Y160M2三相異步電動機電磁設計要點

1、Y2-160M1-2三相異步電動機電磁設計及工藝分析摘要 IAbstract II第一章緒論 -4 -1.1工程背景 -4 -1.2該課題設計的主要內(nèi)容 -4 -第二章 三相異步電動機 -6 -2.1三相異步電動機結構 -6 -2.1.1 異步電動機的定子結構 -7 -2.1.2 異步電動機的轉(zhuǎn)子結構 -8 -2.1.3 三相異步電動機接線圖 -8 -2.2三相異步電動機工作原理 -9 -2.3三相異步電動機的機械特性和工作特性 -12 -第三章 三相異步電機電磁設計 -14 -3.1主要尺寸和空氣隙的確定 -14 -3.2定子繞組與鐵芯設計 -14 -3.2.1定子繞組型式和節(jié)距的選擇 -1

2、5-3.2.2定子沖片的設計 -16-3.3額定數(shù)據(jù)及主要尺寸 -17 -3.4磁路計算 -19 -3.5性能計算 -22 -3.5.1 工作性能計算 -22 -3.5.2 起動性能計算 -26 -第四章 電機轉(zhuǎn)動軸的工藝分析 -28 -4.1轉(zhuǎn)動軸的加工工藝分析 -28 -4.2選擇設備和加工工序 -30 -4.3 成品的最后工序 -31 -小結與致謝 -32 -參考文獻 -33 -附 錄 -34 -附錄A:電動機電磁設計源程序 -34 -附錄B:定轉(zhuǎn)子沖片圖 -44 -Y2-160M1-2三相異步電動機電磁設計及工藝分析Y2-160M1-2三相異步電動機電磁設計摘要：由于本設計書是針對三相

3、異步電動機電磁系統(tǒng)進行的設計研究和工藝分析，先簡單的了解電機行業(yè)的發(fā)展狀況再查閱一些三相異步電動機的相關文獻， 然后通過閱讀關于三相電動機的相關論文，了解到三相異步電動機的一些相關 領域知識，同時針對性的了解丫2系列三相異步電動機，及其設計特點，參考具體文獻進行電磁設計，深入具體研究丫2-160M1-2型號三相異步電動機，對其工藝優(yōu)缺點進行具體分析。關鍵詞：Y2-160M1-2 ;定轉(zhuǎn)子；繞組分布；電磁設計I湖南工程學院應用技術學院畢業(yè)設計AbstractThis article mainly about electromagnetic design and calculation of mo

4、tor. First it determined the main dimensions related to the electromagnetic properties of the Y2-160M1-2 motor based on the parameters of dsign task and technical conditions. Then it selected the number of slots of stator and rotor and right slots. I not only used to draw size chart of stator, rotor

5、 and coil but also draw distribution of groove and winding. I calculated some basic amount such as the nu mber of con ductors in series per phase and slot fill factor. Then I selected the related materials. I have completed the electromagnetic calculations of this motor . Then I adjusted the paramet

6、ers repeatedly. I did a lot of work to make its tech nical in dicators meet the requireme nts of the missi on stateme nt. I n the last I desig ned the motor that meet the requireme nts of the mission statement.Key Words: Y2-160M1-2, stator and rotor, winding distribution, electromagnetic#Y2-160M1-2三

7、相異步電動機電磁設計及工藝分析第一章緒論1.1工程背景三相異步電動機具有結構簡單，價格低廉，維修方便等優(yōu)點，在電網(wǎng)的總負載中， 異步電動機的容量約占整個動力負載的85%是目前工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用最廣泛的一種電動機，可見其使用的廣泛性和重要性 。此外，異步電動機還派生出了各種防護型式以 適應不同環(huán)境條件的需要，也具有較高的效率和較好的工作特性。異步電動機可分為鼠 籠式異步電動機和繞線式異步電動機，兩者相比，鼠籠式異步電動機在運行、維護及成 本方面都比繞線式異步電動機更有優(yōu)勢。因此本設計對Y2-160M1-2電機進行了電磁設計計算。1.2該課題設計的主要內(nèi)容1. 設計目標：設計出電機的主要性能指標，如

8、起動轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩、起動電流倍數(shù)、效率和功率 因數(shù)等要滿足設計任務書的要求。在此基礎上，部分性能指標最好有所改善。2. 設計的范圍：包括根據(jù)相關技術手冊確定與電機的電磁性能有關的主要尺寸、槽形及槽配合、繞 組型式和節(jié)距、線規(guī)和材料等，用 MATLAB程進行電磁計算，用 CAD畫出定、轉(zhuǎn)子沖 片圖及繞組分布圖。3. 設計依據(jù)：(1) 類似電機的電磁設計資料。(2) 國家現(xiàn)行有關設計規(guī)程、技術手冊，主要包括： 實用電機設計計算手冊(黃堅，郭中醒主編)Y2系列三相異步電動機技術條件(JB/T8680.1-1998)4. 本文的主要工作：(1) 三相鼠籠式異步電動機主要參數(shù)的確定根據(jù)設計任務書的要求，

