三相籠型感應電動機系列電磁設計(課程設計)

1、一、設計任務的依據(jù)電機設計的課程設計是電氣工程及其自動化專業(yè)電機電器及其控制方向（本科） 、電 機制造（專科）專業(yè)的一個重要實踐性教學環(huán)節(jié)，通過電機設計的學習及課程設計的訓練， 為今后從事電機設計工作、 維護的人才打下良好的基礎。 電機設計課程設計的目的： 一是讓 學生在學完該課程后， 對電機設計工作過程有一個全面的、 系統(tǒng)的了解。 另一個是在設計過 程培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)學生查閱表格、資料的能力，訓練學生的繪圖 閱圖能力，為今后從事電機設計技術工作打下堅實的基礎。 根據(jù)用戶對產(chǎn)品提出的技術要求及使用特點，結合設計和制造的可能性而編制。1 設計的指導思想設計一般用途的全封閉自

2、扇冷、籠型三相異步電動機，應具有高效節(jié)能、起動轉矩大、性 能好、噪聲低、振動小、可靠性高，功率等級和安裝尺寸符合 IEC 標準及使用維護方便等 優(yōu)點。2 產(chǎn)品的用途環(huán)境條件：海拔不超過 1000 米，環(huán)境空氣溫度隨季節(jié)而變化，但不超過 400C。 適用于不含易燃、易爆或腐蝕性氣體的一般場所和無特殊要求的機械上。3.額定數(shù)據(jù)型號Y100L1額定容量1.5KW額定電壓220V額定電流5.03A額定轉速1430r/m4.主要性能指標效率0.81功率因數(shù)0.82起動電流倍數(shù)7起動轉矩倍數(shù)2最大轉矩倍數(shù)2.34.工作方式連續(xù) （SI） 制5結構與安裝尺寸外殼防護等級IP44安裝結構B3絕緣等級B級外型L

3、1*b/h轉子結構鑄鋁熱套安裝A*B/6.主要標準（ 1）Y 系列三相電動機產(chǎn)品目錄2） Y 系列三相異步電動機技術條件二、設計內(nèi)容 ：1. 在查閱有關資料的基礎上，確定電機主要尺寸、槽配合，定、轉子槽形及槽形尺寸。2. 確定定、轉子繞組方案。3. 完成電機電磁設計計算方案。4. 用計算機（手畫也可以）畫出定、轉子沖片圖，電機結構圖。 三、課程設計的基本要求 1求每位同學獨立完成一種型號規(guī)格電機的全部電磁方案計算過程，并根據(jù)所算結果繪出 定、轉子沖片圖、電機總裝圖。2要求計算準確，繪出圖形正確、整潔。 3要求學生在設計過程中能正確查閱有關資料、圖表及公式。四、指導書、參考資料指導書：電機設計陳

4、世坤主編，機械工業(yè)出版社，2002 年出版參考資料： Y 系列三相異步電動機技術設計小型三相異步電動機技術手冊五、說明書格式1課程設計封面；2課程設計任務書；3說明書目錄4前言5三相感應電動機電磁設計特點及設計思想（重點寫） 。6三相感應電動機定、轉子繞組方案。7電磁設計設計單。8定、轉子沖片圖。9總結與體會 10參考資料。目錄前言1一、三相感應電機及設計特點及設計思想2二、三相感應電動機定、轉子繞組方案2三、定、轉子沖片圖12四、總結與體會14參考文獻14、八前言在自然界各種能源中，電能具有大規(guī)模集中生產(chǎn)、遠距離經(jīng)濟傳輸、智能化自動控制的 突出特點，而作為電能生產(chǎn)、傳輸、使用和電能特性變化的

