三相异步电动机的电磁设计

摘要Y2系列电机是在Y系列电机基础上更新设计的一般用途电机，它具有结构简单、制造、使用和维护方便，运行可靠，以及重量轻，成本低等优点，在电机噪声、振动水平优于Y系列电机，外观更加满足国内外的用户需求，本文为Y2-112M-2的电磁设计。在设计过程中，掌握了中小型三相感应电机的设计原理，熟悉相关的技术条件，基于给定的参数结合相关的技术条件，确定与电机的电磁性能有关的尺寸，选择定、转子的槽数和槽配合，确定槽型尺寸，选定有关材料，编程进行电磁计算，结合前面的数据计算出相应的工作性能和起动性能，包括效率、功率因数、最大转矩倍数、起动转矩倍数、起动电流倍数等。为了减小误差和计算量，还在MATLAB中编写了电磁计算程序。此外，本设计还用CAD绘制了定、转子冲片图以及定子绕组分布图,最终使技术指标符合任务书的要求。通过对电机性能尺寸的确定，以及对槽型的选取，选定了有关尺寸，通过编程的反复调试，使其技术指标符合任务书的要求，最终设计出符合任务书要求的电机。关键词：Y2-112M-2三相异步电动机;定、转子；电磁设计计算AbstractY2seriesmotorsisdesignedonthebasisofYseriesmotorupdategeneralpurposemotor.ithasasimplestructure,convenientmanufacture,useandmaintenance,reliableoperation.aswellaslightweight,lowcostadvantages,themotornoiseandvibrationlevelisbetterthanthatofYseriesmotor.appearancemoremeettheneedsofusersathomeandabroad,thispaperdesignedforelectromagneticY2-112m-2.Intheprocessofdesign,masterthedesignprinciplesofsmallandmedium-sizedthree-phaseinductionmotor,familiarwithrelevanttechnicalconditions,basedonthegivenparameterscombiningwithrelatedtechnicalconditions,determinethesizeoftheassociatedwiththeelectromagneticperformanceofthemotor,\option,rotorslotnumberandgroove,groovetypesize,selectedmaterialsprogrammingelectromagneticcalculation,Finally,combinedwiththepreviousdatatocalculatetheworkingperformanceandthecorrespondingstartingperformance,includingefficiency,powerfactor,themaximumtorque,startingtorque,startingcurrentratioetc.Inordertoreducetheerrorandtheamountofcalculation,preparedelectromagneticcalculationprograminMATLAB.Inaddition,thedesignalsodrawing,therotorandthestator,windingsdistributionprintswithCAD.thetechnicalindicatorsinlinewiththerequirementsofspecification.Todeterminethesizeofthemotorperformance,aswellastothetroughtypeselection,theselectedsize,bytherepeateddebugprogramming,makethetechnicalindicatorsmeettherequirementsofthespecification,thefinaldesignconformtotherequirementsofthespecificationofthemotor.KeyWords:Y2-112M-2three-phaseasynchronousmotor,thestator,therotorElectromagneticdesigncalculation目录1绪论工程背景电机是通过电磁感应将电能与其他机械能相互转换的电力机械，在国民经济各个领域得到广泛应用。电机作为电动机使用时，具有较好的工作特性，所以主要用作电动机。三相感应电动机具有简单的结构，而且价格低廉，运行可靠，坚固耐用，并且易于控制，因而在电动机中是广为使用的一种[1]。因此本设计对Y2-112M-2型电机进行了电磁设计计算。设计范围根据相关技术手册的数据确定与电机的电磁性能有关的主要尺寸、槽形及槽配合、绕组型式和节距、线规和材料等，用MATLAB编程进行电动机电磁计算，用CAD画出定、转子冲片图和它的绕组分布图。设计依据(1)类似关于电机的电磁设计资料。(2)国家目前现行有关设计规程、规范、技术手册，主要包括：①《实用电机设计计算手册》（黄坚，主编）。Y2系列三相异步电动机技术条件》(JB/。②用户提出的产品规格（功率、电压、转速、等）及技术要求（如效率、温升等）。设计目标设计出满足电机的主要性能指标，如起动转矩、最大转矩、起动电流倍数、效率和功率因数等要满足任务书的要求。在满足要求之后，尽量使电动机的性能指标有所提高。