9、結合相關的技術手冊，確定出與電機電磁性能有關的主要 尺寸、槽形及槽配合、繞組型式及節(jié)距、線規(guī)和材料。(2) 電磁計算根據(jù)所確定出的主要參數(shù)，編程進行電磁計算，計算可分為四個模塊，包括額定數(shù) 據(jù)及主要尺寸計算、磁路計算、參數(shù)計算和起動計算。在計算過程中需要反復調(diào)整相關參數(shù)，直到計算出的主要性能指標達到設計任務書的要求。(3) CAD畫圖本設計中使用CAD畫出定、轉(zhuǎn)子沖片圖，槽形尺寸圖和定子繞組分布圖-13 -第二章二相異步電動機2.1三相異步電動機結構電機的機組結構主要由磁路部分，電路部分以及機械三部組成，如圖。磁路又是由定子 鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心構成的。定子鐵心是由0.35m葉0.5mm厚表面涂有絕

10、緣漆的薄硅鋼片疊壓而成，減少了由于交變磁通通過而引起的鐵心渦流損耗。鐵心內(nèi)圓有均勻分布的槽 口，用來嵌放定子繞圈用的。轉(zhuǎn)子鐵心用 0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成，套在轉(zhuǎn)軸上，作 用和定子鐵心相同，一方面作為電動機磁路的一部分，一方面用來安放轉(zhuǎn)子繞組。電路 部分是由定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組構成的。定子繞組三相繞組由三個彼此獨立的繞組組成， 且每個繞組又由若干線圈連接而成。線圈由絕緣銅導線或絕緣鋁導線繞制。機械部分主 要是機座、端子、軸和軸承等組成。散熱筋吊環(huán)轉(zhuǎn)軸定子鐵心宦子繞組風射 軸承蓋端蓋接線盒機座圖2.1電機主要結構異步電動機根據(jù)轉(zhuǎn)子的繞組的結構不同，可分為鼠籠式和繞線式兩種。鼠籠式異步 電動機的

11、轉(zhuǎn)子繞組本身自成閉合回路，整個轉(zhuǎn)子形成一個堅實的整體，其結構簡單牢固、 運行可靠、價格便宜，應用最為廣泛，小型異步電動機絕大部分屬于這類。繞線式異步 電動機的結構比鼠籠式復雜，但啟動性能較好，需要時還可以調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。三相 鼠籠式異步電動機的結構較為優(yōu)越。2.1.1異步電動機的定子結構定子是用來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的，主要由定子鐵心、定子繞組和機座等部分組成。鼠籠 式和繞線式異步電動機的定子結構是完全一樣的。(1) 定子鐵心：異步電動機定子鐵心是電動機磁路的一部分，由0.35m m0.5mm 厚表面涂有絕緣漆的薄硅鋼片疊壓而成，由于硅鋼片較薄而且片與片之間是絕緣的，所 以減少了由于交變磁通通過而引

12、起的鐵心渦流損耗。鐵心內(nèi)圓有均勻分布的槽口，用來 嵌放定子繞圈(2) 定子繞組：是三相電動機的電路部分，三相電動機有三相繞組，通入三相對 稱電流時，就會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。三相繞組由三個彼此獨立的繞組組成，且每個繞組又由 若干線圈連接而成。每個繞組即為一相，每個繞組在空間相差120。電角度。線圈由絕緣 銅導線或絕緣鋁導線繞制。中、小型三相電動機多采用圓漆包線，大、中型三相電動機的定子線圈則用較大截面的絕緣扁銅線或扁鋁線繞制后，再按一定規(guī)律嵌入定子鐵心槽內(nèi)。定子三相繞組的六個出線端都引至接線盒上，首端分別標為U1, V1, W1，末端分別標為U2, V2, W2。這六個出線端在接線盒里的排列方式，可以

13、接成星形或三角形連 接。(3) 機座是電動機的外殼和支架，它的作用是固定和保護定子鐵心、定子繞組并 支撐端蓋，所以要求機座具有足夠的機械強度和剛度，能承受運輸和運行過程中的各種 作用力。中、小型異步電動機通常采用鑄鐵機座，定子鐵心緊貼在機座的內(nèi)壁，電動機 運行時鐵心和繞組產(chǎn)生的熱量主要通過機座表面散發(fā)到空氣中去，因此，為了增加散熱 面積，在機座表面裝有散熱片。對大型異步電動機，一般采用鋼板焊接機座，此時為了 滿足通風散熱的要求，機座內(nèi)表面與鐵心隔開適當距離，以形成空腔，作為冷卻空氣的 通道。2.1.2異步電動機的轉(zhuǎn)子結構轉(zhuǎn)子是異步電動機的轉(zhuǎn)動部分，它在定子繞組旋轉(zhuǎn)磁場的作用下獲得一定的轉(zhuǎn)矩而

14、旋轉(zhuǎn)，通過聯(lián)軸器或皮帶輪帶動其他機械設備做功。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸 等部分組成。（1）轉(zhuǎn)子鐵心是用0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成，套在轉(zhuǎn)軸上，作用和定子鐵心相同，一方面作 為電動機磁路的一部分，一方面用來安放轉(zhuǎn)子繞組。（2）轉(zhuǎn)子繞組異步電動機的轉(zhuǎn)子繞組分為繞線形與籠形兩種，由此分為繞線轉(zhuǎn)子異步電動機與籠形異步電動機。 繞線形繞組：與定子繞組一樣也是一個三相繞組，一般接成星形，三相引出線分別接到轉(zhuǎn)軸上的三個與轉(zhuǎn)軸絕緣的集電環(huán)上，通過電刷裝置與外電路相連，這就有 可能在轉(zhuǎn)子電路中串接電阻或電動勢以改善電動機的運行性能。 籠形繞組：在轉(zhuǎn)子鐵心的每一個槽中插入一根銅條，在銅條兩端各用一個銅環(huán)（

