《電機設(shè)計》課程設(shè)計報告-三相籠型感應(yīng)電動機系列電磁設(shè)計

1、湖南工程學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書 課程名稱：?電機設(shè)計?題 目：三相籠型感應(yīng)電動機系列電磁設(shè)計 專業(yè)班級： 電氣工程 0783班 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 2 指導(dǎo)老師：審 批： 任務(wù)書下達日期 2021年12月31日設(shè)計完成日期 2021年12月31日Y132M1-6 kW三相鼠籠式異步電動機設(shè)計摘 要本文介紹了Y系列三相鼠籠異步電動機的設(shè)計方法,文章首先從異步電機的根本理論及工作特性著手，簡單介紹了異步電機的開展近況、根本特性、類型、結(jié)構(gòu)、用途、技術(shù)指標、工作原理及運行特性等，為電機設(shè)計的做好必要的理論準備。電機設(shè)計是個復(fù)雜的過程，因此需要考慮的因素、確定的尺寸和數(shù)據(jù)很多。同時本文也詳細闡述了三相鼠

2、籠異步電動機的設(shè)計改良調(diào)整方案，以及計算機輔助工具的應(yīng)用，這給電機設(shè)計和優(yōu)化帶來了新的契機。關(guān)鍵詞 :三相異步電動機；設(shè)計；電磁路參數(shù)；工作性能；優(yōu)化方案前 言現(xiàn)在社會中，電能是使用最廣泛的一種能源，在電能的生產(chǎn)、輸送和使用等方面，作為動力設(shè)備的電機是不可缺少的一局部。中小型電機行業(yè)是機械工業(yè)的重要組成局部，在國民經(jīng)濟中起著舉足輕重的作用。發(fā)電機主要用于移動電源、風(fēng)力發(fā)電、小型發(fā)電設(shè)備中；三相異步電動機在生產(chǎn)和交通運輸中得到廣泛使用，例如，在工業(yè)方面，它被廣泛用于拖動各種機床。水泵、壓縮機、攪拌機、起重機械等。在農(nóng)業(yè)方面，他被廣泛用于拖動排灌機械、脫粒機及各種農(nóng)產(chǎn)品的加工機械。在家用電器和醫(yī)療

3、器械和國防設(shè)施中，異步電動機也應(yīng)用十分廣泛，作為拖動各種機械的動力設(shè)備。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新和工農(nóng)業(yè)的迅猛開展，電氣化與自動化水平不斷提高，國民經(jīng)濟各部門對異步三相異步電動機的需求量日益增加，對其性能，質(zhì)量，技術(shù)經(jīng)濟指標也相應(yīng)地提出了越來越高的要求。因此，對三相異步電動機性能提出了許多新的更新的要求，必須適時實地做出更新與開展，以適應(yīng)各個新興工業(yè)領(lǐng)域不同的特殊要求，特別是對需求量最大的中小型三相異步電動機，在保證其質(zhì)量運行，壽命長和能滿足使用要求的同時，進一步節(jié)約銅、鐵等材料，提高效率和功率因數(shù)，以提高其經(jīng)濟技術(shù)指標與降低耗電。三相異步電動機已有近20年多年的研制開發(fā)、設(shè)計和生產(chǎn)史。尤其近些

4、年來,隨著研制開發(fā)技術(shù)的不斷創(chuàng)新、迅速開展和完善，如集成化技術(shù)、智能化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)、虛擬技術(shù)等，設(shè)計出 “更快、更精、更凈的產(chǎn)品。 第1章 概 述1.1我國電機制造工業(yè)開展近況與開展趨勢電動機制造是我國機械工業(yè)中較大的行業(yè)之一，它既是關(guān)系到各行各業(yè)自動化的重要根底產(chǎn)品，又是與人類生活密切相關(guān)的面廣量大、品種繁多的通用產(chǎn)品。電動機是把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的主要執(zhí)行部件，國內(nèi)60%70%的發(fā)電量被電機所消耗。因此，電機產(chǎn)品的品種、數(shù)量和質(zhì)量各種性能水平的提高和開展，都會直接影響國民經(jīng)濟各部門成套設(shè)備的開展水平。20世紀40年代以前，我國電機制造工業(yè)極端落后。50年代以仿制國外產(chǎn)品為主，60年代起走

5、上自行設(shè)計的道路。在此之前只能生產(chǎn)一般中小型電機，而且批量小，品種單一。我國所生產(chǎn)的電動機大多是六十年代開展的產(chǎn)品, 局部是七、八十年代引進的國外移植產(chǎn)品,與國外同行業(yè)相比, 其技術(shù)水平、產(chǎn)品質(zhì)量、結(jié)構(gòu)工藝、制造能力、自動化程度等均偏低,仍有不小的差距。解放五十多年來，國內(nèi)的電機制造業(yè)通過廣闊工程技術(shù)人員的不懈努力，在非常落后的根底上逐步建立起較為完整的電機制造工業(yè)體系，無論是在開展品種、提高產(chǎn)品質(zhì)量方面，還是在數(shù)量方面，都取得了世人矚目的成績，為工業(yè)的開展和人民生活水平的提高做出了巨大的奉獻。我國已能獨立自主地生產(chǎn)各種中小型電機，國內(nèi)產(chǎn)品已經(jīng)開展到100 多個系列，500多個品種，年生產(chǎn)能力

