串激电机电磁设计程序
一、程序简介
1．本程序适用于电动工具、家用电器等以输入功率或输入电流作为额定指标的串激电机设计，也可以作为机车牵引串激电机的设计参考。
2．本程序适用于初学者手工设计的初步计算,设计时需要一定经验数据做参考,请结合最后所列参考资料同时使用。
3．本程序追求的计算精度为10%，需要提高计算精度，则应采用计算机软件计算。
4．对本程序有任何疑问，请在http://www.MotorCAD.net论坛公开交流。突破个人经验的局限，播撒文明传承的火种，完成从“钻木取火”到“气体打火机”的跨越，需要我们共同努力。
二、电磁设计程序
（一）额定参数和工作条件 (核算时只要前面1.2.4项即可)
1额定电压
(V)
2额定频率
(HZ)
（直流串激电动机可按频率为0Hz计算）
3额定输入功率
(W)
4额定电流
（A）
(其中Cos直流为1,交流取0.9)
5额定转速
（r/min） (应按要求的转速提高10%来设计)
6额定输出功率
(W)
7额定输出转矩
(N.m)
(输出功率和转矩为最重要工作条件，有条件时应对负载特性进行实际测试，作出曲线，负载特性曲线和电机特性曲线的交点，即为工作点。)
8绝缘等级，工作制，使用环境等
(此相关项目与发热温升有关，非常重要，但对核算性能无影响。)
（二）定子冲片尺寸及计算
(设计新电机应尽可能的选择现有冲片，便于自动化生产；一般冲片一致工装模具可以通用。)
1定子外径
（cm）
2定子外形X方向
（cm）
3定子外形Y方向
（cm）
4定子轭高
（cm）
5定子内圆半径
（cm）
6定子内圆半径偏心距
（cm）
7定子极弧宽度
（cm）
8定子极身宽度
（cm）
9线槽半径
（cm）
计算：
10定子轭磁路长度 
（cm）
(为轭部中心之长度，此公式应按照实际适当修正。)
11定子极身高度 
（cm）
12定子线槽有效面积
13极弧系数
(
为极弧宽度bpa在定子内圆所占角度)
（三）转子冲片尺寸及计算
1转子外径
（cm）
2转子内径
（cm）
3转子槽数
（cm）
4转子槽口高度
（cm）
5转子槽楔厚度
（cm）
6转子槽深
（cm）
7转子槽口宽度
（cm）
8转子槽上部宽
（cm）
9转子槽底半径
（cm）
计算：
10转子齿宽
（cm）
（对非平行齿，t取靠近最狭处的
处的轭高）
11转子齿磁路长度
(cm)
12转子轭高
(cm)
(转轴复有绝缘层)
(转轴不复绝缘层)
13转子轭磁路长度
(cm)
14转子槽有效面积 
（应除去槽绝缘和槽锲所占面积）
15转子齿距
16转子外齿宽
（cm）
17转子槽宽
平行齿 （cm）
非平行齿 （cm）
18转子槽形系数
19气隙长度
（cm）
(气隙长度大可以适当减少气隙不平衡引起的振动)
20气隙系数
21极距
(cm)
22计算极距
(cm)
（四）其它结构尺寸及计算
1换向器外径
（cm）
2换向器片数
3电刷长度
（cm）
电刷宽度
（cm）
4电刷压降
（V）
5电刷偏离几何中心线的角度
=
(弧度)
当采用接线借偏方式时，
（弧度）
为接线借偏片数
6转子绕组端部长度系数
(cm)
推荐为
(当
小于4cm)
(当大于4cm)
(应根据实际工艺情况取值)
7铁芯长度
（cm）
计算：
8换向器片距
(cm)
9换向区域宽度
(cm)
式中：
应满足
，否则重新设计相关项目
10实槽节距
11短距系数
12虚槽节距
13前节距
14转子单位漏磁导
15定子轭部质量
（kg）
16定子极身质量
（kg）
17转子轭部质量
（kg）
18转子齿部质量
（kg）
19硅钢片质量
(kg)
（五）转子参数及计算
(核算时直接输入数据，设计时选择电流密度确定线径，根据槽满率确定匝数)
1转子绕组线规
(mm/mm)
绝缘导线外径
铜线直径
2转子导线截面
（mm2）
3每元件匝数W2
4转子总导体数
5转子每槽导体数
8转子槽满率
（
应不大于0.76，如用自动绕线机绕制则不宜大于0.65）
9转子绕组平均半匝长
(cm)
10转子绕组电阻
（
）
11最大工作电流估算
(A)
一般应满足
，否则重新设计相关项目
12转子绕组用铜量
(kg)
（六）磁路及换向计算
(核算时先算第七部分----定子参数，设计时先算磁路)
1计算电流
（A）
(其中Cos直流为1,交流取0.9)
2转子绕组电密
（A/mm2）
3转子线负荷
（A/cm）
4转子热负荷
一般应满足
，和工作条件有关，以实际经验为准
5电刷电密
（A/cm2）
6旋转电势
(V)
——设计时定子电阻R1可先假定和R2相等，然后返回进行修正计算——
7假定气隙磁密
