電機(jī)設(shè)計感應(yīng)電機(jī)的電磁設(shè)計

1、第十章 感應(yīng)電機(jī)的電磁設(shè)計§10-1 概述主要內(nèi)容： 主要尺寸與氣隙的確定； 定轉(zhuǎn)子繞組與沖片設(shè)計； 工作性能的計算； 起動性能的計算； 深槽式、雙籠轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(jī)的設(shè)計特點。一、 我國感應(yīng)電機(jī)主要系列 100個系列，500多個品種，5000多個規(guī)格 大型： 中型： 小型： 基本系列：y（ip44） 小型三相感應(yīng)電動機(jī)j2，jo2 小型三相感應(yīng)感應(yīng)電動機(jī)js 三相籠型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)（中型）jr 三相繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)（中型）js2，jsl2 三相感應(yīng)電動機(jī)（中型、低壓）jr2，jrl2 三相感應(yīng)電動機(jī)（中型、低壓）y 三相籠型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)（大型） yr 三相繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)（大型）

2、yk 大型高速感應(yīng)電動機(jī)派生、專用系列： yq 高起動轉(zhuǎn)矩感應(yīng)電動機(jī)（小型） yh 高轉(zhuǎn)差率感應(yīng)電動機(jī)（小型） yd 變極多速感應(yīng)電動機(jī) yz 起重及冶金用感應(yīng)電動機(jī) yqs 潛水感應(yīng)電機(jī) ylb 立式深井泵用感應(yīng)電動機(jī)二、 感應(yīng)電動機(jī)的主要性能指標(biāo)和額定數(shù)據(jù)（一） 主要性能指標(biāo) 效率 起動電流倍數(shù) 功率因數(shù) 繞組、鐵心溫升最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù) 起動過程中最小轉(zhuǎn)矩 起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)（二） 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： §10-2 主要尺寸與氣隙的確定一、 主要尺寸和計算功率 計算功率： 額定功率： 由前推導(dǎo)（相量圖）： 引入電勢

3、系數(shù) 設(shè)計方法：已知，未知，需先假定一個值。預(yù)估，完成磁路參數(shù)計算后，偏差經(jīng)驗公式估算：2極小型： 非2極小型： 中型： 二、 電磁負(fù)荷的選擇 磁化電流： 每極磁勢主要用來克服，決定于， 選取方法： 中小型： 大 型： 可略高三、 主要尺寸比的選擇對于一定的極數(shù)，定子鐵心外徑與內(nèi)徑存在一定比例（表10-3）變動范圍在5%左右。四、 主要尺寸的確定 1、 knm 氣隙磁場波形系數(shù)，當(dāng)氣隙磁場正弦分布 時； ； 計算極弧系數(shù)；2、參考表10-2選擇值， 初步計算五、 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。3、 經(jīng)驗公式：小功率電機(jī)： 大、中型電機(jī)：

4、 §10-3 定子繞組與鐵心的設(shè)計一、 定子槽數(shù)的選擇 1、 值大小對電機(jī)的參數(shù)、附加損耗、溫升、絕緣材料耗量等有影響大 定子諧波磁場減小， 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，槽利用率2、 一般感應(yīng)電動機(jī)： =（26） 取整數(shù) 極數(shù)少，功率大電機(jī)：取大些 （2極取=（69） 極數(shù)多電機(jī)： 取小些二、 定子繞組型式和節(jié)距的選擇（一） 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(dǎo)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(jī)導(dǎo)線粗時，繞組嵌放和端部整形較困難。 同心式繞組： 嵌線容

5、易，易實現(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； 鏈?zhǔn)嚼@組： 各線圈大小相同，嵌線困難，=2 的4，6，8極電機(jī)； 交叉式繞組： 可以節(jié)省端部接線， 為奇數(shù)電機(jī)。（二） 雙層繞組適用于功率較大的感應(yīng)電動機(jī) 優(yōu)點： 可選擇有利的節(jié)距以改善磁勢、電勢波形，使電機(jī)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（三） 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(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