15、稱為端環(huán)）把導條連 接起來，稱為銅排轉(zhuǎn)子。也可用鑄鋁的方法，把轉(zhuǎn)子導條和端環(huán)風扇葉片用鋁液一次澆 鑄而成，稱為鑄鋁轉(zhuǎn)子，100kW以下的異步電動機一般采用鑄鋁轉(zhuǎn)子。2.1.3三相異步電動機接線圖三相異步電機接線圖：三相電動機的三相定子繞組每相繞組都有兩個引出線頭。一頭叫做首端，另一頭叫末端。規(guī)定第一相繞組首端用 D 1表示，末端用D 4表示；第二 相繞組首端用D2表示，末端用D5表示；第三相繞組首末端分別用 D3和D6來表示。這 六個引出線頭 引入接線盒的接線柱上，接線柱相應地標出D1D6的標記，見圖（1）。三相定子繞組的六根端頭可將三相定子繞組接成星形或三角形，星形接法是將三相繞 組的末端并

16、聯(lián)起來，即將D4 D5 D6三個接線柱用銅片連結在一起，而將三相繞組首端分別接入三相交流 電源，即將D1,D2,D3分別接入A B C相電源，如圖 所示。 而三角形接法則是 將第一相繞組的首端D1與第三相繞組的末端D6相連接，再接入一 相電源；第二相繞組的 首端D2與第一相繞組的末端D4相連接，再接入第二相電源； 第三相繞組的首端D3與第 二相繞組的末端D5相連接，再接入第三相電源。即在接線板上將接線柱D1和D6 D2和D4 D3和D5分別用銅片連接起來，再分別接入三相電源， 如圖（3）所示。一臺電 動機是接成星形還是接成三角形，應視廠家規(guī)定而進行，可以從 電動機銘牌上查到。三相 定子繞組的首

17、末端是生產(chǎn)廠家事先設定好的，絕不可任意顛 倒，但可將三相繞組的首末端一起顛倒，例如將三相繞組的末端 D4 D5 D6倒過來作 為首端，而將D1、D2 D3作為末端，但絕不可單獨將一相繞組的首末端顛倒，否則將 產(chǎn)生接線錯誤。如果接線盒中發(fā) 生接線錯誤，或者繞組首末端弄錯，輕則電動機不能 正常起動，長時間通電造成啟動電流過大，電動機發(fā)熱嚴重，影響壽命，重則燒毀電動機繞組，或造成電源短路。在承受相同電壓及相同線徑的繞組線圈中，星型接法比三角型接法每相匝數(shù)少根號3倍（1.732倍），功率也小根號3倍。成品電機的接法已固定為承受電壓 380V, 般不適 宜更改。只有三相電壓級別與正常 380V不同時才改

18、變接法，如三相電壓 220V級別時， 原三相電壓380V星型接法改為三角型接法就能適用；如三相電壓 660V級別時，原三相 電壓380V三角型接法改為星型接法就能適用，其功率不變。一般小功率電機是星型接 法，大功率的是三角接法。額定電壓下，應該使用三角形連接的電動機，如果改成星形 連接，則屬于降壓運行，電動機功率減小，啟動電流也減少。額定電壓下，應該使用星 形連接的電動機，如果改成三角形連接，則屬于超壓運行，是不允許的。大功率電機（三 角型接法）起動時的電流很大，為了減少起動電流對線路的沖擊，一般采用降壓起動， 原三角型接法運行改為星型接法起動就是其中一種方法，星型接法起動后轉(zhuǎn)換回三角型接法運

19、行。2.2三相異步電動機工作原理目前較常用的主要是交流電動機，它可分為兩種：1、三相異步電動機。2、單相交流電動機。第一種多用在工業(yè)上，而第二種多用在民用電器上。下面以三相異步電動機 為例介紹其基本工作原理。下圖2-2所示為一臺三相籠型異步電動機的示意圖。在定子鐵心里嵌放著對稱的三相 繞組U1-U2 V1-V2、W1-W2轉(zhuǎn)子槽內(nèi)放有導條，導條兩端用短路環(huán)短接起來，形成一 個籠型的閉合繞組。定子三相繞組可接成星形，也可以接成三角形。由旋轉(zhuǎn)磁場理論分析可知，如果定子對稱三相繞組被施以對稱的三相電壓，就有對稱的三相電流流過，并且會在電機的氣隙中形成一個旋轉(zhuǎn)的磁場，這個磁場的轉(zhuǎn)速n1稱為同步轉(zhuǎn)速，它

20、與電網(wǎng)的頻率fl及電機的磁極對數(shù)p的關系為：n仁60 f1/p轉(zhuǎn)向與三相繞組的排列以及三相電流的相序有關，圖中U V、W相以順時針方向排列，當定子繞組中通人 U V、W相序的三相電流時，定子旋轉(zhuǎn)磁場為順時針轉(zhuǎn)向。由于 轉(zhuǎn)子是靜止的，轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場之間有相對運動，轉(zhuǎn)子導體因切割定子磁場而產(chǎn)生感應 電動勢，因轉(zhuǎn)子繞組自身閉合，轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)便有電流流通。轉(zhuǎn)子有功電流與轉(zhuǎn)子感應電 動勢同相位，其方向可由右手發(fā)電機定則確定。載有有功分量電流的轉(zhuǎn)子繞組在定子 旋轉(zhuǎn)磁場作用下，將產(chǎn)生電磁力 F，其方向由左手電動機定則確定。電磁力對轉(zhuǎn)軸形 成一個電磁轉(zhuǎn)距，其作用方向與旋轉(zhuǎn)磁場方向一致，拖著轉(zhuǎn)子順著旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)