5、核心裝備，電機在現(xiàn)代社會所 有行業(yè)和部門中也占據(jù)著越來越重要的地位。電機包括變壓器和旋轉電機，都用于實現(xiàn)機械能和電能之間的轉換。旋轉電機分為直流 電機和交流電機， 交流電機又分為異步電機和同步電機。 三相異步電動機隸屬交流電動機， 又稱感應電機。 具有結構簡單， 制造容易， 堅固耐用，維修方便，成本低廉等一系列優(yōu)點。 因其具有較高的效率及接近于恒速的負載特性，故能滿足絕大部分工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械的拖動 要求。三相異步電動機在國內(nèi)外的生產(chǎn)量、需求量都非常大，我國有許多廠家能生產(chǎn)各類永磁 直流電機。對于從事電機設計、生產(chǎn)的工作者來講，在電機設計實踐中經(jīng)常會遇到電機仿 制、電機按性能要求進行改制、電機按技

6、術參數(shù)全新設計等問題，因此就需要有一套比較 實用的能夠進行永磁直流電機設計的思路和方法，以便有效、簡便、正確地對電機進行設 計。電機設計的任務是根據(jù)用戶提出的產(chǎn)品規(guī)格、技術要求，結合技術經(jīng)濟方面國家的方針 政策和生產(chǎn)實際情況，運用有關的理論和計算方法，正確處理設計時遇到的各種矛盾，從 而設計出性能好、體積小、結構簡單、運行可靠、制造和使用維修方便的先進產(chǎn)品。電機設計是個復雜的過程，需要考慮的因素、確定的尺寸和數(shù)據(jù)很多。設計要根據(jù)電機 用戶對電機各方面性能的要求， 能因地制宜， 針對具體情況采取不同的解決方法 ,從而設計 出性能好、體積小、結構簡單、運行可靠、制造和使用維護方便的先進產(chǎn)品。設計一

7、臺小 型三相異步電動機的意義在于：首先設計電機是電機原理和實踐電機相結合的環(huán)節(jié)，是設 計者綜合運用所學知識解決所學專業(yè)實際問題能力的檢驗，是學習深化知識和提高的重要 過程。其次，三相異步電動機是各行各業(yè)生產(chǎn)過程及日常生活中普遍使用的基礎設備，使 用廣泛， 值得研究。 而本次課程設計的目的就是通過收集各類書籍， 雜志， 網(wǎng)絡相關資源， 了解三相異步電動機在國內(nèi)外的發(fā)展狀況；通過電機設計相關教材，結合具體情況設計一 般用途的全封閉自扇冷、籠型三相異步電動機，應具有高效節(jié)能、起動轉矩大、性能好、 噪聲低、振動小、可靠性高，功率等級和安裝尺寸符合 IEC 標準及使用維護方便等優(yōu)點。一、三相感應電動機電

8、磁設計特點及設計思想 三相感應電動機電磁設計主要的內(nèi)容包括如何確定電機和選擇電機的電磁負荷及定 子兩套繞組的極對數(shù)。由于作電動機運行的三相異步電機。三相異步電動機轉子的轉速低 于旋轉磁場的轉速，轉子繞組因與磁場間存在著相對運動而感生電動勢和電流，并與磁場 相互作用產(chǎn)生電磁轉矩，實現(xiàn)能量變換。電機設計是個復雜的過程，需要考慮的因素、確 定的尺寸和數(shù)據(jù)很多。與單相異步電動機相比，三相異步電動機運行性能好，并可節(jié)省各 種材料。按轉子結構的不同，三相異步電動機可分為籠式和繞線式兩種?；\式轉子的異步 電動機結構簡單、運行可靠、重量輕、價格便宜，得到了廣泛的應用，其主要缺點是調速 困難。繞線式三相異步電動

