異步電機(jī)設(shè)計(jì)課件

異步電機(jī)電磁設(shè)計(jì)電磁計(jì)算步驟電磁計(jì)算是根據(jù)電機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、電磁參數(shù)、性能等物理量之間的關(guān)系式，核算電磁設(shè)計(jì)方案是否滿足要求。然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果，調(diào)整設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及電磁參數(shù)，使性能滿足設(shè)計(jì)要求，且材料用量較省。電磁設(shè)計(jì)內(nèi)容一主要尺寸的確定二空氣隙的確定三定子繞組設(shè)計(jì)（每極每相槽數(shù)q1）四鐵心的設(shè)計(jì)（定轉(zhuǎn)子槽數(shù)及槽形的選擇）五磁路計(jì)算六參數(shù)計(jì)算七性能計(jì)算電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)通常給定下列數(shù)據(jù)（1）額定輸出功率PN（kW）；（2）額定電壓UN（V）；（3）額定電流IN（A）；（4）額定頻率f（Hz）；（5）額定轉(zhuǎn)速nN（r/min）；（6）轉(zhuǎn)子繞組開路電壓U2N（V）——僅對繞線轉(zhuǎn)子電動機(jī)；（7）轉(zhuǎn)子額定電流I2N（A）——僅對繞線轉(zhuǎn)子電動機(jī)；感應(yīng)電動機(jī)的主要性能指標(biāo)1）性能指標(biāo)1、效率η2、功率因數(shù)cosφ3、最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)4、起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)5、起動電流倍數(shù)6、繞組和鐵心溫升7、最小轉(zhuǎn)矩8、噪聲9、振動一、主要尺寸的確定二、氣隙長度的選擇確定氣隙長度考慮以下因素：1、為降低勵(lì)磁電流，改善功率因數(shù)，氣隙應(yīng)盡量??；2、氣隙小時(shí)，諧波磁場及諧波漏抗增大，使起動轉(zhuǎn)矩降低，雜散損耗增加；3、為避免氣隙不均勻而引起定、轉(zhuǎn)子相擦，氣隙不能太小。小型異步電機(jī)氣隙一般不應(yīng)小于0.25mm。小型異步電機(jī)氣隙可根據(jù)極數(shù)和機(jī)座號來選取。三、繞組設(shè)計(jì)1、繞組型式的選用功率較小的小型電機(jī)常選用單層繞組。當(dāng)每極每相槽數(shù)q=2時(shí)，為單層鏈?zhǔn)嚼@組，q=3時(shí)，為單層交叉式繞組，q=4時(shí)，為單層同心式繞組。功率較大的小型電機(jī)及大中型電機(jī)選用雙層疊繞組。單層同心式單層鏈?zhǔn)絾螌咏徊媸絨1=3，p=1，y=8/9τ=82、繞組節(jié)距選擇:繞組節(jié)距y的選擇應(yīng)使基波繞組短距系數(shù)較高，并應(yīng)考慮削弱甚至消除某些影響較大的相帶諧波磁動勢。3、并聯(lián)支路數(shù)及每槽導(dǎo)體數(shù):定子繞組并聯(lián)支路數(shù)a及每槽導(dǎo)體數(shù)Ns1確定了每相串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)NΦ1，Ns1應(yīng)為整數(shù)，NΦ1一般應(yīng)為偶整數(shù)。根據(jù)選定的氣隙磁密，可估算出每相串聯(lián)導(dǎo)線數(shù)：

功率較小的電機(jī)一般采用a=1，對功率較大的電機(jī)可選用多路并聯(lián)。4導(dǎo)線并繞根數(shù)及線徑四鐵心設(shè)計(jì)