21、方向 旋轉(zhuǎn)，將輸入的電能變成旋轉(zhuǎn)的機械能。如果電動機軸上帶有機械負載，貝U機械負載隨 著電動機的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，電動機對機械負載做了功。對稱三相交流電流通入對稱三相繞組時，便產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場。下面選取各相電流 出現(xiàn)最大值的幾個瞬間進行分析。當=0 時，U相電流達到正最大值，電流從首端 U1流入，用 表示，從末端U2流 出，用。表示；V相和W相電流均為負，因此電流均從繞組的末端流入，首端流出，故末端V2和W2應填上，首端V1和W1應填上合成磁場的軸線正好位于 U相繞組的 軸線上。當=120。時，V相電流為正的最大值，因此 V相電流從首端V1流入，用 表示，從 末端V2流出，用。表示。U相和W相電流均

22、為負,則U1和W1端為流出電流，用。表示， 而U2和W2為流入電流，用表示，此時合成磁場的軸線正好位于 V相繞組的軸線上，磁 場方向已從=0。時的位置沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)了 120。當=240。和=360。時，合成磁場的位置。當 =360。時，合成磁場的軸線正好位 于U相繞組的軸線上，磁場方向從起始位置逆時針方向旋轉(zhuǎn)了 360。，即電流變化一個 周期，合成磁場旋轉(zhuǎn)一周。由此可見，對稱三相交流電流通入對稱三相繞組所形成的磁場是一個旋轉(zhuǎn)磁場。旋 轉(zhuǎn)的方向從UV-W正好和電流出現(xiàn)正的最大值順序相同，即由電流超前相轉(zhuǎn)向電流 滯后相。如果三相繞組通入負序電流，貝皿流出現(xiàn)正的最大值的順序是U- W V。通過圖

23、解法分析可知，旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向也為 I V V。綜上分析可知，三相異步電動機轉(zhuǎn)動的基本工作原則是：(1) 三相對稱繞組中通入三相對稱電流產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場，其轉(zhuǎn)速為異步轉(zhuǎn)速，且1= f/p式中：f為電源頻率，單位為Hz; p為電機極對數(shù)。(2) 轉(zhuǎn)子導體切割旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生感應電動勢和電流。(3) 轉(zhuǎn)子載流導體在磁場中受到電磁力的作用，從而形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)使電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)速(n)小于同步轉(zhuǎn)速(1)。異步電動機的轉(zhuǎn)速不可能達到定子旋轉(zhuǎn)磁場的 轉(zhuǎn)速，即同步轉(zhuǎn)速，因為如果到達同步轉(zhuǎn)速，則轉(zhuǎn)子導體與旋轉(zhuǎn)磁場之間沒有相對運動， 隨之在轉(zhuǎn)子導體中不能感應出電勢和電流，也就不能產(chǎn)生推動轉(zhuǎn)子的電磁力。因此，

24、異 步電動機的轉(zhuǎn)速總是低于同步轉(zhuǎn)速，即兩種轉(zhuǎn)速之間總是存在差異，異步電動機因此而 得名。又因為異步電動機轉(zhuǎn)子電流是通過電磁感應作用產(chǎn)生的，所以又稱為感應電動機。（4）異步電動機的旋轉(zhuǎn)方向始終與旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向一致，而旋轉(zhuǎn)磁場的方向 又取決于異步電動機的三相電流相序，因此，三相異步電動機的轉(zhuǎn)向與電流的相序一致 要改變轉(zhuǎn)向，只要改變電流的相序即可，即任意對調(diào)電動機的兩根電源線，便可使電動 機反轉(zhuǎn)。綜上分析可知，三相異步電動機轉(zhuǎn)動的基本工作原理是：（1）三相對稱繞組中通入三相對稱電流產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場。（2）轉(zhuǎn)子導體切割旋轉(zhuǎn)磁場感應電動勢和電流；（3）轉(zhuǎn)子載流導體在磁場中受到電磁力的作用，從而形成電

25、磁轉(zhuǎn)距，驅(qū)使電動機 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。2.3三相異步電動機的機械特性和工作特性1. 三相異步電動機的機械特性：三相異步電動機的機械特性是指電動機轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩M之間的函數(shù)關系，即n=f（M）。三相異步電動機的機械特性有不同的表達形式，如物理表達式、參數(shù)表達式和 實用表達式。本文中僅介紹參數(shù)表達式。三相異步電動機的電磁功率為=m 1122r2s(1)所以，電磁轉(zhuǎn)矩為P M1Jim1I 12s(2)三相異步電動機近似等值電路如下:Hr5 u圖2.3 等效電路圖由圖可知:Y2-160M1-2三相異步電動機電磁設計及工藝分析P2Ui2 二 f1P(3)(4)由式(2)、(3)、(4)得出:2 二 fimi

26、p lr 222(5)(A -) (Xi X2)2s式(5)即為三相異步電動機機械特性的參數(shù)表達式2. 三相異步電動機的工作特性:三相異步電動機的工作特性是指在電動機的定子側(cè)加額定電壓，電壓的頻率又為額 定值時，電動機的轉(zhuǎn)速 n定子電流li、功率因數(shù)cos1、電磁轉(zhuǎn)矩T、效率n等與輸出 功率P2的關系。即：U=UN、fi=fN 時，n, Ii, cos, T, n =f(P 2).(i) 效率特性二f&):=P2 = i，電機空載時，F(xiàn)2=0, n =0,隨著輸出功率P2的增加，效率nP R+送 p也增加，當鐵損耗與機械損耗之和等于定、轉(zhuǎn)子銅損耗之和時，電動機的效率達到最大。 但當負載繼續(xù)增大

