異步電機設(shè)計課件

異步電機電磁設(shè)計異步電機電磁設(shè)計1電磁計算步驟電磁計算是根據(jù)電機設(shè)計數(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)計方案是否滿足要求。然后根據(jù)計算結(jié)果，調(diào)整設(shè)計數(shù)據(jù)及電磁參數(shù)，使性能滿足設(shè)計要求，且材料用量較省。電磁計算步驟電磁計算是根據(jù)電機設(shè)計數(shù)據(jù)、電磁參數(shù)、性能等物理2電磁設(shè)計內(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（每極每相槽數(shù)q1）四鐵心的設(shè)計（定轉(zhuǎn)子槽數(shù)及槽形的選擇）五磁路計算六參數(shù)計算七性能計算電磁設(shè)計內(nèi)容一主要尺寸的確定3電機設(shè)計時通常給定下列數(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；（7）轉(zhuǎn)子額定電流I2N（A）——僅對繞線轉(zhuǎn)子電動機；電機設(shè)計時通常給定下列數(shù)據(jù)（1）額定輸出功率PN（kW）4感應(yīng)電動機的主要性能指標(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、振動感應(yīng)電動機的主要性能指標(biāo)1）性能指標(biāo)5一、主要尺寸的確定一、主要尺寸的確定6二、氣隙長度的選擇確定氣隙長度考慮以下因素：1、為降低勵磁電流，改善功率因數(shù)，氣隙應(yīng)盡量?。?、氣隙小時，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。小型異步電機氣隙一般不應(yīng)小于0.25mm。小型異步電機氣隙可根據(jù)極數(shù)和機座號來選取。二、氣隙長度的選擇確定氣隙長度考慮以下因素：7三、繞組設(shè)計1、繞組型式的選用功率較小的小型電機常選用單層繞組。當(dāng)每極每相槽數(shù)q=2時，為單層鏈?zhǔn)嚼@組，q=3時，為單層交叉式繞組，q=4時，為單層同心式繞組。功率較大的小型電機及大中型電機選用雙層疊繞組。三、繞組設(shè)計1、繞組型式的選用8單層同心式單層同心式9單層鏈?zhǔn)絾螌渔準(zhǔn)?0單層交叉式單層交叉式11q1=3，p=1，y=8/9τ=8異步電機設(shè)計課件12異步電機設(shè)計課件132、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)：

功率較小的電機一般采用a=1，對功率較大的電機可選用多路并聯(lián)。2、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144導(dǎo)線并繞根數(shù)及線徑4導(dǎo)線并繞根數(shù)及線徑15四鐵心設(shè)計

1、定子槽數(shù)選擇定子槽數(shù)時應(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，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增加，槽利用率降低，對高壓電機尤其顯著。對一般感應(yīng)電動機，q1可在2~6之間，極數(shù)多、功率小的電機取較小值，反之q1可取得大些。四鐵心設(shè)計

1、定子槽數(shù)162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\型異步電動機推薦槽配合”。2轉(zhuǎn)子槽數(shù)17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)，則在某一轉(zhuǎn)速下，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(yán)重。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183、轉(zhuǎn)子斜槽

在感應(yīng)電機里，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)來計及這一影響。但減少不多，對電機基本性能影響很小。通常為同時削弱ν=Z1±p這兩個一階定子齒諧波，可選取轉(zhuǎn)子斜槽一個定子齒距。同理，為同時削弱ν=Z2±p這兩個一階轉(zhuǎn)子齒諧波，可選取轉(zhuǎn)子斜槽一個轉(zhuǎn)子齒距。3、轉(zhuǎn)子斜槽在感應(yīng)電機里，為了消弱由齒諧波磁194、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?？紤]機械強度或工藝限制，軛高和齒根寬度也不宜過小。4、定轉(zhuǎn)子槽形及尺寸確定1）、定子槽形有：20感應(yīng)電動機籠型轉(zhuǎn)子常用槽形感應(yīng)電動機籠型轉(zhuǎn)子常用槽形21異步電機設(shè)計課件22（3）端環(huán)的設(shè)計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（3）端環(huán)的設(shè)計23五磁路計算