9、機的轉子和定子一樣也設置了三相繞組并通過滑環(huán)、電刷與外 部變阻器連接。調節(jié)變阻器電阻可以改善電動機的起動性能和調節(jié)電動機的轉速。同時需注意一下三點：(1) 調速范圍 明確電機轉速運行的最大區(qū)間，并應指明電機的常用轉速區(qū)間，以便選擇合適的電機 數(shù)據(jù)，獲得良好的力能指標。(2) 負載的性質 明確負載需要恒功率調速或恒轉矩調速，或在整個調速范圍內(nèi)部分轉速區(qū)為恒功率、 部分轉速區(qū)為恒轉矩。 這對選擇自然同步轉速 (即確定 pp、pc 之和)及控制繞組電源在調 速范圍內(nèi)是否需要改變相序十分重要。(3) 通風冷卻系統(tǒng) 一般交流電機包括同步電機和感應電機，轉子不計算鐵耗，然而該類電機正常穩(wěn)態(tài)運 行時，定子繞

10、組產(chǎn)生的 2 個旋轉磁場轉速與轉子本體轉速存在較大的轉差，轉子鐵芯損耗 不容忽視。不僅電磁設計時，其電磁負荷的選擇應與常規(guī)電機有所區(qū)別，而且對通風冷卻 結構設計應予足夠的重視。設計要根據(jù)電機用戶對電機各方面性能的要求，能因地制宜，針對具體情況采取不同 的解決方法 ,從而設計出性能好、 體積小、結構簡單、運行可靠、制造和使用維護方便的 先進產(chǎn)品。本次設計共包括四個方案，方案一：復算。方案二 :提高其功率因數(shù) .方案三 :提 高其效率 .電磁計算中的幾個主要部分包括： 主要尺寸與氣隙的確定； 定轉子繞組與沖片設 計；工作性能的計算；起動性能的計算等。二、三相感應電動機定、轉子繞組方案（一）額定數(shù)據(jù)

11、及主要尺寸1輸出功率 PN=2.2kW2額定電壓Un =380V3 功電流 I kw=3.33AEUn4 效率y=0.815功率因數(shù)cos $ '0.826極對數(shù)p=27定轉子槽數(shù) Z仁36Z2=32Z1Z28定轉子每極槽數(shù)Z p1 - = 9 Zp2 - =82p2p9定轉子沖片尺寸10極距11定子齒距12轉子齒距13節(jié)距14轉子斜槽寬15每槽導體數(shù)Di12pt1t2=0.07696mDi1=0.00855m2- = 0.00956m乙y =3bsk= t1= 0.0145m單層線圈Ns1 =4116相串聯(lián)導體數(shù)N1 20=492ga117繞組線規(guī)（估算）N't1 A'

12、;dI'12=1.42 mm2a1J'1I'（定子電流初步值）1 KWcos=5.01A18槽滿率（教材圖10-8）槽面積As（2）槽有效面積（3）槽滿率 S2r21bn(h'sh)2r212=0.0081725m2Nt1Ns1dAefAt = 0.00589869 m2100%= 0.7819鐵心長lt鐵心有效長lt=105mm繞組系數(shù)Kdpi KdiKpi = 0.95979521每相有效串聯(lián)導體數(shù)N iKdpi =477（二）磁路計算22每極磁通巳4K Nm Kdpi fN i=0.0068i25T2.22fN iKdpi其中 Ei(i L)Un = 20

13、3.38V (假設 Ke' i l')23極齒部截面積定子轉子24軛部截面積AjiAtiKFeltbtiZpi = 0.004039m2At2KFeltbt2Zp2 = 0.00359im2KFelth'ji = 0.00i683m2定子軛部計算高度轉子Di Dii2Aji KFelth'j2= 0.0025805 m2圓底槽 hjihsir2i=0.0i687m3轉子軛部計算高度圓底槽 hj2D2 Di2s2r222d v2 = 0.02587m325空氣隙面積lef = 0.00808m226波幅系數(shù)FsBavi.3745 （可先假定飽合系數(shù)K '，