27、時，效率反而降低。一般來說，電動機的容量越大，效率越高。(2) 功率因數(shù)特性cos i =f(P2):電動機運行時必須吸取滯后無功功率，其功率 因數(shù)總小于i?？蛰d時，功率因數(shù)很低，不超過 0.2。當負載增大時，定子電流中的有功 電流增加，使功率因數(shù)提高，額定負載時最高，如負載再增大，功率因數(shù)又反而減少。(3) 定子電流特性li=f(P2):空載時，轉(zhuǎn)子電流I2差不多為零，定子電流等于勵磁 電流I。，隨著負載的增加，轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)子電流增大，定子電流也增大。(4)電磁轉(zhuǎn)矩特性T=f(P 2):空載時，電磁轉(zhuǎn)矩T=T)0隨著負載增大，P2增大，但 由于機械角速度Q變化不大，電磁轉(zhuǎn)矩T隨P2的變化近似

28、為一條直線。(5) 轉(zhuǎn)速特性n=f(P 2):空載時，轉(zhuǎn)速n接近ni，隨著負載的增加，轉(zhuǎn)速n略微降低， 隨著輸出功率P2的增加，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n下降，轉(zhuǎn)差率s增大。第二章 二相異步電機電磁設計3.1主要尺寸和空氣隙的確定根據(jù)電機額定功率Pe和轉(zhuǎn)速m，充分考慮本次設計改進條件下，選擇電磁負荷A和B、.值后，可得11Diil,5.48L) 10 =K(4.14)Kw1 cos AB n1其中 和cos可根據(jù)設計任務規(guī)定數(shù)值選??；（1-；L） 一般為0.850.95,功率大者和極數(shù)少者用較大值。Ks 一般為1.401.52，Kw1根據(jù)選定的繞組型式和節(jié)矩算得。選擇適當入和適當?shù)呢M，令豈壬近似認為1 弋入式

29、中得2.2223Dii 丨= a Di “Di = a，Di K(4.15)算得D1后，根據(jù)標準直徑進行調(diào)整，然后根據(jù) Dh =aD1確定Dh，再以下式求得LKl 2（4.16）Dil以上是我們研究了確定主要尺寸所考慮的有關因素及對電機性能和經(jīng)濟性的影響， 為設計選擇尺寸及分析調(diào)整方案提供理論依據(jù)。但在生產(chǎn)實際中，由于中小型異步電動 機已經(jīng)積累了豐富的實踐經(jīng)驗，一般不這樣計算，通常采用比較的方法，即根據(jù)所設計 電機的具體條件，參照已生產(chǎn)的同類型相近規(guī)格電機的尺寸，直接初選定子鐵心內(nèi)徑、 外徑和長度。在三相異步電機的設計中，正確選擇空氣隙的大小是非常重要的，它對電機的性能 影響很大。為了減少磁化

30、電流以改善功率因數(shù)，應該使氣隙盡量少些，但是氣隙不能太 小，氣隙過小使電機的制造和運行都增加了困難，而且使某些電氣性能變壞。3.2定子繞組與鐵芯設計定子繞組是由多個線圈聯(lián)接而成的。每個線圈（也叫做元件）都由導線繞成。元件邊嵌在鐵心槽內(nèi)，出線頭留在端部。把一相所有元件的出線頭按一定規(guī)律聯(lián)接起來就得到定子的一個相繞組，每個相繞組的聯(lián)接及排列都相同，只是在空間上依次相差120度電角度。3.2.1定子繞組型式和節(jié)距的選擇(1) 單層繞組優(yōu)點：槽內(nèi)無層間絕緣，槽利用率高； 同槽內(nèi)導線同相，不會發(fā)生相間擊穿； 線圈總數(shù)比雙層少一半，嵌線方便。缺點： 不易做成短距，磁勢波形較雙層為差；電機導線粗時，繞組嵌放

31、和端部整形較困難。(2) 雙層繞組適用于功率較大的感應電動機優(yōu)點： 可選擇有利的節(jié)距以改善磁勢、電勢波形，使電機電氣性能好； 端部排列方便； 線圈尺寸相同，便于制造。缺點：絕緣材料多，嵌線麻煩(3) 單雙層繞組和Y-混合繞組1. 單雙層繞組：短距時，某些槽內(nèi)上下層導體屬于同一相，而某些槽內(nèi)上下層屬于不同相。把屬于同相上下層導體合起來，用單層繞組代替，而 不同相的仍保持原來的雙層，按同心式繞組端部形狀將端部連接 起來。2. Y- 混合繞組：把普通 60相帶三相繞組分成兩套三相繞組；其空間相位30電角度，一套丫，一套4;電流在時間相位上互差30 因為此電機功率較大，故選擇雙層繞組。(4) 繞組節(jié)距

32、的選擇5y二- 削弱5、7次諧波6(5) 每相串聯(lián)導體數(shù)、每槽導體數(shù)計算線負荷K1nco Di1AN ；1-g I KW=380。A = mN1hDi1 I KWcos ：N：.：1大小影響A、B.數(shù)值。N：1 J，A T，B、7, cos：7, Tmax T，Tst t，I st to-17 -Y2-160M1-2三相異步電動機電磁設計及工藝分析設計時常通過改動N ：彳來取得若干不同設計方案進行優(yōu)化。每槽導體數(shù):simai N /i單層si雙層si=N N：1每相串聯(lián)匝數(shù)(6) 電流密度的選擇及線規(guī)、并繞根數(shù)和并聯(lián)支路數(shù)的確定電密：. 代節(jié)省材料，降低成本Ji 二丿1 Ipt壽命和可靠性降低