磁路計算是根據(jù)產(chǎn)生電機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，以求取所需的勵磁磁動勢和勵磁電流。異步電機的磁路由空氣隙、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。五磁路計算

磁路計算是根據(jù)產(chǎn)生電機滿載電動24（二）、各段磁路截面積和磁路計算長度1、空氣隙（二）、各段磁路截面積和磁路計算長度1、空氣隙252、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)分別計算上部和下部的齒截面和齒磁路計算長度。2、齒部對采用凸形槽、刀形槽或雙籠的轉(zhuǎn)子，其齒26（三）磁通密度和磁位降氣隙磁通密度

受電機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)

（三）磁通密度和磁位降氣隙磁通密度受電機磁路鐵心段飽27異步電機設(shè)計課件281、空氣隙磁壓降的計算（1）計算極弧系數(shù)αp′的確定（2）電樞或氣隙的軸向計算長度lef（3）氣隙系數(shù)Kδ2、極軛間隙氣隙磁壓降的計算3、齒部磁壓降的計算（1）齒磁密Bt的計算

1）Bt<1.8T時

2）Bt≥1.8T時1、空氣隙磁壓降的計算29勵磁電流的計算電機總磁位降為各段磁路磁位降之和。勵磁電流的計算電機總磁位降為各段磁路磁位降之和。30六、參數(shù)計算

計算電機的定、轉(zhuǎn)子電阻，主電抗和定、轉(zhuǎn)子漏電抗，為性能計算作準(zhǔn)備。定子漏抗標(biāo)么值為轉(zhuǎn)子漏抗標(biāo)么值為電機運行總漏抗標(biāo)么值六、參數(shù)計算

計算電機的定、轉(zhuǎn)子電阻，主電抗和定、轉(zhuǎn)子漏電抗31七、工作性能計算設(shè)計參數(shù)確定，就要進行工作性能的計算和起動性能的計算，以便與設(shè)計任務(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工作性能的計算只需計算額定數(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)。七、工作性能計算設(shè)計參數(shù)確定，就要進行工作性能的計算和起動性32（一）滿載電流和電動勢1定子電流I1的計算有功電流分量（一）滿載電流和電動勢1定子電流I1的計算33感應(yīng)電機電流相量圖感應(yīng)電機電流相量圖34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35（三）、力能指標(biāo)和過載能力

一般中小型感應(yīng)電機，Xσ*遠(yuǎn)大于R1*，因而影響最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)的主要因數(shù)是漏抗Xσ*。（三）、力能指標(biāo)和過載能力一般中小型感應(yīng)電機，X36八、起動性能計算籠型轉(zhuǎn)子異步電動機起動時，由于漏磁路飽和及轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的擠流效應(yīng)，將使定子、轉(zhuǎn)子漏抗和轉(zhuǎn)子電阻發(fā)生變化，在計算起動性能時必須考慮。首先計算出起動時的參數(shù)（起動漏抗、起動電阻），然后計算出起動電流倍數(shù)和起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)。八、起動性能計算籠型轉(zhuǎn)子異步電動機起動時，由于漏磁路飽和及轉(zhuǎn)37

