)

F T_em 60 itD_avL_a nD_ayL_aR_ay tc^2 d

式中《_av——电枢平均半径（m)。

盘式异步电机的设计基本关系式，在许多文献中都有介绍，形 式略有不同，这里不予罗列。

从上面可以看出，盘式电机的设计基本关系式、电机利用系 数、电磁转矩以及电枢表面的平均电磁切应力等的表达形式及内 涵，均与柱式电机一致。

盘式异步电机单位体积的输出功率〇cW/m³)

(P₂/K) = —^S~^—

Eh

4=把(為卜 （⁶•⑵

式中S/i = /M + /1₂ (m)，为定转子电枢铁心的轴向总厚度（图 6-7);

K_e——电动势系数。

从式（6-12)可以看出：

盘式电机单位体积的输出功率与电机的利用系数，转速成 正比；

盘式电机单位体积的输出功率与电枢平均直径成正比，而 与电枢铁心的轴向总厚度成反比。

3.主要尺寸比、直径比和气隙选择

1.主要尺寸比（A)和电枢直径比尺

盘式电机的主要尺寸比

,L_a Z>i - Z>i K-\   /,,。、

^{a =} [_v ⁼ ^7^ ⁼ K   ⁽⁶-¹³⁾

式中，k = zva为盘式电机电枢(铁心)外径与内径之比值，称为电枢 (铁心)直径比。在盘式电机中，直径比在几何上更直观些。

2.盘式电机电枢铁心的最佳直径比

由于盘式电机沿径向槽内导体数不变，电流不变，因而其线负荷 4随电枢直径的变化而变化。在内径处最大，4 = 而在外径处

最小，4 =  。现分別以平均直径处和内径处的线负荷4^和

代入式(6-8a)，则盘式电机的计算视在功率可分别写成

7T² 1

s_c =巧尺_dp j(辦一 D?)(A + /) 〇A_avfi_fi x 10一³ (6-14)

八2  ₁

5_c = ^a»^B^d_P^(^i - DDDM^^ x 1〇'³  (6-15)

若外径仏给定，改变内径A，可使盘式电机的计算视在功率 S_c达到极大值。

第一种情况：在式（6-14)中，给定4_av、仏和/)丨，对/)丨求 导，可得到S_emax，此时的直径比

第二种情况••在式（6-1S)中，给定/1應、^和，对求导，可得 S_cmax，此时 A^_pt2 = /VDi=^_〇 两种情况下最大计算视在功率比为

(S_cmax)2/(S 麵=0.888,或 (Scmax)l/( *5_cmax)2 ⁼ 1 • 126

即在上述约定条件下，直径比A： = 3较乃时，电机的计算视在 功率要高12.6%。但是5若铁心总厚度不变，即Sh：=a_l+/t =定值，单位铁心 体积的最大计算视在功率之比为⁽⁶嘛⁾²(^1-3)…8/9，…可见，尽管A =3时计算视在功率较大，但A =乃时，单位

体积的计算视在功率却比前者大18.4%。在铁心外径A相同，且平均直径£>av处的线负荷4av也相等的条件下，图6-8为A = 3和尺2 =乃

时，盘式电机的线负荷沿径向分布的情况。这时，« 1.54丄即大50%左右。此外，直径比太大，使选取的内径A过分小，该处线负荷过高，除对电机散热不利外，还使绕组端部布置存在困难。因此，盘式电机的最佳直径比，以选取乃左右为宜。通常，建议如下选取：

P2^l〇kW X =1.4 〜1.7

P2>1.0kW K = 1.7 〜2.0

另外，在确定直径比K及仏、A时，还要按下式初步确定转轴直径d (cm)的大小。

rf = 5(rN/rt)l/3     (6-16)

式中 rN = 9550PN/nN额定转矩（N*m);

PN——额定输出功率（kW);

--- 额定转速（r/min)。

rt——转轴材料许用应力（N/mm2);

对于 35 # 轴钢  = 58.86N/mm2;

对于 40# 轴钢 rt = 64.75N/mm2;

对于 45 # 轴钢 = 70.63N/mm2。

在定子铁心内径与转轴之间，要保证有足够距离，以满足定子线圈端部伸出长度及绝缘距离的要求。因此，也可以根据式（6-16)，求出轴径d，再按/5c/,决定从，选定合适的直径比尺，最后确定/),。

3.气隙的选择

由于受开带机精度的限制，定转子铁心冲卷后若不增加磨平面 的工序，其平面度往往难以满足要求，影响了气隙的均匀性。再加 上轴向磁吸力的存在，因此，盘式电机的气隙，比同容量同转速的 柱式电机要销大一些。另外，也可按下式初选气隙5。

S - 0.03 + Z)_av/600 (cm)

式中D_av——铁心平均直径（cm)。