发电机主要结构尺寸，先进汽车缓速器理论与试验

1.额定数据

制动力矩T=2000N·m的缓速器，需要同步发电机主要额定数据为：额定功率P_N=6kW，发电机直流电压U_d=190V，额定频率f=200Hz，额定转速n=2000r/min，额定功率因数cosϕ=0.8和相数m=3，采用星形联结（Y₀）。根据式

Uϕ=U_d/2.34 （7-1）

I_N=P_N·10³/mU_ϕcosϕ （7-2）

p=60f/n_N （7-3）

可得其额定相电压Uϕ=81V，额定相电流I_N=31.2A，极对数p=6。

2.主要尺寸

同步发电机磁极结构有凸极和隐极式之分，凸极结构在小型发电机中广泛采用。该发电机采用凸极结构。

在该发电机中转子铁心内径D_il和铁心的长度l_ef取决于发电机的视在功率S_c、转速n_N及发电机利用系数C，并考虑到该发电机为缓速器的一部分，有一定的空间约束。可根据式（7-4）估算出D²_ill_ef。

式中，S_c=mEI_N×10^-3。然后选取合理的主要尺寸比值，式中τ为极距。λ大则发电机细而长，且用铁量多；λ小则发电机粗而短，用铜量多（中小型交流发电机的取值一般为0.5～3）。则可估算得D_il=27.2cm、l_ef=9.4cm，D_il确定后考虑径向空间等要求，确定转子铁心外径D_l=32.4cm。

3.电磁负荷及发热参数选取

该发电机用于汽车缓速器供电系统，工作状态为间断短期工作，考虑到采用少铜设计方案，需选用较低的线负荷值（170～310A/cm），高J_a（8～10A/mm²），高BՄ。由下式（7-5）可以看出发电机A的取值与发电机转子内径D_il及转速有关。

4.电枢绕组设计

该发电机绕组采用单层同心式绕法，转子每极每相槽数q一般都选用整数槽，在该发电机中选取q=1。q选定后根据式z₁=2pmq计算槽数得z₁=36。选择绕组节距b=1，并根据式（7-6）～式（7-8）计算得出绕组节距y₁、绕组短距系数（基波）K_p、绕组分布系数（基波）Kd。

在初选的A的基础上，可根据式计算得到每相串联导体数N=180。并且由公式分析可知，N的大小对电磁负荷A与B_∂有影响。在已确定的发电机主要尺寸下，如果A减小，则B_∂增大，发电机K_c增大，励磁功率增加。故设计时要根据需求对N作相应的变化。

在绕制绕组时，当I_N较大时，为避免采用横截面积太大的导线（单根圆导线的线径d_c尽量不超过1.7mm），可采用a路并联，或N_t根同截面导线并绕。在设计本发电机绕组时，选择并联支路数a=1。每槽导体数N_s与并联支路数a的关系为。根据此式可以得到每槽导体数为15，三根并绕的方法，导体直径d_c=1.55mm。

并且根据下式（7-9）核算其绕组电流密度j_a，得j_a=8.3A/mm²。

式中，q_a为单根导线的横截面积。

在计算出绕组电流密度之后，根据AJ=A·j_a[（A/cm）·（A/mm²）]计算出发电机发热参数AJ=2032.19[（A/cm）·（A/mm²）]，故应选择绝缘等级为F级[2000～5000（A/cm）·（A/mm²）]。(www.xing528.com)

根据导线规格、发电量的要求，先拟定转子绕组的槽形及尺寸，如图7-15所示。

槽满率FK是导线有规则排列时所占的面积与槽的有效面积之比，它可以反映槽内导线的填充程度。

图7-15 转子绕组的槽形及尺寸

根据图7-15提供的尺寸，可以得到槽面积A_s=1.5386cm²，绝缘面积A_i=0.19782cm²，从而得出槽满率为64.1%。

较高的槽满率有利于缩小槽面积，提高铁心利用率，且利于散热。FK过高易引起绝缘损伤，故人工嵌线时FK为75%～80%，机械化嵌线在75%以下，本次设计符合要求。

5.励磁绕组设计

励磁绕组的设计包括励磁绕组匝数、线规及励磁系统对额定励磁电流及电压的设计。

车载电源为自励缓速器的发电机励磁绕组提供电流，其额定电压U_fN=24V。设计励磁绕组时，应先求出额定负载工况下的励磁磁动势F_fN，在本发电机结构中通过磁路计算，初步估算出每极励磁磁动势F_fN=1045A。由初选的额定电流I_fN及磁极尺寸选取励磁绕组每极匝数W_f及线规，且励磁磁动势F_fN、额定电流I_fN及每极匝数W_f应满足

初选额定励磁电流I_fN=2.5A，每极380匝，根据凸极放置励磁绕组的空间及发电机的绝缘等级，选取裸线直径为0.57mm。电流密度j_f的计算公式为

式中，q_f为导线横截面积。

由上式计算得j_f=9.3A/mm²，满足设计要求。

每极励磁绕组电阻

式中，ρ_t=ρ₂₀[1+a（t-20）]——温度t时的电阻率。

由上式计算得R_f=9.6Ω。缓速器发电机的12个励磁绕组并联，其总电阻为R_总=R_f/12=0.8Ω，总电流为I=U/R_总=30A，每个励磁线圈电流为I_i=2.5A。

根据上述计算结果，得到缓速器发电机的接线图，如图7-16所示。

图7-16 缓速器发电机接线图

a）励磁绕组接线图 b）同心式电枢绕组展开图