6、到達5500萬kW以上 ，根本上滿足了社會各個方面對電機產(chǎn)品的需求。隨著電機理論的不斷完善，高新技術(shù)的快速開展，可以預(yù)言：未來的電機產(chǎn)品將朝著高性能化、智能化、微型化和網(wǎng)絡(luò)化的方向開展。1.2 電機的分類電機是以磁場為媒介進行電能與機械能相互轉(zhuǎn)換的電力機械。電機在國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。需要的電機的種類各不相同，性能各異。電機的分類方法也用很多，故電機的種類也有很多。1按工作電源分類： 根據(jù)電動機工作電源的不同，可分為直流電動機和交流電動機。2按結(jié)構(gòu)及工作原理分類： 根據(jù)電動機按結(jié)構(gòu)及工作原理的不同，可分為直流電動機，異步電動機和同步電動機。直流電動機按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為無刷直流電動機

7、和有刷直流電動機。3)按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)分類： 根據(jù)電動機按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)不同，可分為籠型感應(yīng)電動機和繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機。4)按用途分類： 可分為驅(qū)動用電動機和控制用電動機。我國目前生產(chǎn)的三相異步電動機月100個系列額，500多個品種，500多個規(guī)格。按電機尺寸分成大、中、小型。大型：中心高H 0.63m,定子鐵心外徑 1m,功率范圍在400KW以上，電壓為300 V和600 V。中型：中心高H =(0.3550.63)m,定子鐵心外徑 =0.51.0m,功率范圍在451250KW以上，電壓為380 V和3000 V和6000 V。小型：中心高H =(0.080.315)m,定子鐵心外徑 =0.120.

8、5m,功率范圍在0.55132KW以上，電壓為380 V。YIP44系列的中心高H =(0.080.28)m,定子鐵心外徑 =0.120.445m，共11個機座，功率范圍為0.5590KW，電壓380V。1.3三相異步電動機的結(jié)構(gòu)和用途異步電動機結(jié)構(gòu)1固定局部有定子繞組、定子鐵心、機殼、端蓋、風(fēng)罩。定子繞組是電動機的電路局部，通入三相交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的繞組。由三個在空間互隔120電角度、隊稱排列的結(jié)構(gòu)完全相同繞組連接而成，這些繞組的各個線圈按一定規(guī)律分別嵌放在定子各槽內(nèi)。定子鐵心是電機磁路的一局部，并在其上放置定子繞組。通常是用軋成厚0.5或0.35毫米的硅鋼片疊成的如圖1。機殼是用來支撐定

9、子鐵心和電動機端蓋。端蓋是用來支撐電動機的轉(zhuǎn)動局部一般指轉(zhuǎn)子。風(fēng)罩保護風(fēng)葉同時又起到通風(fēng)的風(fēng)路作用。圖1 定子鐵心2轉(zhuǎn)動局部有轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子鼠籠、轉(zhuǎn)軸、起動開關(guān)、軸承、風(fēng)葉。轉(zhuǎn)子鐵心是整個電動機磁路的一局部，一般使用硅鋼片DR510-50，DR280-35。轉(zhuǎn)子鼠籠起轉(zhuǎn)子繞組的作用轉(zhuǎn)子的導(dǎo)條均由鼠籠的端環(huán)所短路，形成一個多相的電路如圖2。鼠籠的材料一般采用高純鋁L01L05。轉(zhuǎn)軸是作為支撐轉(zhuǎn)子鐵心和傳遞力矩最不可缺少的結(jié)構(gòu)局部。軸承主要是連接轉(zhuǎn)動局部與不動局部。風(fēng)葉主要是冷卻電動機。圖2 鼠籠轉(zhuǎn)子3其他局部有出線盒、銘牌、起動或工作電容器。4三相異步電動機的總結(jié)構(gòu)圖圖3 封閉式三相籠型異步電動

10、機結(jié)構(gòu)圖1軸承；2前端蓋；3轉(zhuǎn)軸；4接線盒；5吊環(huán)；6定子鐵心； 7轉(zhuǎn)子；8定子繞組；9機座；10后端蓋；11風(fēng)罩；12風(fēng)扇異步電動機用途對于小型異步電動機來說，用途是十分廣泛的，常作為各類機械中的主要動力元件。Y系列小型異步電動機根據(jù)需要，既可以用于正常的工作環(huán)境，又可在潮濕、多塵、濕熱、多霉和日曬雨淋、嚴寒酷暑，沖擊波動，有爆炸危險和腐蝕性環(huán)境中使用，既可恒速傳動，又可變速傳動。這類電機既可連續(xù)工作，有可斷續(xù)工作。因此廣泛用于各種機床，風(fēng)機，水泵，壓縮機和傳輸機，農(nóng)業(yè)食品加工等各類機械設(shè)備。1.4三相異步電動機的根本工作原理和運行特性 根本工作原理電動機的工作原理是建立在電磁感應(yīng)定律、全電

11、流定律、電路定律和電磁力定律等根底上的。如右圖4是三相交流異步電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的原理圖(圖4中只示 圖4出兩根導(dǎo)條)，當(dāng)磁極沿順時針方向旋轉(zhuǎn)，磁極的磁力線切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條，導(dǎo)條中就感應(yīng)出電動勢。電動勢的方向由右手定那么來確定。因為運動是相對的，假設(shè)磁極不動，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條 沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)，那么導(dǎo)條中同樣也能感應(yīng)出電動勢來。在電動勢的作用下，閉合的導(dǎo)條中就產(chǎn)生電流。該電流與旋轉(zhuǎn)磁極的磁場相互作用，而使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條受到電磁力F，電磁力的方向可用左手定那么確定。由電磁力進而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動起來。異步電動機的工作原理用箭頭式子可以簡單的表示如下：定子繞組通入三相交流電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子繞組 轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生