1、定子槽數(shù)選擇定子槽數(shù)時(shí)應(yīng)考慮：（1）為減少諧波磁動勢，除極數(shù)較多或在系列設(shè)計(jì)中兩種極數(shù)沖片通用的情況外，每相每極槽數(shù)q1一般取為整數(shù)。（2）為降低雜散損耗及提高功率因數(shù)，應(yīng)選用較多的槽數(shù)。槽數(shù)增多時(shí)，槽中線圈邊總散熱面積增加，有利于散熱。但絕緣材料用量和加工工時(shí)增加，槽利用率降低，對高壓電機(jī)尤其顯著。對一般感應(yīng)電動機(jī)，q1可在2~6之間，極數(shù)多、功率小的電機(jī)取較小值，反之q1可取得大些。2轉(zhuǎn)子槽數(shù)轉(zhuǎn)子槽數(shù)Z2應(yīng)與定子槽配合確定。應(yīng)避免選擇會產(chǎn)生同步附加轉(zhuǎn)矩及電磁振動噪聲的槽配合。異步電動機(jī)采用少槽——近槽配合，即轉(zhuǎn)子槽數(shù)接近且少于定子槽數(shù)，可減少齒諧波磁通在鐵心齒中產(chǎn)生的脈振損耗以及在斜槽籠型鑄鋁轉(zhuǎn)子導(dǎo)條間的橫向電流損耗，因此對降低雜散損耗和溫升比較有利。但少槽——近槽配合容易產(chǎn)生電磁振動和噪聲，也可能會產(chǎn)生同步附加轉(zhuǎn)矩?？蓞⒖急怼叭嗷\型異步電動機(jī)推薦槽配合”。槽配合對同步附加轉(zhuǎn)矩的影響

如果定子某一個(gè)諧波磁場感應(yīng)于轉(zhuǎn)子中的電流所建立的某一諧波磁場的極對數(shù)，等于另一個(gè)定子諧波磁場的極對數(shù)，則在某一轉(zhuǎn)速下，這兩個(gè)極對數(shù)相等的定轉(zhuǎn)子磁場可以在空間上同步旋轉(zhuǎn)而相對靜止，因此它們相互作用而產(chǎn)生一個(gè)象同步電機(jī)一樣的轉(zhuǎn)矩，稱為同步附加轉(zhuǎn)矩。同步附加轉(zhuǎn)矩迭加在電動機(jī)的異步轉(zhuǎn)矩上，使電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性曲線發(fā)生畸變，影響電機(jī)的起動性能。其中，由定子齒諧波磁場和轉(zhuǎn)子齒諧波磁場所構(gòu)成的附加同步轉(zhuǎn)矩最嚴(yán)重。3、轉(zhuǎn)子斜槽

在感應(yīng)電機(jī)里，為了消弱由齒諧波磁場引起的諧波電動勢，從而削弱由這些諧波磁場引起的附加轉(zhuǎn)矩，改善起動性能，并降低電磁噪聲，一般在中小型籠型轉(zhuǎn)子常采用斜槽，即把轉(zhuǎn)子槽相對定子槽沿著軸向扭斜一個(gè)角度。轉(zhuǎn)子斜槽后雖然會使轉(zhuǎn)子感應(yīng)基波電動勢減少，一般用斜槽系數(shù)來計(jì)及這一影響。但減少不多，對電機(jī)基本性能影響很小。通常為同時(shí)削弱ν=Z1±p這兩個(gè)一階定子齒諧波，可選取轉(zhuǎn)子斜槽一個(gè)定子齒距。同理，為同時(shí)削弱ν=Z2±p這兩個(gè)一階轉(zhuǎn)子齒諧波，可選取轉(zhuǎn)子斜槽一個(gè)轉(zhuǎn)子齒距。4、定轉(zhuǎn)子槽形及尺寸確定1）、定子槽形有：（1）半閉口槽，槽口對氣隙磁場的影響較小。一般為平行齒。（2）半開口槽，槽口對氣隙磁場的影響較大，常用于電壓為500V及以下分片嵌成型繞組。（3）開口槽，槽口大，槽口對氣隙磁場的影響較大，常用于電壓為3000V及以上整只嵌成型繞組。2）、轉(zhuǎn)子槽的槽口一般很小。槽形尺寸涉及到電路和磁路的合理配置。槽形尺寸較大，槽內(nèi)導(dǎo)體截面積也較大而使電流密度較低，但鐵心齒部及軛部磁通密度會較高。在確定槽形尺寸時(shí)應(yīng)使槽內(nèi)導(dǎo)體電流密度在一定范圍內(nèi)，并有足夠的齒寬和軛高使齒部、軛部磁通密度不致過高。考慮機(jī)械強(qiáng)度或工藝限制，軛高和齒根寬度也不宜過小。感應(yīng)電動機(jī)籠型轉(zhuǎn)子常用槽形（3）端環(huán)的設(shè)計(jì)1）類似槽形尺寸確定2）為利于散熱，電流密度低于導(dǎo)條電密五磁路計(jì)算

