電機(jī)設(shè)計(jì)第十章演示文稿

電機(jī)設(shè)計(jì)第十章演示文稿目前一頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)優(yōu)選電機(jī)設(shè)計(jì)第十章ppt目前二頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)感應(yīng)電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)1、概述2、主要尺寸與氣隙的確定3、定子繞組與鐵心的設(shè)計(jì)4、轉(zhuǎn)子繞組與鐵心的設(shè)計(jì)5、工作性能的計(jì)算6、起動(dòng)性能的計(jì)算目前三頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)概述一、我國感應(yīng)電機(jī)主要系列

100個(gè)系列，500多個(gè)品種，5000多個(gè)規(guī)格

Y（IP44）小型三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)J2，JO2小型三相感應(yīng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)JS三相籠型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)（中型）JR三相繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)（中型）JS2，JSL2三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)（中型、低壓）JR2，JRL2三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)（中型、低壓）Y三相籠型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)（大型）YR三相繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)（大型）YK大型高速感應(yīng)電動(dòng)機(jī)目前四頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)概述一、我國感應(yīng)電機(jī)主要系列

派生、專用系列：

YQ高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩感應(yīng)電動(dòng)機(jī)（小型）

YH高轉(zhuǎn)差率感應(yīng)電動(dòng)機(jī)（小型）

YD變極多速感應(yīng)電動(dòng)機(jī)

YZ起重及冶金用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)

YQS潛水感應(yīng)電機(jī)

YLB立式深井泵用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)目前五頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)概述一、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的主要性能指標(biāo)和額定數(shù)據(jù)

效率起動(dòng)電流倍數(shù)功率因數(shù)繞組、鐵心溫升最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)起動(dòng)過程中最小轉(zhuǎn)矩起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)

（1）主要性能指標(biāo)

目前六頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)概述一、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的主要性能指標(biāo)和額定數(shù)據(jù)

（2）額定數(shù)據(jù)

額定功率

額定電壓

額定頻率

額定轉(zhuǎn)速

基值：

電壓：

功率：

電流：

阻抗：

轉(zhuǎn)矩：

目前七頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)2主要尺寸與氣隙的確定

一、主要尺寸和計(jì)算功率

計(jì)算功率：

額定功率：

目前八頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)由前推導(dǎo)（相量圖）：

引入電勢(shì)系數(shù)

2主要尺寸與氣隙的確定

目前九頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)設(shè)計(jì)方法：

已知，

未知，需先假定一個(gè)

預(yù)估

完成磁路參數(shù)計(jì)算后，偏差

2極小型：

經(jīng)驗(yàn)公式估算：

非2極小型：

中型：

2主要尺寸與氣隙的確定

額定功率的單位為：kW目前十頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)二、電磁負(fù)荷的選擇

磁化電流：

（1）每極磁勢(shì)主要用來克服，決定于，（2）選取方法：

中小型：

大型：可略高

2主要尺寸與氣隙的確定

目前十一頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)2主要尺寸與氣隙的確定

三、主要尺寸比的選擇

對(duì)于一定的極數(shù)，定子鐵心外徑與內(nèi)徑存在一定比例（表10-3）

變動(dòng)范圍在5%左右。

目前十二頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)2主要尺寸與氣隙的確定

四、主要尺寸的確定

（1）目前十三頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)2主要尺寸與氣隙的確定

2、參考表10-2選擇值，

初步計(jì)算

目前十四頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)五、空氣隙的確定

1、影響：

2、氣隙基本上決定于定子內(nèi)徑、軸直徑、軸承間的轉(zhuǎn)子長度。

經(jīng)驗(yàn)公式：

小功率電機(jī)：

大、中型電機(jī)：

2主要尺寸與氣隙的確定

目前十五頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)3定子繞組與鐵心的設(shè)計(jì)

一、定子槽數(shù)的選擇

二、定子繞組型式和節(jié)距的選擇

三、每相串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)、每槽導(dǎo)體數(shù)計(jì)算

四、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

五、定子沖片的設(shè)計(jì)