12、感應(yīng)電勢轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電流轉(zhuǎn)子電流與磁場作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩運行。三相異步電動機的工作特性異步電動機的工作特性是指在額定電壓及額定頻率下，電動機的主要物理量轉(zhuǎn)差率，轉(zhuǎn)矩電流，效率，功率因數(shù)等隨輸出功率變化的關(guān)系曲線。 eq oac(,1)轉(zhuǎn)差率特性通常把同步轉(zhuǎn)速n1和電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n二者之差與同步轉(zhuǎn)速n1的比值叫做轉(zhuǎn)差率，用s表示。關(guān)于轉(zhuǎn)差率的定義如下：當(dāng)電機的定子繞組接電源時，站在定子邊看，如果氣隙旋轉(zhuǎn)磁通密度與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向一致，那么轉(zhuǎn)差率s為：；如果兩者轉(zhuǎn)向相反，那么：。式中的n1、n都理解為轉(zhuǎn)速的絕對值s是一個沒有單位的數(shù)，它的大小能反映電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。隨著負載功率的增加，轉(zhuǎn)子電流增大，故轉(zhuǎn)

13、差率隨輸出功率增大而增大。 eq oac(,2)轉(zhuǎn)矩特性異步電動機的輸出轉(zhuǎn)矩：轉(zhuǎn)速的變換范圍很小，從空載到滿載，轉(zhuǎn)速略有下降，轉(zhuǎn)矩曲線為一個上翹的曲線近似直線。 eq oac(,3)電流特性 空載時電流很小，隨著負載電流增大，電機的輸入電流增大。 eq oac(,4)效率特性其中銅耗隨著負載的變化而變化與負載電流的平方正比；鐵耗和機械損耗近似不變；效率曲線有最大值，可變損耗等于不變損耗時，電機到達最大效率。異步電動機額定效率載74-94%之間；最大效率發(fā)生在(0.7-1.0)倍額定效率處。 eq oac(,5)功率因數(shù)特性空載時，定子電流根本上用來產(chǎn)生主磁通，有功功率很小，功率因數(shù)也很低；隨著

14、負載電流增大，輸入電流中的有功分量也增大，功率因數(shù)逐漸升高；在額定功率附近，功率因數(shù)到達最大值。如果負載繼續(xù)增大，那么導(dǎo)致轉(zhuǎn)子漏電抗增大漏電抗與頻率正比，從而引起功率因數(shù)下降。1.5 三相異步電動機的起動與調(diào)速三相異步電動機的起動1直接起動直接起動是用閘刀開關(guān)或接觸器把電機的定子繞組直接接到具有額定電壓的電源上。是一種最簡單而應(yīng)用廣泛的起動方法。1優(yōu)點：無需附加起動設(shè)備，操作方便；2)缺點：起動電流大，起動轉(zhuǎn)矩小，須足夠大的電源；3)適用條件：小容量電動機帶輕載的情況起動。2降壓起動用降低電機端電壓的方法限制制動起動電流，待電機轉(zhuǎn)速接近正常轉(zhuǎn)速后，再將端電壓升高到額定電壓。 如果電源容量不夠大

15、，可采用降壓起動。即起動時，降低加在電動機定子繞組電壓，起動時電壓小于額定電壓，待電動機轉(zhuǎn)速上升到一定數(shù)值后，再使電動機承受額定電壓，可限制起動電流。1) Y-降壓起動2) 自耦變壓器降壓起動3) 電阻降壓或電抗降壓起動4) 延邊三角形降壓起動3軟起動 軟起動就是在電動機(鼠籠式) 定子回路串入有限流作用的電力器件來實現(xiàn)電機的起動。通過這種方法降低起動電流。軟起動是采用軟件控制方式來平滑起動電動機，一方面在控制方式上以軟件控制強電，另一方面在控制結(jié)果上將電動機的起動特性由“硬平滑變?yōu)椤败洝＼浧饎舆^程中產(chǎn)生高次諧波，對周邊環(huán)境要求比擬高，同時起動設(shè)備投資非常大；但它起動時無沖擊電流，可保持平滑起

16、動，并且可根據(jù)負載情況實現(xiàn)自由無級的起動。軟起動方式： eq oac(,1) 液阻式軟起動 eq oac(,2) 磁控式軟起動 eq oac(,3) 智能式軟起動。三相異步電動機的調(diào)速三相異步電動機轉(zhuǎn)速公式為： 從上式可見，改變供電頻率f、電動機的極對數(shù)p及轉(zhuǎn)差率s均可太到改變轉(zhuǎn)速的目的。異步電動機的調(diào)速主要有三種方法.1、變極調(diào)速 ，異步電動機正常運行時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n略低于，所以，一旦p改變，改變，n也隨著改變。1YYY 變極調(diào)速 屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式2YY變極調(diào)速 屬于恒功率調(diào)速方式2、變頻調(diào)速異步電動機的轉(zhuǎn)速：。當(dāng)轉(zhuǎn)差率S變化不大時，n近似正比于頻率，可見改變電源頻率就可改變異步電動機的轉(zhuǎn)速

