电机设计第十章

第十章感应电机的电磁设计感应电机的电磁设计1、概述2、主要尺寸与气隙的确定3、定子绕组与铁心的设计4、转子绕组与铁心的设计5、工作性能的计算6、起动性能的计算概述一、我国感应电机主要系列100个系列，500多个品种，5000多个规格Y（IP44）小型三相感应电动机J2，JO2小型三相感应感应电动机JS三相笼型转子感应电动机（中型）JR三相绕线转子感应电动机（中型）JS2，JSL2三相感应电动机（中型、低压）JR2，JRL2三相感应电动机（中型、低压）Y三相笼型转子感应电动机（大型）YR三相绕线转子感应电动机（大型）YK大型高速感应电动机概述一、我国感应电机主要系列派生、专用系列：YQ高起动转矩感应电动机（小型）YH高转差率感应电动机（小型）YD变极多速感应电动机YZ起重及冶金用感应电动机YQS潜水感应电机YLB立式深井泵用感应电动机概述一、感应电动机的主要性能指标和额定数据效率起动电流倍数功率因数绕组、铁心温升最大转矩倍数起动过程中最小转矩起动转矩倍数（1）主要性能指标cosNMTTNstTTNstIIFecu,minT概述一、感应电动机的主要性能指标和额定数据（2）额定数据额定功率额定电压额定频率额定转速NPNUNfNn基值：电压：NU功率：NP电流：NNKWUmPI1阻抗：21NNKWKWNUmUZIP转矩：NNNnPT95502主要尺寸与气隙的确定一、主要尺寸和计算功率nPCnPABKKlDAdpNmpef11.62计算功率：111IEmP额定功率：cos11IUmPNNNNPUEPcos11由前推导（相量图）：0),(1NUE引入电势系数LLQPNEXIRIUEK1)(1*1*1*1*11NLPPcos1)1(2主要尺寸与气隙的确定设计方法：cos,已知，*1*1,XR未知，需先假定一个)1(L预估95.0~85.0)1(L完成磁路参数计算后，偏差%5.0)1()1(LL2极小型：经验公式估算：)1(LNLPln0866.092.01非2极小型：pPNL013.0ln0108.0931.01中型：pPNL01.0ln0109.0892.012主要尺寸与气隙的确定额定功率的单位为：kW二、电磁负荷的选择磁化电流：11109.02dpmKNmpFI（1）每极磁势主要用来克服，决定于，0FFmIBABIIKWmcos,,*mIABBAUXIXNKW*（2）ststITTXAB,,,,max*选取方法：中小型：TBmAA)8.0~5.0(/)1050~1015(33大型：可略高BA,2主要尺寸与气隙的确定2主要尺寸与气隙的确定三、主要尺寸比的选择对于一定的极数，定子铁心外径与内径存在一定比例（表10-3）11iDD变动范围在5%左右。2主要尺寸与气隙的确定四、主要尺寸的确定211102,101(1)cos,LNiefPPDlABn参考图表选择VnPABKKlDdpNmpefi11.621（1）饱和正弦不饱和)71.0~66.0(637.02BBavp2主要尺寸与气隙的确定2、参考表10-2选择值，12iefDlpVDpDlDiiefi3131212312pVDi初步计算131112112103iiiefiDpVVDDDlDD参考表达式按标准外径调整五、空气隙的确定1、影响：cosmI温升损耗影响机械可靠性过小,,,,maxTTXst2、气隙基本上决定于定子内径、轴直径、轴承间的转子长度。