6、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；其空間相位互差30°電角度，一套y，一套；電流在時間相位上互差30°。（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： 一般用整距分布系數(shù)： 短距系數(shù)： 基波繞組系數(shù)： 三、 每相串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)、每槽導(dǎo)體數(shù)計算 大小影響、數(shù)值。，。設(shè)計時常通過改動來取得若干不同設(shè)計方案進(jìn)行優(yōu)化。每槽導(dǎo)體數(shù)：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)：對大型電機(jī)：參考極距的大小來選擇（熱負(fù)荷）。2、 線規(guī)： 3、 并聯(lián)

7、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 導(dǎo)線寬厚比，槽口、槽寬、槽高尺寸適當(dāng)； 每根導(dǎo)線截面積< 15。步驟：計算導(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、扁線寬厚五、 定子沖片的設(shè)計（一） 槽形：半閉口槽（梨形槽、梯形槽）半開口槽開口槽（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。 （三） 槽形尺寸的確定考慮因素： 槽滿率； 齒部和軛部磁密要適當(dāng)； 齒部有足夠機(jī)械強(qiáng)度，軛部有足夠剛度； 槽形尺寸深寬比對電機(jī)參數(shù)的影響。1、 半閉口槽 假定一個齒距內(nèi)的氣隙磁通全部進(jìn)入齒內(nèi)，則定子齒寬 每極磁通經(jīng)齒部后分兩部分進(jìn)入

8、軛部，定子軛部計算高度 槽口寬度： =2.5-4.0mm，比線徑大1.2-1.6mm；機(jī)械嵌線時，槽口還需適當(dāng)放寬。 槽口高度： =0.52.0 mm 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。2、 平行槽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。最后需核驗齒部最小磁密 。§10-4 轉(zhuǎn)子繞組與鐵心的設(shè)計一、 籠型轉(zhuǎn)子的設(shè)計計算（一） 轉(zhuǎn)子槽數(shù)的選擇及定轉(zhuǎn)子槽配合問題1、 槽配合對附加損耗的影響2、 槽配合對異步附加轉(zhuǎn)矩的影響3、 槽配合對同步附加轉(zhuǎn)矩的影響4、 槽配合對振動和噪聲的影響5、 感應(yīng)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子槽配合的選擇原則： 為

9、減小附加損耗，應(yīng)采用少槽近槽配合； 為避免起動過程中較強(qiáng)的異步附加損耗，使 ； 為避免起動過程中較強(qiáng)的同步附加損耗、振動和噪聲，應(yīng)避免（表10-7）中的槽配合。（二） 轉(zhuǎn)子槽形的選擇和槽形尺寸的確定1、 轉(zhuǎn)子槽形平行齒 平行槽 凸形槽鑄鋁轉(zhuǎn)子： 刀形槽 閉口槽 雙籠轉(zhuǎn)子槽梯形槽銅條轉(zhuǎn)子： 半閉口平行槽2、 轉(zhuǎn)子槽形尺寸的確定 影響： 其中對關(guān)系最密切 籠型轉(zhuǎn)子尺寸的確定另須著重考慮起動性能的要求。對于鑄鋁轉(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。 對于中小型鑄鋁轉(zhuǎn)子： 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。3、 端環(huán)的設(shè)計端環(huán)電流： 端環(huán)面積：

10、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二、 繞線轉(zhuǎn)子的設(shè)計計算（一） 轉(zhuǎn)子槽數(shù)的選擇為了減少噪聲和振動，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，宜選取 的分?jǐn)?shù)槽。（二） 轉(zhuǎn)子繞組的特點及設(shè)計方法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)： 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)：每個線圈做成一匝，