17、。常用的異步電動機變頻調(diào)速控制方式通常有兩種，即恒轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速和恒功率變頻調(diào)速。1 恒轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速。電機變頻調(diào)速前后額定電磁轉(zhuǎn)矩相等，即恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時，有 。2 恒功率變頻調(diào)速。電機變頻調(diào)速前后它的電磁功率相等，即 。3、轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速 轉(zhuǎn)子串入附加電阻，使電動機的轉(zhuǎn)差率加大，電動機在較低的轉(zhuǎn)速下運行。串入的電阻越大，電動機的轉(zhuǎn)速越低。此方法設(shè)備簡單，控制方便，但轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱的形式消耗在電阻上。屬有級調(diào)速，機械特性較軟。串電阻前后保持轉(zhuǎn)子電流不變，那么有： ，電磁轉(zhuǎn)矩為： ，保持不變，即屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。1.6 感應(yīng)電動機的主要性能指標和額定參數(shù)感應(yīng)電動機的主要性能指標、基準值和額定參數(shù)。性

18、能指標基準值額定參數(shù)與標么值額定功率電壓基準值：額定相電UNF效率額定電壓電流基準值：每相功電流IKW功率因數(shù)額定頻率功率基準值：額定功率PN最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)額定轉(zhuǎn)速阻抗基準值：ZKW=UNF/IKW起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)轉(zhuǎn)矩基準值：額定轉(zhuǎn)矩TN起動過程中的最小轉(zhuǎn)矩繞組和鐵心溫升起動電流倍數(shù)第2章 三相鼠籠式異步電動機的設(shè)計方法2.1 電磁負荷的選擇與匹配電磁負荷對電機性能和經(jīng)濟性的影響由于正常電機中系數(shù)、與實際上變化不大，因此在計算功率與轉(zhuǎn)速一定時，電機的主要尺寸決定于電磁負荷、。電磁負荷越高，電機尺寸將越小，重量越輕，本錢也越低。這就是在一般可能情況下，一般希望選取較高電磁負荷和的原因。但電磁負荷選取與

19、眾多因素有關(guān)，不但影響電機有效材料的耗用量，而且對電機參數(shù)、起動和運行性能、可靠性都有重要影響。1 線負荷A較高，氣隙磁密不變 eq oac(,1) 電機體積和尺寸的減小，可節(jié)約鋼鐵材料 eq oac(,2) 一定時，由于鐵心重量減小，鐵耗隨之減小 eq oac(,3) 繞組用銅量增加 eq oac(,4) 增大了電樞單位外表上銅耗，繞組溫升增高 eq oac(,5) 影響電機參數(shù)和電機特性2氣隙磁密高，線負荷A不變 eq oac(,1) 電機體積和尺寸的減小，可節(jié)約鋼鐵材料 eq oac(,2) 電樞根本鐵耗增大 eq oac(,3) 氣隙磁位降和磁路飽和程度增大 eq oac(,4) 影響

20、電機參數(shù)和電機特性 電磁負荷的選擇電磁負荷與預(yù)防護等級、冷卻方式、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、絕緣等級及電壓有直接關(guān)系。決定電磁負荷時。對于小型電機而言，各種產(chǎn)品之間磁密的波動范圍不大。只是對于斷續(xù)運行電機或者最大轉(zhuǎn)矩要求高、功率數(shù)允許略低的產(chǎn)品，磁密可以略高。但電密及熱負荷AJ1波動較大。當(dāng)磁密及J1選定后，根據(jù)電磁負荷的匹配關(guān)系，求取轉(zhuǎn)子電密及調(diào)整定子齒部、軛部的磁密，電磁負荷選得高，就節(jié)省材料，但它受效率及溫升約束，不能選得過高。在推薦的范圍內(nèi)： eq oac(,1) A 隨功率增加而增加，減少A可提高過載能力； eq oac(,2) 隨極數(shù)增加面增加，降低可提高； eq oac(,3) J1 那么隨功率

21、增加而減小，隨散熱能力提高而提高。同時繞線轉(zhuǎn)子的J1要比籠型轉(zhuǎn)子的J1選低5%10%；斷續(xù)運行的可比連續(xù)的選的高些。 電荷負荷的匹配電磁負荷的匹配直接影響電機的溫升定子繞阻溫升，盡管隨著電機類型不同，溫度場分而亦不同，但仍有一個共同的規(guī)律。就散熱而言，轉(zhuǎn)子熱量有很大一局部要先傳給定子，再經(jīng)機座或通風(fēng)道，與定子熱量聚集在一起傳給周圍介質(zhì)。對于Y系列電機而言，磁負荷亦應(yīng)遵循類似的規(guī)那么，轉(zhuǎn)子局部損耗很小，轉(zhuǎn)子局部磁密只要在推薦范圍內(nèi)選取，其損耗可忽略不計。電機總的鐵耗可以以為僅由定子齒部鐵耗及定子軛部鐵耗兩局部構(gòu)成。當(dāng)鐵心尺寸確定后，鐵耗隨磁密的增加而增加。對于4極電機而言，齒、軛磁密相近時，由于