14、再從教材圖附i-2中查出Fs）27定子齒磁密Fs=i.53326T28轉子齒磁密29定子軛磁密30轉子軛磁密3i空氣隙磁密FsBt2-=i.58243TAt2iB ji-i.45644T2AjiBj2i-i.42909T2Aj2BFs-0.724068TABtiAti32根據(jù)Bti、Bt2、Bji、Bj2、B s從磁化曲線（教材附錄33齒部磁路計算長度5）中查出 Hti、Ht2、Hji、Hj2定子圓底槽Ltihiih2iir2i = 0.0i27008m3轉子平底槽Lt 2人22 =0.020m34部磁路計算長度定子L'j1(D1hj1')1 _0.05424m2p2轉子L&#

15、39;j2(D2hj2')1=0.02809m2p235有效氣隙長度efK 1K2= 0.000378m開口槽Kt(5b。)0= 1.3244t(5b0)b；36齒部磁壓降定子Ft1H t1 Lt1=18.04v轉子Ft2H t2Lt 2= 17.24v37厄部磁壓降定子Fj1 Cj1H j1L'j1=25.75v轉子Fj2C j2H j2L'j2 = 9.113vLKB38空氣隙磁壓降F=391.64V0FFt iF t239 飽和系數(shù)Ks一 一= 1.430739項F（Ks值與26項中假定的Ks'應相符，否則重新假定Ks'，并重新計算26中各有關量，

16、直至相符。要求精度w±1%）40磁壓降 F0 F41滿載磁化電流42滿載磁化電流標么值43勵磁電抗標么值（三）參數(shù)計算F t1 Ft2ImImYmsFj1 Fj2=367.95V2pFo=3.4411A0.9g 汕b = 0.75495I KW1=1.1883Im44線圈平均半匝長（見教材圖附 1-4）單層線圈lc l B Kc y =0.156432m46單層線圈端部平均長2d1Kcy =0.067645m47漏抗系數(shù)24 f 0(N1KdpJ lefPNCx1m1 pUn20.263(2心卩1)GPnpuN10=0.032178 ?48 定子槽比漏磁導s1 Ku1 U1 Kl1

17、L1=1.3518849定子槽漏抗Xs12m1 plt1 s12乙 Kdp1 efCx= 0.024183 ?無徑向通風道時lt1 111 =0.026813m50定子諧波漏抗ITI1 s31 2 Cx = 0.012063?( s 從圖 13 或表 5 中2 efKKs查出）51定子端部漏抗單層同心式X；10.67(Ie °.64y)2Cx=0.005667?1 ef Kdp152定子漏抗Xs1Xei= 0.042033 ?53轉子槽比漏磁導s2L2 = 1.5812(L2從教材附錄四查出）54轉子槽漏抗s22mh plt2s2Cx=0.02929 ?無徑向通風道時112112 =

18、0.02979m55轉子諧波漏抗m1 RCX= 0.031493?(Ks2efR從教材圖4-11或附錄9查出）56轉子端部漏抗X E20.757(j 厶 0.0045301?1.13 2plef57轉子斜槽漏抗Xsk2*0.5(旦)X 2 = 0.015132 ? t258轉子漏抗Xs2X 2 Xe2 Xsk = 0.080445 ?59總漏抗2=0.12248 ?60定子直流相電阻R12Mlc=1.8933Nt1Ad'?6162對A、E、B級絕緣對F、H級絕緣定子相電阻標么值有效材料定子導線重量0.03460.0392I KWR1Un10 610 6m，銅m，銅0.039335?Gw

19、 ClcNs1Z1AjNt1 '= 3.9602kg0.02170.024510 6 m10 6 m式中C為考慮導線絕緣和引線重量的系數(shù)，漆包圓鋁線取1.1，漆包圓銅線取1.05;'為導線密度，鋁為 2.7 x 103kg/m 3，銅為8.9X 103kg/m3硅鋼片重量GFeKFeh（D1）2 Fe ' = 37.678kg （為沖剪余量，取5mm)63轉子電阻導條電阻折算值端環(huán)電阻折算值Rb'Rb'KbIbAB40（汕心1）2壬2=1.168 ?2DrZ24g(NiKdpi)十=0.28094 ?2 p2arZ2對于A、E、B級絕緣：紫銅0.0217