目前十六頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)3定子繞組與鐵心的設(shè)計(jì)

一、定子槽數(shù)的選擇

值大小對(duì)電機(jī)的參數(shù)、附加損耗、溫升、絕緣材料耗量等有影響

定子諧波磁場(chǎng)減小，，↓

每槽導(dǎo)體數(shù)減少，

槽中線圈邊總散熱面積↑，利于散熱

絕緣材料用量、工時(shí)↑，槽利用率↓

大

一般感應(yīng)電動(dòng)機(jī)：=（2~6）

取整數(shù)

極數(shù)少，功率大電機(jī)：取大些

（2極取=（6~9））

極數(shù)多電機(jī)：

取小些

目前十七頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)二、定子繞組型式和節(jié)距的選擇

（一）單層繞組

優(yōu)點(diǎn)：①槽內(nèi)無層間絕緣，槽利用率高；②同槽內(nèi)導(dǎo)線同相，不會(huì)發(fā)生相間擊穿；③線圈總數(shù)比雙層少一半，嵌線方便。缺點(diǎn)：①不易做成短距，磁勢(shì)波形較雙層為差；②電機(jī)導(dǎo)線粗時(shí)，繞組嵌放和端部整形較困難。

3定子繞組與鐵心的設(shè)計(jì)

目前十八頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)3定子繞組與鐵心的設(shè)計(jì)

鏈?zhǔn)嚼@組：

各線圈大小相同，嵌線困難，=2的4，6，8極電機(jī)；同心式繞組：

嵌線容易，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，=4，6，8二極電機(jī)；端部用銅多，一極相組中各線圈尺寸不同，制作復(fù)雜；

交叉式繞組：

可以節(jié)省端部接線，為奇數(shù)電機(jī)。

單層繞組目前十九頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)3定子繞組與鐵心的設(shè)計(jì)

(二）雙層繞組

適用于功率較大的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)

優(yōu)點(diǎn)：

①可選擇有利的節(jié)距以改善磁勢(shì)、電勢(shì)波形，使電機(jī)電氣性能好；②端部排列方便；③線圈尺寸相同，便于制造。缺點(diǎn)：絕緣材料多，嵌線麻煩

目前二十頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)3定子繞組與鐵心的設(shè)計(jì)

(三）單雙層繞組和Y-Δ混合繞組

1、單雙層繞組：短距時(shí)，某些槽內(nèi)上下層導(dǎo)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(dǎo)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-Δ混合繞組：把普通60°相帶三相繞組分成兩套三相繞組；其空間相位互差30°電角度，一套Y，一套Δ；電流在時(shí)間相位上互差30°。目前二十一頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)3定子繞組與鐵心的設(shè)計(jì)

（四）繞組節(jié)距的選擇

雙層繞組

正常電機(jī)：

削弱5、7次諧波兩極電機(jī)：

便于嵌線，縮短端部長度

單層繞組：

一般用整距

目前二十二頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)分布系數(shù)：

短距系數(shù)：

基波繞組系數(shù)：

3定子繞組與鐵心的設(shè)計(jì)

目前二十三頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)3定子繞組與鐵心的設(shè)計(jì)

三、每相串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)、每槽導(dǎo)體數(shù)計(jì)算

大小影響、數(shù)值?！?，↓

，↑

，↓，↑，↑，↑。

∴設(shè)計(jì)時(shí)常通過改動(dòng)來取得若干不同設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化。

目前二十四頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)3定子繞組與鐵心的設(shè)計(jì)

四、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

1、電密：

大、中、小型銅線電機(jī)：

對(duì)大型電機(jī)：參考極距的大小來選擇（熱負(fù)荷）。極距大，意味著轉(zhuǎn)子圓周速度較高，通風(fēng)冷卻效果較好，因而可選擇較大的熱負(fù)荷。目前二十五頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)2、線規(guī)：

3定子繞組與鐵心的設(shè)計(jì)