22、軛部體積較大，其鐵耗常常是齒部好幾倍。所以設(shè)計人員常將軛部磁密選項得較低，齒部選得較高，這從計算結(jié)果看是適宜的，但在散熱途徑中齒部的散熱不如軛部；同時，齒部磁密偏高，這會使其脈振損耗顯著增加，這些從計算結(jié)果很難發(fā)覺，但卻往往導(dǎo)致溫升增高，因此齒部磁密不宜偏高。2.2 主要尺寸、氣隙長度的選取及繞組型式的選擇主要尺寸的選擇設(shè)計的主要任務(wù)是確定電動機的主要尺寸，選擇定轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)，設(shè)計定轉(zhuǎn)子沖片和選擇繞組數(shù)據(jù)，然后利用有關(guān)公式對初始設(shè)計方案進行較核，調(diào)整電動機的某些設(shè)計參數(shù)，直至電動機的電磁設(shè)計方案符合技術(shù)經(jīng)濟指標求。三相鼠籠異步電動機的主要尺寸包括定子內(nèi)徑和電樞計算長度決定電機主要尺寸的根本關(guān)系

23、是其中感應(yīng)電動機的計算功率為：由于感應(yīng)電動機額定功率為：比擬上兩式，那么有在生產(chǎn)實際中，設(shè)計感應(yīng)電機時往往只需參考已經(jīng)制定的同類型、相近規(guī)格電機的尺寸。一般來說，三相異步電動機的設(shè)計可有如下兩種情況：(1)直接利用某特定的定子沖片，以提高電動機定子沖片的通用性和縮短電動機的研制周期。在此情況下，由給定的定子沖片，即可知道定子沖片內(nèi)徑，再由電動機的功率和電機常數(shù)選取電樞計算長度。(2)在給定電動機的性能指標，而無其他限制。此時根據(jù)預(yù)估的電磁負荷，有電動機的功率和轉(zhuǎn)速可選定電動機的，然后憑經(jīng)驗選取一定的主要尺寸比，得出電機的主要尺寸。 氣隙長度的選取及確定氣隙的數(shù)值根本上決定于定子內(nèi)徑、軸的直徑和

24、軸承間的轉(zhuǎn)子長度。異步電動機的氣隙長度是影響制造本錢和性能的重要設(shè)計參數(shù)，它的取值范圍很寬，選得小，可使勵磁電流降低而提高功率因數(shù)，但槽漏抗也隨之增加，使起動轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩降低。過小的氣隙也容易招致定、轉(zhuǎn)子相擦。但假設(shè)選得大，那么情況剛好相反。在異步電動機設(shè)計選取氣隙時，需考慮多種影響。從電抗去磁能力考慮，較小的對提高抗去磁能力有利，但由于制造和裝配工藝的限制，氣隙不能取的太小。與材料有關(guān)，較小時，抗去磁能力相對較差宜取小些。極數(shù)是選取 值需考慮的重要因數(shù)。鐵心尺寸鐵心的尺寸指定子鐵心外徑、內(nèi)徑、轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)徑及鐵心長。鐵芯沖片一般由相互絕緣的0.5mm厚硅鋼片沖成，沖片內(nèi)圈有均勻分布的槽，用來

25、嵌放定子繞線。當(dāng)冷卻方式、工作制不同時，可參考以下關(guān)系選取鐵心尺寸。自冷式不帶內(nèi)、外風(fēng)扇電機，當(dāng)上列其他特征與自扇冷IC0104產(chǎn)品的相同時，假設(shè)維持相同的輸出功率，應(yīng)選比后者高23個功率等級的電機鐵心尺寸。斷續(xù)運行以S3、FC=40%工作制為代表電機，當(dāng)上列其他特征均與連續(xù)運行的相同，并維持相同的功率時，可選取比連續(xù)的低約1個功率等級的鐵心尺寸。假設(shè)為工作制時，F(xiàn)C分別為15%、25%、60%，那么應(yīng)分別在40%的根底上乘以1.4、1.19及0.845，即為在同一鐵心下分別對應(yīng)的輸出功率。假設(shè)維持功率不變，可據(jù)此近似地推算出鐵心尺寸。2.2.4定子繞組形式和節(jié)距的選擇繞組的形式，連同其結(jié)構(gòu)參

26、數(shù)對電機的所有電氣性能均產(chǎn)生不同程度的影響。不同的形式的繞組按照各自的特性有不同的適用范圍。1、單層鏈式繞組優(yōu)點： eq oac(,1) 槽內(nèi)無層間絕緣，槽利用率高，散熱好； eq oac(,2) 同一槽內(nèi)的導(dǎo)線都屬于同一相，在槽內(nèi)不會發(fā)生相間擊穿。 eq oac(,3) 線圈總數(shù)比雙層少一半，嵌線比擬方便，節(jié)約嵌線工時；缺點： eq oac(,1) 不易做成短距，磁勢波形比雙層繞組差； eq oac(,2) 電機導(dǎo)線較粗時，繞組嵌放和端部的整形比擬困難；圖 5 24槽 節(jié)距16 單層鏈式通過改善磁動勢波形是使氣隙磁動勢分布接近正弦波，即其諧波含量減少了，由此帶來的效果是附加損耗，電磁噪聲減小