----核算时从此开始返工迭代计算磁路，设计时取0.4-0.6T----
8每极磁通幅值
(Wb)
9转速
交流：
(r/min)
直流：
(r/min)
(设计时如果转速不符合要求，可调整转子匝数、铁芯长度、气隙磁密重算有关项目)
10转子旋转频率
11换向器线速度
(m/s)
12转子线速度
(cm)
13换向元件中电抗电势
(V)
14换向元件中变压器电势
(V)
15换向元件中电枢反应电势
(V)
16定子轭部磁密
（T）
17电枢轭部磁密
（T）
18定子极身磁密
(T)
19气隙磁密
(T)
20电枢齿部磁密
(T)
21定子轭磁场强度
(A/cm)
（按
查相应材料的50Hz磁化曲线）
22定子极磁场强度
(A/cm)
（按
查相应材料的50Hz磁化曲线）
23转子轭磁场强度
(A/cm)
（按
查相应材料的50Hz磁化曲线，如果f2>100则乘以f2/100进行修正）
23转子齿磁场强度
(A/cm)
（按
查相应材料的50Hz磁化曲线，如果f2>100则乘以f2/100进行修正。当
时按转子片计算部分的第18项槽形系数
进行修正）
(磁路计算误差是最大的误差来源，按上面的办法，在计算精度要求不高时可以适用)
24气隙激磁磁势
(A)
25定子轭激磁磁势
(A)
26定子极激磁磁势
(A)
27转子轭激磁磁势
(A)
28转子齿激磁磁势
(A)
29借偏去磁磁势
(A)
(虚三槽电机)
(虚两槽电机)
30换向增磁磁势
（A）
31电枢反应磁势
(A)
32总激磁安匝
交流：
直流：
（七）定子参数及计算
1定子每极匝数
（取整数）
----设计时以此计算定子，核算时重新假定气隙磁密返工迭代计算，直到两边相差小于5%----
2定子线圈线规
（mm/mm）
绝缘导线外径
铜线直径
（结合下步要计算的电流密度
或定子铜耗的限值要求，核对定子线圈宽度
在定子槽内安放的可能性，按设计计算程序附表一可初步选定导线线规。）
3定子导线截面
（mm2）
4定子线圈电密
（A/mm2）
5定转子安匝比
6定子线圈线模宽
(mm)取整数
（当
小于3cm）
（当大于3cm）
7定子线圈线模长
（mm）
|
铜线标称直径 |
|
|
小于0.45 0.45~0.5 大于0.5 |
3 4 5 |
8定子线圈线模高
（mm）
9定子线模每层匝数
(取0.5的整数)
取0.05，当
取0.03，当
10定子线圈宽度
（mm）
(检验定子窗口能否安放)
11定子线圈平均每匝长度
（mm）
12定子绕组电阻
（Ω）
(此部分应根据实际工艺情况取值计算，只要电阻计算正确即可)
——设计时返回磁路计算的第6项旋转电势,对转速进行修正计算——
13定子绕组用铜量
(kg)
（八）性能计算
1定子漏抗压降
（V）
2转子漏抗压降
（V）
3定子绕组自感电势
（V）
4电枢绕组自感电势
（V）
5端电压无功分量
(V)
6端电压有功分量
(V)
7修正旋转电势
(V)
8电磁功率
(W)
9定子铁耗
定子轭和极身单位铁耗
（W/kg）
定子极身铁耗
（W）
定子轭部铁耗
（W）
10转子铁耗
转子齿单位铁耗
（W/kg）
转子轭单位铁耗
（W/kg）
转子轭部铁耗
（W）
转子齿部铁耗
（W）
11换向电气损耗
当
当
12换向压降损耗
(W)
13定子铜耗
(W)
14转子铜耗
(W)
15风摩机械耗
(W)
（采用轴流式风扇时，可根据风扇外径
按计算程序附图一查取。当采用离心式风扇时，应将查的数乘以1.2）
16输入功率
(W)
17输出功率
(W)
19效率
20功率因数
21输出转矩
(N.m)
计算说明:本手算程序忽略铁耗造成的磁通相角（一般额定工作时磁通相角余弦值为0.995左右，不会带来太大的误差）从而避免了多次调整原始参数返工迭代计算、不但繁复、且十分容易出错的问题。先假定功率因素(=0.9或1)计算旋转电势,以此确定磁通和转速,最后对旋转电势进行修正,得到电机功率,返工迭代大为减少,因此较适合于手工计算。当然，如果要提高计算精度，则需要编制软件对相关参数进行返工迭代计算。
与手算程序相反的是,软件计算应尽可能少作简化,尽量把已经简化的算法还原。
三、参考资料
1汪镇国《单相串激电动机的原理设计制造》上海科学技术文献出版社，1991.2
2汪国梁《单相串激电动机》陕西科学技术出版社，1980.12
3何松波.施进浩《微特电机设计程序---- 第十章串励电动机》信息产业部21研究所(供稿：周士宣)
4[美]Jimmie J.Cathey著 南昌大学.戴文进译《电机原理与设计的MATLAB分析---- 第5章直流电机》电子工业出版社.2006.7