磁路計(jì)算是根據(jù)產(chǎn)生電機(jī)滿載電動勢所需的每極主磁通，求取磁路各段的磁通密度和磁位降，以求取所需的勵(lì)磁磁動勢和勵(lì)磁電流。異步電機(jī)的磁路由空氣隙、定子齒、定子軛、轉(zhuǎn)子齒、轉(zhuǎn)子軛五部分組成。（一）每極主磁通的確定對于每極磁通Φ可根據(jù)給定的繞組感應(yīng)電勢來確定。（二）、各段磁路截面積和磁路計(jì)算長度1、空氣隙2、齒部

對采用凸形槽、刀形槽或雙籠的轉(zhuǎn)子，其齒部明顯分為上下二部分，應(yīng)分別計(jì)算上部和下部的齒截面和齒磁路計(jì)算長度。（三）磁通密度和磁位降氣隙磁通密度

受電機(jī)磁路鐵心段飽和的影響，氣隙主磁場的分布將偏離正弦波，而呈現(xiàn)扁平形分布。鐵心齒磁路越飽和，氣隙主磁場分布越是扁平，波幅系數(shù)KA是飽和系數(shù)Ks的函數(shù)，圖中飽和系數(shù)

1、空氣隙磁壓降的計(jì)算（1）計(jì)算極弧系數(shù)αp′的確定（2）電樞或氣隙的軸向計(jì)算長度lef（3）氣隙系數(shù)Kδ2、極軛間隙氣隙磁壓降的計(jì)算3、齒部磁壓降的計(jì)算（1）齒磁密Bt的計(jì)算

1）Bt<1.8T時(shí)

2）Bt≥1.8T時(shí)勵(lì)磁電流的計(jì)算電機(jī)總磁位降為各段磁路磁位降之和。六、參數(shù)計(jì)算

計(jì)算電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子電阻，主電抗和定、轉(zhuǎn)子漏電抗，為性能計(jì)算作準(zhǔn)備。定子漏抗標(biāo)么值為轉(zhuǎn)子漏抗標(biāo)么值為電機(jī)運(yùn)行總漏抗標(biāo)么值七、工作性能計(jì)算設(shè)計(jì)參數(shù)確定，就要進(jìn)行工作性能的計(jì)算和起動性能的計(jì)算，以便與設(shè)計(jì)任務(wù)書或技術(shù)條件中規(guī)定的性能指標(biāo)相比較。通常三相異步電動機(jī)工作性能的計(jì)算只需計(jì)算額定數(shù)據(jù)：額定電流、額定功率因數(shù)、額定效率、額定轉(zhuǎn)差率和最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)。（一）滿載電流和電動勢1定子電流I1的計(jì)算有功電流分量感應(yīng)電機(jī)電流相量圖滿載電動勢比值該值應(yīng)與設(shè)定的KE值基本相符。（二）損耗（三）、力能指標(biāo)和過載能力