27、了；T-S曲線與的形狀也改善了，即減少了附加轉(zhuǎn)矩，提高了起動過程的最小轉(zhuǎn)矩；提高繞阻系數(shù)那么意味著使Bg下降， 及效率都得到提高，或者保持Bg不變，適當(dāng)減少匝數(shù)，或者縮短鐵心，即收到節(jié)銅或硅鋼片的效果。2.3 籠型轉(zhuǎn)子的尺寸設(shè)計 轉(zhuǎn)子槽數(shù)選擇及定轉(zhuǎn)子槽配合問題籠型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機在選取轉(zhuǎn)子槽數(shù)時，必須與定子槽數(shù)有恰當(dāng)?shù)呐浜?。如果配合不?dāng)，會使電機性能惡化。下面就槽配合對附加損耗、附加轉(zhuǎn)矩、振動與噪聲等的影響作扼要的介紹。槽配合對附加損耗的影響感應(yīng)電機的附加損耗主要由氣隙諧波磁通引起。這些諧波磁通在定轉(zhuǎn)子鐵心中產(chǎn)生高頻損耗外表損耗和齒部脈振損耗，在籠型轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生高頻電流損耗。其中以定、轉(zhuǎn)子齒諧波的作

28、用最為顯著。當(dāng)定、轉(zhuǎn)子槽數(shù)相等時，定子齒諧波磁通不會在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生高頻電流損耗。當(dāng)定、轉(zhuǎn)子槽數(shù)很接近時，轉(zhuǎn)子齒中由定子齒諧波磁通引起的脈振較小，脈振損耗也就較小。同理，定子齒中由轉(zhuǎn)子齒諧波磁通引起的脈振損耗也較小。2槽配合對異步附加轉(zhuǎn)矩的影響異步附加轉(zhuǎn)矩是某一極對數(shù)的定子諧波磁場與由它感應(yīng)于轉(zhuǎn)子中的電流所建立的同一極對數(shù)的諧波磁場相互作用而產(chǎn)生的。這兩個磁場之間有直接的依賴關(guān)系。定子n次諧波磁勢產(chǎn)生的異步附加轉(zhuǎn)矩最大值與基波磁勢產(chǎn)生的起動轉(zhuǎn)矩之比： 。 3槽配合對同步附加轉(zhuǎn)矩的影響如果定子某一個諧波磁場感應(yīng)于轉(zhuǎn)子中的電流所建立的某一諧波磁場的極對數(shù)，等于另一個定子諧波磁場的極對數(shù)，那么在某一轉(zhuǎn)速

29、下，這兩個極對數(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)生一個象同步電機一樣的轉(zhuǎn)矩，稱為同步附加轉(zhuǎn)矩。同步附加轉(zhuǎn)矩迭加在電動機的異步轉(zhuǎn)矩上，使電機的轉(zhuǎn)矩特性曲線發(fā)生畸變，影響電機的起動性能。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)矩最嚴重。4槽配合對振動和噪聲的影響當(dāng)槽配合符合以下條件時，定、轉(zhuǎn)子齒諧波磁場將引起電機振動和噪聲： 同樣，定、轉(zhuǎn)子相帶諧波磁場與轉(zhuǎn)子一階齒諧波引起振動和噪聲的條件為：5感應(yīng)電機定、轉(zhuǎn)子槽配合的選擇定、轉(zhuǎn)子槽配合對感應(yīng)電機附加損耗、附加轉(zhuǎn)矩、振動和噪聲等影響很大。通常在選擇槽配合時主要考慮以下原那么：1為了減小附加損耗，應(yīng)采

30、取少槽近槽配合2為了防止在起動過程中產(chǎn)生較強的異步附加轉(zhuǎn)矩，應(yīng)使 。3為了防止在起動過程中，產(chǎn)生較強的同步附加轉(zhuǎn)矩、振動和噪聲，應(yīng)防止采用下表1第4項所列的槽配合。表1產(chǎn)生原因不良后果定轉(zhuǎn)子一階齒諧波轉(zhuǎn)子一階齒諧波與定子相帶諧波定轉(zhuǎn)子二階齒諧波1、堵轉(zhuǎn)時產(chǎn)生同步附加轉(zhuǎn)矩2、電動機運行時產(chǎn)生同步附加轉(zhuǎn)矩3、電磁制動運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生同步轉(zhuǎn)矩4、可能產(chǎn)生電磁振動和噪聲 轉(zhuǎn)子槽形的選擇和槽形尺寸確實定1轉(zhuǎn)子槽形 感應(yīng)電動機籠型轉(zhuǎn)子槽型種類很多。如以下圖6圖 6 感應(yīng)電動機籠型轉(zhuǎn)子常用槽型a、b平行齒 c、d平行槽e凸形槽f刀型槽g、h)閉口槽i雙籠轉(zhuǎn)子槽j梯形槽2轉(zhuǎn)子槽形尺寸確實定轉(zhuǎn)子槽形尺寸對電動機的一系

31、列性能參數(shù)如：起動電流、起動轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩、起動過程中的轉(zhuǎn)矩即T-s曲線的形狀、轉(zhuǎn)差率、轉(zhuǎn)子銅耗、功率因數(shù)、效率和溫升等有相當(dāng)打的影響。其中起動轉(zhuǎn)矩、起動電流、最大轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)子槽型尺寸的關(guān)系最為密切。此外還要重點考慮起動性能的要求；估算轉(zhuǎn)子導(dǎo)條電流；初步給定導(dǎo)條電流密度；計算導(dǎo)條截面積；由導(dǎo)條截面積、槽形以及轉(zhuǎn)子齒、軛部磁密，確定轉(zhuǎn)子槽具體尺寸，槽口局部主要由工藝確定。3端環(huán)的設(shè)計轉(zhuǎn)子端環(huán)的設(shè)計與轉(zhuǎn)子槽的設(shè)計相類似，在保證是夠起動轉(zhuǎn)力的前提下應(yīng)盡使端環(huán)原型小一點，以節(jié)約鋁材料和提高電動機的品質(zhì)因數(shù)。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 圖 7 端環(huán)設(shè)計尺寸圖第3章 三相鼠