经验公式：小功率电机：310.3(0.47)10:ittDlml铁心长度大、中型电机：mpDi3110)291(2主要尺寸与气隙的确定3定子绕组与铁心的设计一、定子槽数的选择二、定子绕组型式和节距的选择三、每相串联导体数、每槽导体数计算四、电流密度的选择及线规、并绕根数和并联支路数的确定五、定子冲片的设计3定子绕组与铁心的设计一、定子槽数的选择pmZq211值大小对电机的参数、附加损耗、温升、绝缘材料耗量等有影响1q定子谐波磁场减小，，↓每槽导体数减少，槽中线圈边总散热面积↑，利于散热绝缘材料用量、工时↑，槽利用率↓adpX1,,sXZ1q大一般感应电动机：=（2~6）取整数极数少，功率大电机：取大些（2极取=（6~9））极数多电机：取小些1q1q1q1q二、定子绕组型式和节距的选择（一）单层绕组优点：①槽内无层间绝缘，槽利用率高；②同槽内导线同相，不会发生相间击穿；③线圈总数比双层少一半，嵌线方便。缺点：①不易做成短距，磁势波形较双层为差；②电机导线粗时，绕组嵌放和端部整形较困难。3定子绕组与铁心的设计3定子绕组与铁心的设计链式绕组：各线圈大小相同，嵌线困难，=2的4，6，8极电机；同心式绕组：嵌线容易，易实现机械化，=4，6，8二极电机；端部用铜多，一极相组中各线圈尺寸不同，制作复杂；交叉式绕组：可以节省端部接线，为奇数电机。1q1q1q单层绕组3定子绕组与铁心的设计(二）双层绕组适用于功率较大的感应电动机优点：①可选择有利的节距以改善磁势、电势波形，使电机电气性能好；②端部排列方便；③线圈尺寸相同，便于制造。缺点：绝缘材料多，嵌线麻烦3定子绕组与铁心的设计(三）单双层绕组和Y-Δ混合绕组1、单双层绕组：短距时，某些槽内上下层导体属于同一相，而某些槽内上下层属于不同相。把属于同相上下层导体合起来，用单层绕组代替，而不同相的仍保持原来的双层，按同心式绕组端部形状将端部连接起来。2、Y-Δ混合绕组：把普通60°相带三相绕组分成两套三相绕组；其空间相位互差30°电角度，一套Y，一套Δ；电流在时间相位上互差30°。3定子绕组与铁心的设计（四）绕组节距的选择双层绕组正常电机：削弱5、7次谐波56y32y两极电机：便于嵌线，缩短端部长度单层绕组：一般用整距分布系数：1111sin()22sin2dqpKZq槽距电角短距系数：1111sin2pyKmq基波绕组系数：111pddpKKK3定子绕组与铁心的设计3定子绕组与铁心的设计三、每相串联导体数、每槽导体数计算11111111coscosiiKWKWmNIADDANmIII线负荷大小影响、数值。↓，↓，↑，↓，↑，↑，↑。1NAB1NABcosmaxTstTstI∴设计时常通过改动来取得若干不同设计方案进行优化。1N3定子绕组与铁心的设计四、电流密度的选择及线规、并绕根数和并联支路数的确定1、电密：寿命和可靠性降低降低成本节省材料pAJc,1大、中、小型铜线电机：2661/)105.6~104(mAJ对大型电机：参考极距的大小来选择（热负荷）。1AJ极距大，意味着转子圆周速度较高，通风冷却效果较好，因而可选择较大的热负荷。2、线规：并联支路数导线并绕根数定子额定相电流11111111aNIJNaIAttc3定子绕组与铁心的设计3、并联支路数：双层：条件=整数，12appa2max1paqpaqmax11max112奇数偶数单层：小型电机：线径根，极数少电机取较大；8,68.11tNmmD大型电机：扁导线①导线宽厚比，槽口、槽宽、槽高尺寸适当；)0.4~5.1(ab②每根导线截面积15。2mm3定子绕组与铁心的设计步骤：计算导线截面→查标准线规表→选标准导线→圆线直径、扁线宽厚11111ctIAaNJ3定子绕组与铁心的设计3定子绕组与铁心的设计五、定子冲片的设计（一）槽形：①半闭口槽（梨形槽、梯形槽）②半开口槽③开口槽（二）槽满率：导线有规则排列所占的面积与槽有效面积之比。