目前二十六頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)3、并聯(lián)支路數(shù)：

雙層：

條件=整數(shù)，

單層：小型電機(jī)：線徑根，極數(shù)少電機(jī)取較大

；

大型電機(jī)：扁導(dǎo)線

①導(dǎo)線寬厚比，槽口、槽寬、槽高尺寸適當(dāng)；

②每根導(dǎo)線截面積<15。

3定子繞組與鐵心的設(shè)計(jì)

目前二十七頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)步驟：計(jì)算導(dǎo)線截面

→查標(biāo)準(zhǔn)線規(guī)表→選標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)線→圓線直徑、扁線寬厚

3定子繞組與鐵心的設(shè)計(jì)

目前二十八頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)3定子繞組與鐵心的設(shè)計(jì)

五、定子沖片的設(shè)計(jì)

（一）槽形：①半閉口槽（梨形槽、梯形槽）②半開口槽③開口槽

（二）槽滿率：

導(dǎo)線有規(guī)則排列所占的面積與槽有效面積之比。

目前二十九頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)3定子繞組與鐵心的設(shè)計(jì)

（三）槽形尺寸的確定

考慮因素：①槽滿率；②齒部和軛部磁密要適當(dāng)；③齒部有足夠機(jī)械強(qiáng)度，軛部有足夠剛度；④槽形尺寸深寬比對(duì)電機(jī)參數(shù)的影響。

目前三十頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)（1）半閉口槽

3定子繞組與鐵心的設(shè)計(jì)

①假定一個(gè)齒距內(nèi)的氣隙磁通全部進(jìn)入齒內(nèi)，則定子齒寬

目前三十一頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)3定子繞組與鐵心的設(shè)計(jì)

②每極磁通經(jīng)齒部后分兩部分進(jìn)入軛部，定子軛部計(jì)算高度

目前三十二頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)3定子繞組與鐵心的設(shè)計(jì)

③槽口寬度：=2.5-4.0mm，比線徑大1.2-1.6mm；機(jī)械嵌線時(shí)，槽口還需適當(dāng)放寬。

④槽口高度：=0.5~2.0mm

角：30°左右

根據(jù)估算和選用數(shù)據(jù)，作圖確定尺寸，核算槽滿率，必要調(diào)整。

目前三十三頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)2、平行槽

3定子繞組與鐵心的設(shè)計(jì)

槽形尺寸和扁線尺寸及絕緣結(jié)構(gòu)尺寸結(jié)合考慮，不須核算槽滿率。

最后需核驗(yàn)齒部最大磁密。

目前三十四頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)4轉(zhuǎn)子繞組與鐵心的設(shè)計(jì)一、籠型轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)計(jì)算

（一）轉(zhuǎn)子槽數(shù)的選擇及定轉(zhuǎn)子槽配合問題

1、槽配合對(duì)附加損耗的影響（少槽——近槽配合）

當(dāng)定、轉(zhuǎn)子槽數(shù)很接近時(shí)，轉(zhuǎn)子齒頂?shù)膶挾葘⑹纸咏ㄗ育X諧波的波長，因此轉(zhuǎn)子齒中由定子齒諧波磁通引起的脈振較小2、槽配合對(duì)異步附加轉(zhuǎn)矩的影響（近槽）定子繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)中含有的不同極數(shù)的諧波以不同速度和轉(zhuǎn)向在旋轉(zhuǎn)。并在鼠籠中感生電流，產(chǎn)生一個(gè)與其次數(shù)相同、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向相同的諧波磁場(chǎng)，這兩個(gè)磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩稱為異步附加轉(zhuǎn)矩。目前三十五頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)3、槽配合對(duì)同步附加轉(zhuǎn)矩的影響4、槽配合對(duì)振動(dòng)和噪聲的影響5、感應(yīng)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子槽配合的選擇4轉(zhuǎn)子繞組與鐵心的設(shè)計(jì)目前三十六頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)4轉(zhuǎn)子繞組與鐵心的設(shè)計(jì)原則：①為減小附加損耗，應(yīng)采用少槽近槽配合；②為避免起動(dòng)過程中較強(qiáng)的異步附加損耗，使；③為避免起動(dòng)過程中較強(qiáng)的同步附加損耗、振動(dòng)和噪聲，應(yīng)避免（表10-7）中的槽配合。