33、大、中、小型銅線電機：Jj =(4 106 6.5 106)A/m2對大型電機：參考極距的大小來選擇AJi (熱負荷)Ji=5X i06線規(guī)：Aci匕I i -定子額定相電流a N ti J iNti -導線并繞根數(shù)ai 一 一并聯(lián)支路數(shù)Aci=0.0i4并聯(lián)支路數(shù)：雙層：條件2Pa=整數(shù)，aima2pai=i3.2.2定子沖片的設計(i)槽形：半閉口槽(梨形槽、梯形槽) 半開口槽 開口槽為了便于嵌線故選取開口槽。(2)槽滿率:導線有規(guī)則排列所占的面積與槽有效面積之比。NtiNsi d2Sf匕竺i 0%Aef-i6 -Y2-160M1-2三相異步電動機電磁設計及工藝分析22i bn2（hs -

34、h）2二 r212（雙層） A = . ：i （2hs 亠 丁212r21b11）(3) 槽形尺寸的確定考慮因素：槽滿率Sf ； 齒部和軛部磁密要適當； 齒部有足夠機械強度，軛部有足夠剛度; 槽形尺寸深寬比對電機參數(shù)的影響。由于是開口槽所以槽口寬13.7，槽口高0.7,槽高72，槽寬13.7.3.3額定數(shù)據(jù)及主要尺寸(1)輸出功率Pn=11kw相電壓 因為該電機為接法，功電流1 KW效率標準值=0.913。所以相電壓 Un 380VPN 10330 1033U ng?3 3826316（A） 功率因數(shù)標準值cos :，-0.86。極數(shù)對數(shù)P =2。頻率f =50Hz。(8)定、轉(zhuǎn)子槽數(shù)定子槽數(shù)

35、乙-48，轉(zhuǎn)子槽數(shù)Z2 =38(9)定、轉(zhuǎn)子每極槽數(shù)定子每極槽數(shù)：Z148Zp112P 2p 4轉(zhuǎn)子每極槽數(shù)：Z238ZP2219/2P2 2p 4(10)定、轉(zhuǎn)子沖片尺寸定子外徑D327mm，定子內(nèi)徑 DM -210mm，氣隙長度-0.7mm，轉(zhuǎn)子外徑D2 = 208.6mm，轉(zhuǎn)子內(nèi)徑 Di2 =75mm。定子槽形尺寸（見附錄C）:b1 = 0.38mm， h1 = 1mm， bs1 = 6.3mm， R=4.5mm， h21= 215mm， Zs1 = 30。轉(zhuǎn)子槽形尺寸:b02 = 1.5mm， bi2= 3.5mm，b22= 4.8mm，b32 = 2.4mm， h02 = 0.8mm

36、， h12= 12.2mm，h22 =22.6 mm , Zs2 二 30二 Di1二 210_ 一 _ 2p_4-二 Di1二 210一乙_48_二 D2兀:208.6tl0164.85mm13.74mmZ238(12)定、轉(zhuǎn)子齒距子齒距：轉(zhuǎn)子齒距:t217.24mm(11)極距(13) 繞組節(jié)距 y=11-1=10(14) 每相串聯(lián)導體數(shù)N 013aNS1 乙=2LJ8=2083 2其中，每槽導體數(shù)Ns =2每圈匝數(shù)=2 13 = 26 ;并聯(lián)支路數(shù)3=2。(15) 繞組線規(guī)根據(jù)經(jīng)驗，一般按類比法選取線規(guī)，本文中選取的線規(guī)為3 -門1.108mm。絕緣后直徑 d=1.27mm截面積 Ac1

37、 = 1.108(mm)2。(16) 槽滿率槽面積：2 22R+&1nR245+63兀疋45厘 2A空 hs-h 二21.5-2181 10 m2其中，槽楔高度按文獻中表2-7選取，取h = 0.2cm。對于雙層疊繞組，槽絕緣所占面積為：AY 2hs tR 2R bs1 i=0.3 2 21.5 二 4.5 2 4.5 63= 21.73 10“m2 其中，槽絕緣厚度 厶按表文獻6中2-7查取。槽有效面積：代f 二人 一 A=(18121.73) 10m2 =159.27 10m2槽滿率:S _ M1 Ns1 d2 _3 26 (1.27 1“)2 _79%J 一代f -159.27 10“-

38、%其中，導體并饒根數(shù)(17)鐵芯長鐵芯有效長：Nt1 =3 ;導體絕緣后外徑d = 1.27mm。Lef =lt 2： =19.5 2 0.7 =209mmLFe=KFe lt=0.95 19.5=185.25mmKpe 二 0.95。凈鐵芯長: 其中，鐵芯疊壓系數(shù)取(18)每相有效串聯(lián)導體數(shù)NW =208 匯 0.9251 =192其中，繞組系數(shù) Kdp1的計算詳見附錄 B中(1)。3.4磁路計算(1)每極磁通設負載電勢系數(shù)初值Ke =0.931 , Ks =1.183,參考資料得Kn 1.095 ,則每極磁通為：=4KNm Kdp1 f N1-0.01625Wb353.784 1.095