211(75~80)%100%fsiefsitsfefSdAAAAANNdSA绝缘导线直径槽有效面积槽面积槽绝缘所占面积2211121212111212()22()(22)()(2)sssisirbrAhhAihrrbAihr双层单层3定子绕组与铁心的设计（三）槽形尺寸的确定考虑因素：①槽满率；②齿部和轭部磁密要适当；③齿部有足够机械强度，轭部有足够刚度；④槽形尺寸深宽比对电机参数的影响。（1）半闭口槽3定子绕组与铁心的设计①假定一个齿距内的气隙磁通全部进入齿内，则定子齿宽111110.92(),0.95()(1.4~1.6)iFetDttZKBT定子齿距铁心叠压系数涂漆不涂漆定子齿磁密111tFettBbKB3定子绕组与铁心的设计②每极磁通经齿部后分两部分进入轭部，定子轭部计算高度11()(1.1~1.5)(0.68)jtppBBT定子轭部磁密计算极弧系数112pjFejBhKB3定子绕组与铁心的设计③槽口宽度：=2.5-4.0mm，比线径大1.2-1.6mm；机械嵌线时，槽口还需适当放宽。01b④槽口高度：=0.5~2.0mm01b角：30°左右根据估算和选用数据，作图确定尺寸，核算槽满率，必要调整。2、平行槽3定子绕组与铁心的设计槽形尺寸和扁线尺寸及绝缘结构尺寸结合考虑，不须核算槽满率。1111)5.5~5.3()62.0~45.0(sssbhtb最后需核验齿部最大磁密。TBt0.2max4转子绕组与铁心的设计一、笼型转子的设计计算（一）转子槽数的选择及定转子槽配合问题1、槽配合对附加损耗的影响（少槽——近槽配合）当定、转子槽数很接近时，转子齿顶的宽度将十分接近定子齿谐波的波长，因此转子齿中由定子齿谐波磁通引起的脉振较小2、槽配合对异步附加转矩的影响（近槽）定子绕组产生的磁场中含有的不同极数的谐波以不同速度和转向在旋转。并在鼠笼中感生电流，产生一个与其次数相同、转速和转向相同的谐波磁场，这两个磁场相互作用产生的转矩称为异步附加转矩。3、槽配合对同步附加转矩的影响4、槽配合对振动和噪声的影响5、感应电机定、转子槽配合的选择4转子绕组与铁心的设计4转子绕组与铁心的设计原则：①为减小附加损耗，应采用少槽近槽配合；②为避免起动过程中较强的异步附加损耗，使；③为避免起动过程中较强的同步附加损耗、振动和噪声，应避免（表10-7）中的槽配合。12ZZ4转子绕组与铁心的设计（二）转子槽形的选择和槽形尺寸的确定1、转子槽形①铸铝转子：平行齿平行槽凸形槽刀形槽闭口槽双笼转子槽梯形槽②铜条转子：半闭口平行槽2、转子槽形尺寸的确定①影响：其中对关系最密切笼型转子尺寸的确定另须着重考虑起动性能的要求。,,cos,,,,,,2maxCuststpSSTTTI曲线形状STTIstst,,,max4转子绕组与铁心的设计②对于铸铝转子，槽面积和铝条面积认为相等，先估算转子导条电流。11121222,cosdpIIdpmNKIKIKmNK考虑转子电流相位不同引入的系数与有关222211212213:dpdpIBBmNZKNKIKIZIAJ导条截面积对于中小型铸铝转子：266/)105.4~100.2(mAJB22,,,,,stBBBCuTRJJJSp为了足够不能太小,不能太小太大则4转子绕组与铁心的设计4转子绕组与铁心的设计③槽形：槽面积初定后，进一步确定尺寸TBTBjt0.160.1~25.122槽口部分尺寸可参考相近规格的电机来决定。4转子绕组与铁心的设计3、端环的设计端环电流：pZIZpIIR2sin212222端环面积：BRRRRJJJIA)8.0~45.0(端环电密端环外径：比转子外径小（3~8）mm（以便铸铝模定位）端环内径：略小于转子槽底所在圆