20、 10 6m，黃銅0.080410 6m,硬紫銅桿0.0278 10 6m，鑄鋁60.0434 10m,硅鋁(0.062 0.0723)10 6 m對于A、E、B級絕緣：紫銅0.0245 10 6m，黃銅0.090810 6m,硬紫銅桿0.0314 10 6m，鑄鋁60.0491 10m ,因疊片不整齊造成導條電阻增加而引入系數(shù)Kb，鑄鋁轉子為1.04，銅條轉子為1.0硅鋁 (0.07 0.0816) 10 6 m導條電阻標么值*RbRbUkw=0.024265端環(huán)電阻標么值轉子電阻標么值*Rr'kw _RrUn=0.0058367*R2* *RbRr =0.030102N（四）工作性

21、能計算64滿載時定子電流有功分量標么值65滿載時轉子電流無功分量標么值I；p1= 1.2285 （假定效率'）* * * 2 * * 2I x 1X lp1( 1 X I1P) = 0.19604*與=1.0789ms66滿載時定子電流無功分量標么值l 1Q l m l X = 0.95167滿載電勢標么值Ke 1 L 1 (I；pR*I；qX*J = 0.9117此值應與22項假定相符，否則重新假定Ke并計算2267項，直至誤差小于土 0.5%68空載電勢標么值101 l mX*1 =0.7896169空載時定子齒磁密Bt10-Bt1 = 1.4293T1L170空載時轉子齒磁密Bt

22、 20-Bt2 =1.6874T1L空載時定子軛磁密空載時轉子軛磁密空載時氣隙磁密空載定子齒磁壓降 空載轉子齒磁壓降 空載定子軛磁壓降 空載轉子軛磁壓降空載空氣隙磁壓降空載總磁壓降空載磁化電流定子電流標么值定子電流實際值定子電流密度線負荷A1轉子電流標么值轉子電流實際值端環(huán)電流實際值轉子電流密度定子電氣損耗轉子電氣損耗F00I m0J1Ft10Ft 20F j10F j20I1101L101L1011LBji= 1.3803TB = 0.6919TBj2= 0.76422TB j20Bj10B 0H t10 Lt1 =25.978vH t20 Lt2 = 151.88vH j10 Lj1

23、9; =24.03vH j20Lj2'= 3.5977V3= 253.12VFt10Ft20Fjw F j20 =458.6v2 pF 0o=4.2889A0.9口汕心1j- * 2* 2'I1plg = 1.553611 J I KW = 5.173488Am1NDi1I1=6.2968e+006aNtA'111=21463A* 2. I1PI 2I KWIx = 1.2441mN 1Kdp1=244.99AZ2=428.9AP導條電密端環(huán)電密*2I1R1* *2 *Pai 2I 2 R2比=3.42586e+006Ab匕 1.78165e+006AR=0.09494

24、4W=0.046591WPcu1pcu1 PN =284.83wPai2Pai2 Pn = 139.77w717273747576777879808182838485868788附加損耗鑄鋁轉子：p* 0.025 （2 極），0.02 （4 極），0.015 （6 極），0.01 （8 極和 10極）銅條轉子：p* 0.005或參考相近規(guī)格的實測值PsPsPN =6089機械損耗參考實際試驗值或按下列公式計算二極防護式:p fw機械損耗標么值p fw5.5(-)2(D2)3103= 11.435wpp fW=0.0064827WPn90定子鐵損耗定了齒重量Gt2pAtiLti Fe'=