32、籠式電動機電磁設(shè)計與方案調(diào)整本章詳細闡述Y132M1-6 4kW異步電動機的設(shè)計，該電機為一般用途的鼠籠式全封閉自扇冷式三相異步電動機，定子繞組為銅線，絕緣等級為B級，其根本結(jié)構(gòu)防護要求到達國家電工委員會外殼防護等級IP44的要求。滿足國內(nèi)標準，向某些國際表準及某些興旺國家標準靠攏，貫徹“三化標準化、系列化及通用化的要求。3.1鼠籠式電動機電磁方案的設(shè)計 一、 額定數(shù)據(jù)及主要尺寸1輸出功率=4 kW=4 kW2外施相電壓=380 V=380 V3功電流=A=3.5088A4效率=0.84=0.845功率因數(shù)=0.77=0.776極對數(shù)=3=37定子槽數(shù)=36=36轉(zhuǎn)子槽數(shù)=33=338定子每極

33、槽數(shù)=6轉(zhuǎn)子每極槽數(shù)=5.59定、轉(zhuǎn)子沖片尺寸見右圖8，圖9單位mm 圖 8 定子沖片尺寸 圖 9 轉(zhuǎn)子尺寸10極距=77.4533 mm=77.4533 mm11定子齒距 mm=12.9089 mm12轉(zhuǎn)子齒距 mm=4.5673 mm13節(jié)距=6=614轉(zhuǎn)子斜槽寬=12.9089 mm=12.9089mm15每相串聯(lián)導(dǎo)體數(shù) =228每相串聯(lián)匝數(shù)=114=11416每槽導(dǎo)體數(shù) =19=19式中： =1=117繞組線規(guī)估算式中：導(dǎo)線并繞根數(shù)截面積 =1.2=1.2mm定子電流初步估算值 =5.4249A=5.4249A定子電流密度查表得=4.5A/MM=4.5A/mm18槽滿率1槽面積=88.

34、82mm2=88.82mm22槽絕緣占面積 =0.3211.5+=11.04 mm2=11.04mm23槽有效面積 =88.82-11.04=77.78 mm2=77.78 mm24槽滿率=0.75=0.75絕緣厚度= 0.3mm=0.3mm導(dǎo)體絕緣后外=1.24mm=1.24mm槽契厚度h=2mmh=2mm19鐵心長鐵心有效長無徑向通風(fēng)道 =140+20.35 =140.7 mm=140.7mm凈鐵心長無徑向通風(fēng)道 =0.95140=133mm=133mm鐵心壓裝系數(shù)20繞組系數(shù) =0.96592651=0.965926=0.9659261分布系數(shù)=0.8366=0.8366式中：=4=30

35、2短距系數(shù)=1式中：=121每相有效串聯(lián)導(dǎo)體數(shù) =2280.8366 =190=190二、 磁路計算22每極磁通=0.0065Wb=0.0065Wb式中：=342 V=342 V23每極下齒部截面積1定子= 0.951336.56 = 4927.652轉(zhuǎn)子=6.85.5=4725.49 =4725.4924軛部截面積1定子=0.9515.77133=1992.5395式中：定子軛部磁路計算高度圓底槽 =15.77 mm2轉(zhuǎn)子 = 0.9528.65133=3619.9275式中：轉(zhuǎn)子軛部磁路計算高度平底槽 =28.65 mm25空氣隙面積 =77.4533140.7 =10897.6793 =

36、10897.679326波幅系數(shù)=1.471 =1.47127定子齒磁密=1.5404 T=1.5404 T28轉(zhuǎn)子齒磁密1.6234 T=1.6234 T29空氣隙磁密=1.471 =0.8774 T=0.8774 T30查附錄五 得25.85A/cm43.1A/cm25.85A/cm43.1A/cm31齒部磁路計算長度定子:梨形槽=11.3+=12.97 mm=12.97 mm轉(zhuǎn)子:平底槽= 20 mm=20 mm32軛部磁路計算長定子: mm=25.4118 mm 轉(zhuǎn)子: =20.0568 mm=20.0568 mm33有效氣隙長度式中：定、轉(zhuǎn)子卡氏系數(shù)、 = 0.351.443 =0.

37、505 =0.505半閉口槽和半開口槽即=1.443式中：齒距為 =1.3=1.3槽口寬1=1.11=1.1134氣隙磁壓降=352.8 A35齒部磁壓降定子=25.8512.97=33.53A33.53A 轉(zhuǎn)子=43.120=86.2A86.2A36. 軛部磁壓降定子=0.37546.825.41=44.5A=44.5A轉(zhuǎn)子=0.2353.0620.57=14.8A=14.8A查附錄一1-3b=0.375 =0.23537. 每極磁勢=+=352.8+33.53+86.2+44.5+14.8=531.83A=531.83A38飽和系數(shù) =1.34=1.3439定子軛磁密=1.63 T=1.6