目前三十七頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)4轉(zhuǎn)子繞組與鐵心的設(shè)計(jì)（二）轉(zhuǎn)子槽形的選擇和槽形尺寸的確定

1、轉(zhuǎn)子槽形

①鑄鋁轉(zhuǎn)子：

平行齒平行槽凸形槽刀形槽

閉口槽雙籠轉(zhuǎn)子槽

梯形槽

②銅條轉(zhuǎn)子：

半閉口平行槽

目前三十八頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)2、轉(zhuǎn)子槽形尺寸的確定

①影響：

其中對(duì)關(guān)系最密切籠型轉(zhuǎn)子尺寸的確定另須著重考慮起動(dòng)性能的要求。

4轉(zhuǎn)子繞組與鐵心的設(shè)計(jì)目前三十九頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)②對(duì)于鑄鋁轉(zhuǎn)子，槽面積和鋁條面積認(rèn)為相等，先估算轉(zhuǎn)子導(dǎo)條電流。

對(duì)于中小型鑄鋁轉(zhuǎn)子：4轉(zhuǎn)子繞組與鐵心的設(shè)計(jì)目前四十頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)4轉(zhuǎn)子繞組與鐵心的設(shè)計(jì)③槽形：槽面積初定后，進(jìn)一步確定尺寸

槽口部分尺寸可參考相近規(guī)格的電機(jī)來決定。

目前四十一頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)4轉(zhuǎn)子繞組與鐵心的設(shè)計(jì)3、端環(huán)的設(shè)計(jì)

端環(huán)電流：

端環(huán)面積：

端環(huán)外徑：比轉(zhuǎn)子外徑?。?~8）mm（以便鑄鋁模定位）端環(huán)內(nèi)徑：

略小于轉(zhuǎn)子槽底所在圓直徑

端環(huán)厚度：

按所需截面積

并考慮加工工藝要求決定目前四十二頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)4轉(zhuǎn)子繞組與鐵心的設(shè)計(jì)二、繞線轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)計(jì)算

（一）轉(zhuǎn)子槽數(shù)的選擇

為了減少噪聲和振動(dòng)，一般采用整數(shù)槽繞組。為了減少附加損耗，考慮轉(zhuǎn)子開路電壓的控制數(shù)字，槽數(shù)不宜太多。當(dāng)采用分?jǐn)?shù)槽

時(shí)，宜選取

的分?jǐn)?shù)槽。

目前四十三頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)4轉(zhuǎn)子繞組與鐵心的設(shè)計(jì)（二）轉(zhuǎn)子繞組的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)方法

1、功率較小的電機(jī)

一般用圓導(dǎo)線一根或數(shù)根做成單層多匝繞組；

轉(zhuǎn)子槽形：平行齒的半閉口槽

每相串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)：

目前四十四頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)4轉(zhuǎn)子繞組與鐵心的設(shè)計(jì)2、功率較大電機(jī)和中型電機(jī)

采用雙層整距波繞組

（省去極間邊線，使轉(zhuǎn)子易達(dá)平衡）

轉(zhuǎn)子槽形：半閉口的平行槽結(jié)構(gòu)：每個(gè)線圈做成一匝，繞組系由半繞組元件組成，元件采用扁線彎制，僅一端預(yù)先成型；除末端外，導(dǎo)線全長預(yù)先絕緣，嵌線由槽一端穿入，再彎形端接，最后用頭套將半繞組元件“端接”部分聯(lián)接，再經(jīng)焊接便成。

目前四十五頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)轉(zhuǎn)子繞組：

Y或Δ

則：

核算空載轉(zhuǎn)子相電勢(shì)或集電環(huán)開路電壓

估算

導(dǎo)體截面積

選線規(guī)

校驗(yàn)

