笼型感应发电机的电磁设计优化

1.电磁设计程序简介

电磁设计是电机设计的关键环节。电机的电磁设计通常是指根据有关国家标准和设计任务书的要求，参照生产实践经验，计算确定电机的主要尺寸、定转子槽配合及铁心冲片槽型尺寸、定转子绕组设计、进行磁路计算、参数计算以及运行性能计算等。一般情况下，只有电磁设计完成后，才能进行电机的结构设计。

（1）电磁设计程序所依据的主要原理

笼型感应发电机进行电磁设计程序编制时，所依据的原理就是感应电机的等效电路，一般依据Г型近似等效电路，如图7-16b所示，图中，C₁=1+X₁/X_m。实际上，笼型感应发电机的电磁设计程序就是围绕等效电路编制的。在选定铁心和绕组的基础上，通过磁路计算可以计算出励磁参数；通过参数计算可以计算出定转子漏阻抗参数；然后就可以利用等效电路计算出发电机的性能。与T型等效电路（见图7-16a）相比，利用Г型近似等效电路进行设计计算时，计算工作有了很大简化，转子电流也具有令人满意的精度，但励磁电流和定子电流稍稍偏大。如果励磁电流和定子电流的计算偏差已经明显影响到性能计算精度，则应考虑采用T型等效电路。

图7-16 感应发电机的等效电路

a）T型近似等效电路 b）Г型等效电路

要想根据等效电路计算发电机的性能，需要预先计算确定等效电路中的各个参数。其中励磁电流I_m和励磁阻抗Z_m=R_m+jX_m可通过磁路计算求出，定、转子漏阻抗参数Z₁=R₁+jX₁和Z₂=R₂+jX₂可利用磁链法通过参数计算求出。上述参数计算确定后，就可以根据等效电路计算出发电机额定运行情况下的定、转子电流，进而计算出发电机的各项运行性能。

进行定、转子电流计算时，常常首先计算出各电流额定运行时的有功分量和无功分量，然后再分别计算出各电流的实际值。图7-17所示为感应发电机的电流相量图。

图中，U为相绕组端电压；为定子电流；为转子电流；为励磁电流；为转子电流有功分量；为定子电流有功分量；为励磁电流铁耗分量；为定子电流无功分量；为励磁电流磁化分量；为转子电流无功分量。由图7-17可以看出上述电流之间具有如下关系：

图7-17 感应发电机的电流相量图

发电机磁路计算、参数计算和性能计算的原理请参照本章第二节的有关内容。

（2）电磁设计程序的结构与内容

根据以上原理分析，电磁设计程序应分为以下几个部分，并按以下顺序进行计算：

1）额定数据：可根据有关国家标准和设计任务书确定。包括额定功率、额定电压、频率调节范围和额定频率、转速调节范围和额定转速、绝缘等级、冷却方式、防护型式等。

2）定子铁心和绕组：包括确定主要尺寸、定子槽数和槽形尺寸，确定定子绕组结构、选择和计算线规、电流密度等。

3）转子铁心和绕组：包括确定转子槽数和槽形尺寸，确定转子笼型绕组结构和有关数据等。

4）磁路计算：计算每极磁通量，计算磁路各部分的磁密、空载磁压降、饱和系数，确定空载电流和励磁阻抗等。

5）参数计算：计算确定定、转子电阻和漏电抗参数（包括定、转子槽漏抗、谐波漏抗、端部漏抗等）。

6）性能计算：计算确定定子电动势和额定转差率，计算确定发电机各项损耗和效率、计算稳态短路电流以及电压调整率等。

（3）如何保证计算精度

进行感应发电机的电磁设计时，有些物理量只有计算到一定阶段后才能确定下来，然而，往往在设计计算的初始阶段就需要这些物理量参与运算，这时，常需要根据经验先给出一个假定值，通过返工计算来最后确定之。(www.xing528.com)

本计算程序中设置了三处返工计算，以便保证电磁设计的计算精度。

1）饱和系数的返工计算；

2）满载电动势系数的返工计算；

3）额定效率的返工计算。

2.电磁设计程序和算例

本程序为笼型感应发电机电磁设计程序，共计100项，分为以下4个部分，即额定数据及主要尺寸、磁路计算、参数计算、性能计算。给出了一台4极、额定电压690V、额定功率1500kW的笼型感应发电机的电磁设计算例。本设计程序和算例只用来说明笼型感应发电机的电磁设计方法，并非笼型感应发电机的最佳设计，因此，仅供读者参考。

笼型感应发电机电磁设计程序计算例

（续）

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