39、0.9577 50 104(2)齒部截面積定子齒截面積：A1=KFe lt 0 ，Zp1 =0.95x0.195x0.00727x12m2 =16161x10m2轉(zhuǎn)子齒截面積：A2 二 KFe lt b；2 Zp2 =0.95 0.195 0.009282 9.5m2 = 16335.2 10m2A2 二 KFe lt bi2 ZP2 =0.95 0.195 0.012039 9.5m2 = 21187.1 10m21/ 3其中，b1為定子齒部計算寬度；b2、b；為轉(zhuǎn)子齒部計算寬度，一般取靠近齒最狹小的 處的寬度。(3) 軛部截面積定子軛部截面積：州=KFe It=0.95 0.195 33

40、10m2=6113 10m2轉(zhuǎn)子軛部截面積：Aj2 二 KFe lt hj2 =0.95 0.195 31.2 10m2 =5780 10m2(4) 空氣隙截面積Ay 弋 lef =0.16485漢 0.209m2 =3445310厘m2(5) 波幅系數(shù)從這里開始進行飽和系數(shù)計算，一般需要進行多次的循環(huán)。這里先假設飽和系數(shù) Ks =1.268，對應的波幅系數(shù)Fs =1.427。(8)(9)定子齒磁密轉(zhuǎn)子齒磁密定子軛磁密轉(zhuǎn)子軛磁密Bi1A1=1.45980.016791.5167T1616110Bt2Bt20.01679Fs =1.45986 =1.5005TA221187.1 100.0167

41、9:Fs r =1.45986 =1.1569TA221187 10Bj12Aj10.01679“5 6? ETBj22Aj2= 0.5Z“4525t5789 0-21 -(10)空氣隙磁密Y2-160M1-2三相異步電動機電磁設計及工藝分析0.01679B.= Fs1.45986 =0.7115TAi216161如0一(11) 各部分磁路的磁場強度根據(jù)計算出的各部分磁密，按照磁化曲線可查出各部分磁場強度如下：H i1 =21.9A/cm， Ht2 =20.1A/cm， Ht2 =5.792A/cm，H j1 = 11.42A/cm，Hj2 = 15.66A/cm。(12) 有效空氣隙長度、e

42、f 二 K=1.254 0.7 10 =0.878 10m其中氣隙系數(shù)K、.計算詳見附錄B中。(13) 定、轉(zhuǎn)子齒部磁壓降定子齒部磁壓降：入=Hi1 L1 =14.5 10J 23 10A=33.35A轉(zhuǎn)子齒部磁壓降：Fi2 二 Hi2 Li2 Hi2 Li2 = 32.86A其中，定、轉(zhuǎn)子齒部磁路計算高度 Li1、Li2和Li2的計算詳見附錄B中 (14)定、轉(zhuǎn)子軛部磁壓降定子軛部磁壓降：Fj1 =Cj1 Hj1 Lj1 =0.523 11.42 115 10A = 68.686A 轉(zhuǎn)子軛部所需安匝數(shù)：1Fj2 =Cj2 Hj2 Lj2 =0.348 15.66 41.7 10 A=22.7

43、317A其中，定、轉(zhuǎn)子軛部磁路計算長度Lj1和Lj2的計算詳見附錄B中(5);定、轉(zhuǎn)子軛部磁路 長度校正系數(shù)Cj1、Cj2按文獻6中圖2-15查取。(15) 空氣隙磁壓降F _KB汕=1.25497115710 A = 497AU00.4匯兀漢10(16) 飽和系數(shù) + FM +Fi2 497 +50.37 +37.6119KS。邑1.177F.497由于上述計算出的飽和系數(shù)值與假設值較為接近，即滿足-S 0.01，故可以Ks繼續(xù)計算，否則必須返回重新計算直至滿足要求。(17)每極磁勢F0F .Fi1-Fi2-Fj1-Fj2=49750.37 37.612 68.68622.732 = 676

44、.399A(18)(19)(20)滿載磁化電流2 p -F0Im0.9 m1 N1 Kdp1滿載磁化電流標幺值勵磁電抗標幺值Im二 2 2 航3996 AW.415A0.9 3 104 0.9251ImI KW10.415 二 0.3957826.31611XmS-23 -= 2.527I m 0.39578Y2-160M1-2三相異步電動機電磁設計及工藝分析380-25 -(21)定子槽漏抗標幺值*2m1 p lt S1 cX S1C(22)X.1(23)乙Kdp1ef定子諧波漏抗標幺值m TS-22cx71ef Kdp1 Ks定子端部漏抗標幺值(24)(25)Xe10.573 -1lef

45、Kdp12 3 2 聲 何12 Cx = 0.29468Cx48 0.92512 0.2093 0.16485 0.00592232二 0.878 100.92511.17750.57 0.16485 (31)Cx=220.209 0.92512Cx =0.33542CxCx=0.3940Cx定子漏抗標幺值* * *X”Xs1轉(zhuǎn)子槽漏抗標幺值x*2m1 P h 12 C =Xs2Cx =Xe1= (0.29470.3354 0.3940)2 3 2 0.195 4.382438 0.209Cx =0.054165Cx =1.2912CxZ2 lef轉(zhuǎn)子諧波漏抗標幺值、，* m1 賀 X R 小