38、3 T40轉(zhuǎn)子軛磁密=0.9 T=0.9T41查附錄五 得46.8A/cm 3.06A/cm42滿載磁化電流 = =12.39A= 12.39A43滿載磁化電流標么值=3.53=3.5344勵磁電抗=117.18=117.18勵磁電抗標幺值=1.082=1.082三、 參數(shù)計算45線圈平均半匝長估算單層線圈 =236+1.16174.3=438.2mm 438.2mm式中：=140+248=236=1.16=1.16=101.3=101.3=174.3 mm=174.3 mm式中：d=48 mmd=48 mm46雙層線圈端部軸向投影長 =101.30.5 =50.65 mm50.65 mm47

39、單層線圈端部平均長 =248 + 1.16174.3 =299.58 mm=299.58 mm48漏抗系數(shù)=0.035=0.03549定子槽單位漏磁導(dǎo)=1 0.423+10.62=1.0431.043式中：11110.4230.4230.620.6250定子槽漏抗標幺值=0.009=0.009式中：無徑向通風(fēng)道時 = 140mm=140 mm51定子諧波漏抗 =0.026 =0.026式中：0.01290.012952定子端部漏抗單層鏈形繞組=0.021=0.02153定子漏抗 =0.09+0.026+0.021=0.056=0.05653轉(zhuǎn)子槽單位漏磁導(dǎo)=1+1.4=2.4=2.4式中： 1

40、11.41.454轉(zhuǎn)子槽漏抗=0.023=0.02355轉(zhuǎn)子諧波漏抗=0.041=0.041式中： 0.0280.02856轉(zhuǎn)子端部漏抗=0.004=0.004 128.5mm128.5 mm57轉(zhuǎn)子斜槽漏抗=0.164=0.16458轉(zhuǎn)子漏抗= 0.023+0.041+0.004+0.035=0.103=0.10359總漏抗=0.056+0.103=0.159=015960定子相電阻=1.8161定子相電阻標么值=1.81=0.017=0.01762有效材料,=1.05438.219360.924828.9=5.18 kg=5.18 kg=45.9 kg=45.9 kg式中：C=1.05C=

41、1.05=8.9Kg/=7.8Kg/=8.9Kg/=0.9248 mm=0.9248 mm式中： = 0.95=0.95 = 0.35 mm= 0.35 mm63轉(zhuǎn)子電阻=1.121.12端環(huán)電阻=0.572=0.572式中：=5277.5=5277.5=1.04=1.04轉(zhuǎn)子導(dǎo)條面積=65.87 mm=65.87 mm端環(huán)截面積=100 mm=100mm轉(zhuǎn)子導(dǎo)條或端環(huán)的電阻系數(shù)=0.0434=0.0434=0.0434=0.0434導(dǎo)條電阻標么值=1.12=0.0054=0.0105端環(huán)電阻標么值 =0.572=0.0053=0.0053轉(zhuǎn)子電阻標么值=+ =0.0054+0.0053=0.

42、004=0.010764定子電流有功分量=1.19=1.1965轉(zhuǎn)子電流無功分量=1.0520.159 1+=0.246=0.246式中： =1.052=1.05266定子電流無功分量=0.091+0.246=0.337=0.337式中：=0.09167滿載電勢=0.96=0.9668空載電勢1-= 1-=1-0.0910.056=0.99 T=0.99 69空載定子齒磁密磁場強度=1.5404=1.59T T=1.59 T=35.1A/cm70空載轉(zhuǎn)子齒磁密磁場強度=1.6234=1.67 T=1.67 T=60.4 A/cm71空載定子軛磁密 磁場強度=1.63=1.68 T=1.68 T

43、=64 A/cm72空載轉(zhuǎn)子軛磁密磁場強度=0.9=0.93 T=0.93 T=3.26 A/cm73空載氣隙磁密磁場強度=0.8774=0.905 T=0.905 T=3.09 A/cm74空載定子齒磁壓降 =35.112.97=45.5 A =45.5 A75空載轉(zhuǎn)子齒磁壓降 =60.420 =120.8A =120.8A76空載定子軛磁壓降 =0.3756425.418=61A=61A77空載轉(zhuǎn)子軛磁壓降 =0.2353.2620.0568=1.54A=1.54A78空載空氣隙磁壓降=124A =124A79空載總磁壓降 =124+45.5+120.8+61+1.54=352.84A=3

44、52.84A80空載磁化電流=8.22A=8.22A四、工作性能計算81定子電流標么值=1.24=1.24定子電流實際值 =1.243.509=4.35A=4.35A82定子電流密度(安/毫米)=3.625 =3.625 A/mm83定子線負荷=6403A/m=6403A/m84轉(zhuǎn)子電流標么值=1.22=1.22轉(zhuǎn)子電流實際值=74.23A=74.23 A端環(huán)電流實際值=130.02 A=130.02 A85轉(zhuǎn)子電流密度 導(dǎo)條電密 = = 1.13A/mm=1.13 A/mm端環(huán)電密 = = 0.65 A/mm=0.65 A/mm86定子銅損耗=1.240.017=0.03=0.03=0.034000=120W=120W87轉(zhuǎn)子鋁損耗=1.220.0104=0.0154=0.0154=0.01544000=62W=62W88附加損耗 鑄鋁轉(zhuǎn)子=0.02=0.0289機械損耗=10=19.4W19.4W機械損耗標么值=0.0050.00590定子鐵耗1 定子齒重量=234927.6512.977.8=2.99Kg =2.99Kg2 定子軛重量=431992.5425.4187.8 =4.74Kg=4.74Kg3損耗系數(shù)=6.