異步電機電磁設(shè)計異步電機電磁設(shè)計38電磁計算步驟電磁計算是根據(jù)電機設(shè)計數(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)計方案是否滿足要求。然后根據(jù)計算結(jié)果，調(diào)整設(shè)計數(shù)據(jù)及電磁參數(shù)，使性能滿足設(shè)計要求，且材料用量較省。電磁計算步驟電磁計算是根據(jù)電機設(shè)計數(shù)據(jù)、電磁參數(shù)、性能等物理39電磁設(shè)計內(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（每極每相槽數(shù)q1）四鐵心的設(shè)計（定轉(zhuǎn)子槽數(shù)及槽形的選擇）五磁路計算六參數(shù)計算七性能計算電磁設(shè)計內(nèi)容一主要尺寸的確定40電機設(shè)計時通常給定下列數(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；（7）轉(zhuǎn)子額定電流I2N（A）——僅對繞線轉(zhuǎn)子電動機；電機設(shè)計時通常給定下列數(shù)據(jù)（1）額定輸出功率PN（kW）41感應(yīng)電動機的主要性能指標(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、振動感應(yīng)電動機的主要性能指標(biāo)1）性能指標(biāo)42一、主要尺寸的確定一、主要尺寸的確定43二、氣隙長度的選擇確定氣隙長度考慮以下因素：1、為降低勵磁電流，改善功率因數(shù)，氣隙應(yīng)盡量??；2、氣隙小時，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。小型異步電機氣隙一般不應(yīng)小于0.25mm。小型異步電機氣隙可根據(jù)極數(shù)和機座號來選取。二、氣隙長度的選擇確定氣隙長度考慮以下因素：44三、繞組設(shè)計1、繞組型式的選用功率較小的小型電機常選用單層繞組。當(dāng)每極每相槽數(shù)q=2時，為單層鏈?zhǔn)嚼@組，q=3時，為單層交叉式繞組，q=4時，為單層同心式繞組。功率較大的小型電機及大中型電機選用雙層疊繞組。三、繞組設(shè)計1、繞組型式的選用45單層同心式單層同心式46單層鏈?zhǔn)絾螌渔準(zhǔn)?7單層交叉式單層交叉式48q1=3，p=1，y=8/9τ=8異步電機設(shè)計課件49異步電機設(shè)計課件502、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)：

功率較小的電機一般采用a=1，對功率較大的電機可選用多路并聯(lián)。2、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514導(dǎo)線并繞根數(shù)及線徑4導(dǎo)線并繞根數(shù)及線徑52四鐵心設(shè)計

1、定子槽數(shù)選擇定子槽數(shù)時應(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，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增加，槽利用率降低，對高壓電機尤其顯著。對一般感應(yīng)電動機，q1可在2~6之間，極數(shù)多、功率小的電機取較小值，反之q1可取得大些。四鐵心設(shè)計

1、定子槽數(shù)532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\型異步電動機推薦槽配合”。2轉(zhuǎn)子槽數(shù)54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)，則在某一轉(zhuǎn)速下，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(yán)重。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553、轉(zhuǎn)子斜槽

在感應(yīng)電機里，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)來計及這一影響。但減少不多，對電機基本性能影響很小。通常為同時削弱ν=Z1±p這兩個一階定子齒諧波，可選取轉(zhuǎn)子斜槽一個定子齒距。同理，為同時削弱ν=Z2±p這兩個一階轉(zhuǎn)子齒諧波，可選取轉(zhuǎn)子斜槽一個轉(zhuǎn)子齒距。3、轉(zhuǎn)子斜槽在感應(yīng)電機里，為了消弱由齒諧波磁564、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?？紤]機械強度或工藝限制，軛高和齒根寬度也不宜過小。4、定轉(zhuǎn)子槽形及尺寸確定1）、定子槽形有：57感應(yīng)電動機籠型轉(zhuǎn)子常用槽形感應(yīng)電動機籠型轉(zhuǎn)子常用槽形58異步電機設(shè)計課件59（3）端環(huán)的設(shè)計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（3）端環(huán)的設(shè)計60五磁路計算

磁路計算是根據(jù)產(chǎn)生電機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，以求取所需的勵磁磁動勢和勵磁電流。異步電機的磁路由空氣隙、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。五磁路計算

磁路計算是根據(jù)產(chǎn)生電機滿載電動61（二）、各段磁路截面積和磁路計算長度1、空氣隙（二）、各段磁路截面積和磁路計算長度1、空氣隙622、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)分別計算上部和下部的齒截面和齒磁路計算長度。2、齒部對采用凸形槽、刀形槽或雙籠的轉(zhuǎn)子，其齒63（三）磁通密度和磁位降氣隙磁通密度

受電機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)

（三）磁通密度和磁位降氣隙磁通密度受電機磁路鐵心段飽64異步電機設(shè)計課件651、空氣隙磁壓降的計算（1）計算極弧系數(shù)αp′的確定（2）電樞或氣隙的軸向計算