46、 x2 = nk Cx n nef KS轉(zhuǎn)子端部漏抗標幺值0.757 DrX E2 ：lef 2p其中，轉(zhuǎn)子導條長度 Lb=L ;端環(huán)直徑 Dr = D2-1.5h=18.5-1.5 3.6=13.1(cm)。轉(zhuǎn)子斜槽漏抗標幺值xSk =0.5 學 .t2轉(zhuǎn)子漏抗標幺值X =Xs2 +X& +Xe2 +Xsk =1.94664Cx = 0.10296定、轉(zhuǎn)子總漏抗標幺值+X 存=0.054165 +0.10296 =0.1571227定子繞組直流電阻2N1 lRcNt1 Ac1 a1定子相電阻標幺值(26)(27)(28)(29)(30)(31)(32)R1有效材料用量(33)定子銅的重量:3

47、 0.16485 0.0072-3:0.878 101.177Cx 二 0.33942CX0.757 0.160 Cx = 0.14488Cx0.209 4*0.0173124X 20.5. 0.0172420.33942Cx =0.17114Cx.217 仗 2 104 .4278 “2904“3.324 10 2=R1 1kwUn：.：0.29045 咖16 7.0201145Y2-160M1-2三相異步電動機電磁設計及工藝分析Gcu =C lc Nsi 乙 Aci Nicu= 1.05 0.4278 26 48 3.324 10 8.9 103 =16.584kg其中，C為考慮導線和引線

48、質(zhì)量的系數(shù)，漆包圓銅線C=1.05；匚= 8.9 10kg/m2為 銅的密度。硅鋼片的重量：223GFe =KFe(Dr、)Ge =0.95 0.195 (0.327 7) 7.8 10 -161.19kg(34)轉(zhuǎn)子電阻導條電阻：_620.0434 101.04 0.244 3 (104 0.9251)Rp =60.255241.124.06 038端環(huán)電阻：Rr= 0.0464560.0434 10 0.16 4 3 (104 0.9251)22兀匯22 X660.628X10”其中，r =0.043 10- m ;對于鑄鋁轉(zhuǎn)子Kb =1.04 導條電阻標幺值：*IKW26.316Re =

49、Rb=0.255240.01768U n380端環(huán)電阻標幺值：rR = RR 山=0.046456 26.316 =0.00322U n380轉(zhuǎn)子電阻標幺值：r2 = RB rR =0.01768 0.00322 = 0.0208973.5性能計算在主要尺寸、氣隙以及定轉(zhuǎn)子繞組和鐵心設計好以后，就要進行工作性能的計 算和起動性能的計算，以便與設計任務書或技術任務書或技術條件中規(guī)定的性能指 標相比較，在此基礎上對前面的設計進行必要的調(diào)整。多速繞組大多具有不規(guī)則的繞組排列，因此產(chǎn)生遠較普通單繞組為多的諧波， 從而影響電機的起動、振動、噪聲、溫聲等性能，繞組的設計需兼顧幾個速度下的 性能要求，并根據(jù)

50、電機的工作狀態(tài)，是接近恒功率還是恒轉(zhuǎn)矩來決定各個轉(zhuǎn)矩下的 輸出，因此，工作性能的計算和起動性能的計算尤為重要。3.5.1工作性能計算(1)滿載電流有功分量標幺值 從這里開始進行效率的計算，一般需要進行多次的循環(huán)。這里先假定效率初值=0.92，貝Ul；P 二丄 11.086960.92滿載電抗電流標幺值* * * 2I X =二 1 Xr I1P*2 -I)f +(5風厲1伯)L2 一 2= 1.02144x0.15712 燈.086962 漢 1 +(1.02144x0.15712x1.08696 ) -0.19538X*10.054165其中，二 1 =1*-=11.02144。XmS2.5

51、267(3) 滿載電流無功分量標幺值l；Q=im IX =0.39578 0.19538=0.59116(4) 滿載電勢系數(shù)Ke =1 - l；P R* l；Q X； =1 - 1.08696 0.0201145 0.59116 0.054165 =0.59116空載電勢系數(shù)KE0 =1 -1匚 X =1 -0.39578 0.054165 =0.9786空載定子齒磁密B10E0KeBi0.9786 1.5167 -1.5687T0.9461(5)(13)-29 -空載轉(zhuǎn)子齒磁密(8)(9)(10)Bi 20B i20空載定子軛磁密Bj10空載轉(zhuǎn)子軛磁密空載氣隙磁密Bj20KE0KE0K?K

52、E0KeK E0KeB20.97861.5005 =1.5520T0.9461” 0.9786i2 1.1569 =1966TBjiBj20.9786 1.3734 =1.4206T0.94610.9786 1.4525 =1.5024T0.94610.9786B0.7115 =0.7359T0.9461根據(jù)上述計算出的各部分空載磁密，按照熱軋硅鋼片部分磁路所對應的磁場強度，然后繼續(xù)進行計算。所查得的結果為:H i20 =27.06 A/cm, H i20 = 6.444 A/cm, H j10 =13.636 A/cm,空載時定子齒部磁壓降2_3入。二日饑 Li1 =30.153 102 23 10空載時轉(zhuǎn)子齒部磁壓降甩二巴劉匚20 =已20此+比20=27.06 A/cm, H i20(11)(12)E0KeDR510牌號磁化曲線，查取各Hi10 =30.153 A/cm,H j20 = 20.364 A/cm。=69.35Ai2= (27.06 12.2 6.44 22.6) 10,二空載時定、轉(zhuǎn)子軛部磁壓降47.5766AY2-160M1-2三相異步電動機電磁設計及工藝分析(14)(15)(16)(17)(18)(19)Fj10 =Cj1 H j10 Lj1 =0.43977 1