本文的主要工作(1)三相异步电动机主要参数的确定根据任务书提出的要求，结合相关的资料，确定出与电机电磁性能有关的主要尺寸、槽形及槽配合、绕组型式及节距、线规和材料。(2)电磁计算根据确定的主要参数，采用MATLAB编程进行电磁计算，在MATLAB程序中调整相关的参数，一直到计算出的性能指标达到本设计任务书的要求。(3)MATLAB编程三相异步电动机的电磁计算工作量大，使用MATLAB编程使得计算量减小，也让计算的精确程度也得到大大提高。(4)CAD画图本文的设计中使用CAD画出定、转子冲片图、及定子绕组分布图。2三相异步电动机主要参数的确定电磁计算的数据依据主要是三相异步电动机的参数，要正确地进行电磁计算，必须要选择合适的主要参数。主要参数的选择是根据技术手册给定的参数。并且计算出有关的必须参数进行选择的。主要尺寸及气隙长度的确定电机的主要尺寸包括定子内径i1D和铁芯有效长度effL，只要确定了这两个参数，其他的尺寸（包括定、转子内外径、铁芯长度和气隙长度等）就可以以此为根据，参阅文献[2]。但在一般情况下，定子内径i1D和铁芯有效长度effL的计算比较麻烦，通常采用类比法来确定电机的主要尺寸，参照已生产过的同类型相近规格电机的设计和实验数据，直接初选电机的主要尺寸。在本设计中，以厂家已经生产过的Y2系列的相近电机作为参考，结合文献[3]得到本台电机的主要尺寸。本台电机主要尺寸结合文献[4]中附录A进行选取，详见附录C和附录D。定、转子槽形及槽配合的确定定、转子槽形的选择(1)定子槽形的选择[5]小型三相异步电动机的定子槽形，一般采用斜口圆底槽[6]。槽口斜角统一规定如下：①160机座及以下为30°；②180~280机座：2极为20°，4极为30°，6、8极为35°；③315~355机座：2极为20°，4~10极为30°。因本台电机机座号为112，极数为2极，所以定子选梨形槽，槽口角度选30°。详见附录C。(2)转子槽形的选择转子采用平底槽、圆底槽、梨形槽、凸形槽（对称和不对称）、刀形槽等6种槽形，Y2系列电动机在大机座号中采用凸形槽较多。本台电机的机座号较小，因此转子选刀形槽（不对称），槽口斜角为30°，详见附录D。定、转子槽形尺寸的确定转子的槽形尺寸对电机的各项性能指标，有起动转矩、起动电流倍数、最大转矩、转差率、效率和功率因数等都有非常大的影响；此外，槽的各部分尺寸对这些性能指标又有不同程度的影响。在实际设计中，一般采用类比法来确定电机定、转子的槽形尺寸。本台电机定、转子槽形尺寸详见附录C和附录D。槽配合的选取槽配合就是在转子槽数与定子槽数有合适的配合。恰当的槽配合能降低电磁噪声和降低电动机负载噪声[7]。槽配合对电机的性能有影响，若选取不合适，可能会导致附加损耗、附加转矩、振动与噪声增加，从而使效率降低，起动性能变差。采用定、转子槽数接近的槽配合，可减小附加损耗。2极电机一般采用16/18，24/22、30/26、36/28、42/34。本台电机所选取的槽配合是30/26。绕组型式及节距的选择绕组型式的选择考虑到目前的传统生产工艺和机械化下线的可能性，除71机座6极和80、90机座8极采用双层绕组外，对160及以下的机座仍采用单层绕组。对180及以上机座，为了提高电机性能和降低电机噪声，在设计时全部采用双层叠绕组[8]。本台电机因机座号为112，所以选用单层同心式绕组。绕组节距的选择对双层绕组应从电机具有良好的电气性能和节约导线材料两方面来考虑节距的选择。在正常三相异步电动机中，通常选p56yt=以便消弱磁势的5次和7次谐波分量。对于2极电机，为了便于嵌线和缩短端部长度，除铁芯长度很长的以外，一般取p23yt=左右。因本设计是2极电机，所以取p1318yt=。计算概述磁路计算确定产生主磁场的磁化力是磁路计算的主要工作，进而根据磁力计算励磁电流，并确定电机的空载特性。此外，通过磁路计算还可以校核电机各部分磁通密度是否合适。参数计算参数计算的主要目的是计算电机定、转子的电阻及漏抗。电阻、电抗是电机的重要参数。电阻的大小不仅影响电机的经济性，而且与电机的运行性能有极密切的关系。转子电阻的大小对其转矩特性影响特别突出。因此正确选定及计算这些参数是非常重要的。3电磁计算额定数据及主要尺寸(1)输出功率kW4Ν=P(2)额定电压V380ΝφΝ==UU(3)功电流(4)效率85.0=η（按照技术条件规定）(5)功率因数88.0cos=φ（按照技术条件规定）(6)极对数1=p(7)频率Hz50=f(8)定、转子槽数定子槽数301=Z，转子槽数262=Z(9)定、转子每极槽数定子每极槽数：转子每极槽数：(10)定、转子冲片尺寸定子外径m175.01=D，定子内径m098.01i=D，铁心长度m1069.0t=l，气隙长度ｍ000534.0δ=，转子外径m0971.02=D，转子内径m038.02i=D。定、转子槽形尺寸详见附录C和附录D。(11)极距(12)定、转子齿距定子齿距：转子齿距：(13)绕组节距15==τy（以槽数表示）(14)每相串联导体数其中，每槽导体数×2=1sN每圈匝数=2×13=26；并联支路数1a=1。(15)绕组线规按类比法选取线规，本文中选取的线规为1-06.1Φ(16)槽满率槽有效面积：其中，槽面积sA和槽绝缘面积iA计算详见附录B。槽满率：232t1s1f6ef426(1.2310)100%100%79.62%200.910NNdSA--创?=??´（符合要求）其中，导体并饶根数t14N=；导体绝缘后外径(1.121.18)/20.081.1mmd=++=。(17)绕组系数其中，短距系数p1K和分布系数d1K计算详见附录B。(18)每相有效串联导体数磁路计算(1)计算满载电势初设EL(1)0.92Keⅱ=-=，则(2)计算每极磁通初设s1.2K¢=，由文献[3]中表3-5查得Nm1.095K=，则(3)波幅系数由初设饱和系数查得对应的极弧系数p0.67a¢=，则(4)定子齿磁密(5)转子齿磁密(6)定子轭磁密(7)转子轭磁密(8)空气隙磁密其中，齿部和轭部截面积t1A、t21A