11、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。轉(zhuǎn)子繞組： y或 則： 核算空載轉(zhuǎn)子相電勢或集電環(huán)開路電壓 估算 導(dǎo)體截面積 選線規(guī) 校驗§10-5 工作性能的計算較準(zhǔn)確型等效電路 簡化電路 （略去）校正系數(shù)： 工作性能計算： 、一、 定子電流的計算 由簡化可知：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： 轉(zhuǎn)子電流無功分量： 整理得： 求解此二次代數(shù)方程，采用近似計算法迭代法，忽略高次項 在假定效率 二、 功率因數(shù)的計算 調(diào)整方法： 若太低： 三、

12、 效率的計算 提高效率、減小損耗的主要措施：選用合適槽配合，設(shè)計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)計高效風(fēng)扇。四、 額定轉(zhuǎn)差率的計算待添加的隱藏文字內(nèi)容2 生產(chǎn)實踐中，分母加上鐵心中附加損耗一項，大小等于五、 最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)影響最大的主要因素是： 調(diào)整及槽形。§10-6 起動性能的計算感應(yīng)電動機(jī)起動時的兩個顯著特點：起動電流大，使定轉(zhuǎn)子漏磁路高度飽和； 轉(zhuǎn)子電流頻率等于電源頻率（），比運行時高很多，使導(dǎo)條電流產(chǎn)生集膚效應(yīng)。一、 感應(yīng)電動機(jī)起動時漏磁路飽和效應(yīng)對漏抗的影響1、 漏磁路飽和效應(yīng)：起動瞬間，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)子繞組磁勢正比于電流，

13、所以磁勢大為增加，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）3、 計算： 起動電流假定值： 定子每槽磁勢幅值： 轉(zhuǎn)子每槽磁勢幅值： 根據(jù)繞組計算，忽略磁化電流，取，則 起動時產(chǎn)生漏磁的定轉(zhuǎn)子槽磁勢平均值 式中，近似修正前面假定所帶來的誤差。 該漏磁通經(jīng)過齒頂鐵心和兩個氣隙。忽略鐵心部分磁阻，則全部落在氣隙部分，則有虛擬磁密 引入起動時漏磁飽和系數(shù) （，越飽和，比例越小，）起動時定轉(zhuǎn)子諧波漏抗： 起動時斜槽漏抗： 對于漏抗的減小，等效看作是定轉(zhuǎn)子槽口寬度加大計算。 槽口寬度： 齒頂寬度： 漏磁路飽和引起的定轉(zhuǎn)子齒頂寬度減少為： 由于齒

14、頂寬度減小，起動時槽口比漏磁導(dǎo)分別減少 如：開口槽 半閉口槽 起動時定子槽比漏磁導(dǎo)： 定子繞組節(jié)距漏抗系數(shù)起動時轉(zhuǎn)子槽比漏磁導(dǎo)： 考慮集膚對比漏磁導(dǎo)減小系數(shù)起動時定轉(zhuǎn)子槽漏抗： 起動時定轉(zhuǎn)子漏抗和總漏抗： 二、 集膚效應(yīng)及其對轉(zhuǎn)子參數(shù)的影響1、 集膚效應(yīng)： 槽內(nèi)導(dǎo)體有效高度2、 起動時考慮集膚效應(yīng)的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條相對高度以梯形槽為例：令轉(zhuǎn)子導(dǎo)條高度 ，導(dǎo)條電阻等效長度 ，槽漏抗等效高度 若有徑向通風(fēng)道： 起動時總電阻： 3、 充分利用集膚效應(yīng)改善起動性能：雙籠槽、凸形槽、刀形槽三、 起動電流和起動轉(zhuǎn)矩的計算1、起動時， 可忽略不計。從等效電路看 起動電流倍數(shù)： 若（假定值），則假定偏小，低估了飽和的影響，。再次假設(shè)時，取，重新計算，誤差不超過。2、 起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)： 算例中：低于標(biāo)準(zhǔn)值，進(jìn)一步調(diào)整的方法（1） 減少每槽導(dǎo)體數(shù)