25、3.4325kg疋子軛重量Gj4pAjiLji' Fe' =7.2747kg宀匕士曰主工pFetPhetGt = 121.17 損耗系數(shù)Phet根據(jù)Btl0査表4得到定子齒損耗宀匕士曰主工PFejPhejGj = 62.972損耗系數(shù)Phej根據(jù)Bji0查表4得到定子齒損耗定子鐵損耗PFek1 pFetk2 pFej = 184.15w鐵耗校正系數(shù)ki2.5 （半閉口槽），3.0 （開口槽）皿=0.061382定子鐵損耗標么值此值應與64項假定值相符，否則重新假定'并計算6493項，直至誤差小于k22.0 （半閉口槽）2.5 （開口槽）91總損耗標么值PPcui Pai

26、 2Ps92輸入功率*PN11P*= 1.2294W93效率1* =0.822005PnPn1pFePfwPFe = 0.2294± 0.5%94功率因數(shù)cosI ip-!P= 0.802179 Ii95轉差率SNPai 2=0.0441pAl2ps pfW pFerpFerpFetr pFejr=0.03473Pn96轉速nN(1 sN )= 1434.66 r/min最大轉矩Tm*2( Ri(五)起動性能計算98起動電流假定值1 st (25 35)Tm 1 KW = 41461A99起動時定轉子槽磁勢平均值Fst 仃出0.707(心1aiK diK piZ2=2454.9T10

27、0空氣隙中漏磁場的虛擬磁密Bl0 Fst=4.7234T0.64 2.5 ：= 0.93301 t1t2由Bl查教材圖10-18可得漏抗飽合系數(shù)Kz=0.512101齒頂漏磁飽合引起的定子齒頂寬度的的減少Cs1(t1b01 )(1Kz) = 0.0049248T102齒頂漏磁飽合引起的轉子齒頂寬度的的減少Cs2 (t2 b02)(1 Kz) = 0.0066965T103起動時定子槽比漏磁導s1(st) KU1( U 1U1) Kl1 L1 = 1.1261TU1= 0.20269T104起動時定子槽漏抗105起動時定子諧波漏抗*s1(st) *Xs1(st)Xs1=0.020495 ?s1X

28、*1(st) KzX*1 = 0.0054746 ?106起動時定子漏抗X 1(st) X s1(st) X 1(st) X E1 = 0.031756 ?107考慮集膚效應，轉子導條相對高度0.987 10 3hU bB f = 1.5512Vbs2 b式中：hB 轉子導條的高度，對鑄鋁轉子不包括槽口高度h02如一一轉子導條與轉子槽的寬度之比，對鑄鋁轉子其值為1,窄長的銅條其值bs2為0.9B導條的電阻率。對 A、E、B 級絕緣，鋁為 0.0434 10 6 m，銅為 0.0217 10 6 m ；6 6對F、H級絕緣，鋁為0.0491 10 m，銅為0.0245 10 m轉子電流頻率，起動

29、時其等于定子電流的頻率108轉子電阻增加系數(shù)和電抗減少系數(shù)Kf、Kx查教材圖附1-10及教材圖4-23109110111112113114115116117118119KfR- = 1.2R°起動時轉子槽比漏磁導起動時轉子槽漏抗起動時轉子諧波漏抗起動時轉子斜槽漏抗起動時轉子漏抗起動時總漏抗起動時轉子總電阻起動時總電阻起動時總阻抗起動電流X-=0.95 X。s2(st)U2) Kx l2 = 0.9821TX s2(st)X 2(st)X sk(st)X 2(st)X (st)R2(st)Zst1sts2( st) *Xs2 = 0.02023 ?s2KzX 2 = 0.014293 ?KzXsk =0.0068677 ?X s2(st)X 1(st)心(產(chǎn))1 BX 2(st) X E2 X sk(st) = 0.045921 ?X 2(st) = 0.077677 ?l B l t2 *()RbRr = 0.034955 ?1 BR2(st) = 0.07429 ?J* 2*2RstX (st) = 0.10748 ?拿 41.642A此值應與98項假定值相符，否則重新假設并計算 98118項，直至誤差小于土 3%起動電流的倍數(shù)起動轉矩的倍數(shù)三、定、轉子沖片圖ist*TstIst一 =5.6537511*