4轉(zhuǎn)子繞組與鐵心的設(shè)計(jì)目前四十六頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)5工作性能的計(jì)算（略去）

較準(zhǔn)確Γ型等效電路

→

簡(jiǎn)化電路

校正系數(shù)：

工作性能計(jì)算：

目前四十七頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)一、定子電流的計(jì)算

5工作性能的計(jì)算由簡(jiǎn)化可知：定轉(zhuǎn)子有功分量相等

定轉(zhuǎn)子電流無功分量：

定子電流有功分量：

目前四十八頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)5工作性能的計(jì)算轉(zhuǎn)子電流無功分量：

整理得：

求解此二次代數(shù)方程，采用近似計(jì)算法——迭代法，忽略高次項(xiàng)

∴在假定效率

目前四十九頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)5工作性能的計(jì)算二、功率因數(shù)的計(jì)算

目前五十頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)5工作性能的計(jì)算三、效率的計(jì)算

提高效率、減小損耗的主要措施：選用合適槽配合，設(shè)計(jì)新型繞組以降低諧波引起的附加損耗；改進(jìn)加工工藝，設(shè)計(jì)高效風(fēng)扇。

目前五十一頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)5工作性能的計(jì)算4、額定轉(zhuǎn)差率的計(jì)算

生產(chǎn)實(shí)踐中，分母加上鐵心中附加損耗一項(xiàng)，大小等于

目前五十二頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)5工作性能的計(jì)算5、最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)

影響最大的主要因素是：

調(diào)整及槽形。

目前五十三頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)6起動(dòng)性能的計(jì)算

感應(yīng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的兩個(gè)顯著特點(diǎn)：①起動(dòng)電流大，使定轉(zhuǎn)子漏磁路高度飽和；②轉(zhuǎn)子電流頻率等于電源頻率（），比運(yùn)行時(shí)高很多，使導(dǎo)條電流產(chǎn)生集膚效應(yīng)。

目前五十四頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)一、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)漏磁路飽和效應(yīng)對(duì)漏抗的影響

6起動(dòng)性能的計(jì)算

1、漏磁路飽和效應(yīng)：

起動(dòng)瞬間，電機(jī)處于短路狀態(tài)，定、轉(zhuǎn)子電流大大增加。由于定轉(zhuǎn)子繞組磁勢(shì)正比于電流，所以磁勢(shì)大為增加，以致漏磁路鐵心高度飽和。

2、漏磁路飽和的影響：轉(zhuǎn)子漏抗減小

（只在槽漏抗、諧波漏抗和斜槽漏抗中考慮）

目前五十五頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)一、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)漏磁路飽和效應(yīng)對(duì)漏抗的影響

6起動(dòng)性能的計(jì)算

3、計(jì)算：

①起動(dòng)電流假定值：

定子每槽磁勢(shì)幅值：

目前五十六頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)一、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)漏磁路飽和效應(yīng)對(duì)漏抗的影響

6起動(dòng)性能的計(jì)算

轉(zhuǎn)子每槽磁勢(shì)幅值：

根據(jù)繞組計(jì)算，忽略磁化電流，取，則

∴起動(dòng)時(shí)產(chǎn)生漏磁的定轉(zhuǎn)子槽磁勢(shì)平均值

式中，近似修正前面假定所帶來的誤差。

目前五十七頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)6起動(dòng)性能的計(jì)算

②該漏磁通經(jīng)過齒頂鐵心和兩個(gè)氣隙。忽略鐵心部分磁阻，則全部落在氣隙部分，則

有虛擬磁密

引入起動(dòng)時(shí)漏磁飽和系數(shù)

（，越飽和，比例越小，）

∴起動(dòng)時(shí)定轉(zhuǎn)子諧波漏抗：

起動(dòng)時(shí)斜槽漏抗：

目前五十八頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點(diǎn)6起動(dòng)性能的計(jì)算

③對(duì)于漏抗的減小，等效看作是定轉(zhuǎn)子槽口寬度加大計(jì)算。

槽口寬度：

齒頂寬度：

漏磁路