第十章感应电机的电磁设计.

第十章感应电机的电磁设计§10-1概述主要内容：①主要尺寸与气隙的确定；②定转子绕组与冲片设计；③工作性能的计算；④起动性能的计算；⑤深槽式、双笼转子感应电机的设计特点。一、我国感应电机主要系列100个系列，500多个品种，5000多个规格大型：VUkWPmDmmH6000.300040016301中型：VUkWPmDmmH6000.3000,380)125045()0.15.0()630355(1小型：VUkWPmDmmH380)13255.0()5.012.0()31580(1基本系列：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二、感应电动机的主要性能指标和额定数据（一）主要性能指标NstIIcosFecu,NMTTminTNstTT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NPNUNfNnNUNPNNKWUmPI1NNKWNKWPUmIUZ21NNNnPT9550额定电压额定频率额定转速基值：（二）额定数据额定功率电压：电流：功率：阻抗：转矩：§10-2主要尺寸与气隙的确定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(设计方法：cos,已知，*1*1,XR未知，需先假定一个)1(L值。预估95.0~85.0)1(L，完成磁路参数计算后，偏差%5.0)1()1(LL)1(L2极小型：经验公式估算：NLPln0866.092.01非2极小型：pPNL013.0ln0108.0931.01中型：pPNL01.0ln0109.0892.01二、电磁负荷的选择磁化电流：11109.02dpmKNmpFI①每极磁势0F主要用来克服F，mI决定于B，ABIIKWmcos,,*mIAB②BAUXIXNKW*ststITTXAB,,,,max*选取方法：中小型：TBmAA)8.0~5.0(/)1050~1015(33大型：BA,可略高三、主要尺寸比的选择对于一定的极数，定子铁心外径1D与内径1iD存在一定比例（表10-3）11iDD变动范围在5%左右。四、主要尺寸的确定efiNLlDBAnPP21,110,210cos1)1(选择表参考图1、VnPABKKlDdpNmpefi11.621KNm──气隙磁场波形系数，当气隙磁场正弦分布时；11.1NmK双层单层定子基波绕组系数92.096.01dpKp──计算极弧系数；饱和正弦不饱和)71.0~66.0(637.02BBavp2、参考表10-2选择值，pDlief21VDpDlDiiefi3131212312pVDi初步计算211111313102iefiiiDVlDDDDpVD按标准外径调整达式参考表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。3、经验公式：小功率电机：铁心长度:10)74.0(3..031ttilmlD大、中型电机：mpDi3110)291(§10-3定子绕组与铁心的设计定子槽数的选择pmZq2111q1、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大定子谐波磁场减小，adpX↓每槽导体数减少，ssssXbhZX,,,1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↓2、一般感应电动机：1q=（2~6）取整数极数少，功率大电机：1q取大些（2极取=（6~9））1q极数多电机：1q取小些二、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。同心式绕组：嵌线容易，易实现机械化，1q=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；链式绕组：各线圈大小相同，嵌线困难，1q=2的4，6，8极电机；交叉式绕组：可以节省端部接线，1q为奇数电机。（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（三）单双层绕组和Y-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°。（四）绕组节距的选择双层绕组正常电机：65y削弱5、7次谐波两极电机：32y便于嵌线，缩短端部长度单层绕组：一般用整距分布系数：槽距电角111122sin)2sin(ZpqqKd短距系数：11112sinqmyKp基波绕组系数：111pddpKKK三、每相串联导体数、每槽导体数计算KWiKWiImADNIIDINmA11111111coscos线负荷1N大小影响AB、数值。1NABcosmaxTstTstI↓，↑↓↓↑↑↑∴设计时常通过改动1N来取得若干不同设计方案进行优化。每槽导体数：每相串联匝数双层单层111111111112::NNNNNNZNamNsss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1AJ（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、并联支路数：双层：条件12ap=整数，pa2max1单层：paqpaqmax11max112奇数偶数小型电机：线径8,68.11tNmmD根，极数少电机取较大；大型电机：扁导线①导线宽厚比)0.4~5.1(ab，槽口、槽宽、槽高尺寸适当；②每根导线截面积152mm步骤：计算导线截面11111JNaIAtc→查标准线规表→选标准导线→圆线直径、扁线宽厚五、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。槽绝缘所占面积槽面积槽有效面积绝缘导线直径isiseffefstfAAAAAdSAdNNS)%80~75(%100211)2()()22()(2)(22211121212211121rhiAbrrhiArhhbrAsisiss单层双层（三）槽形尺寸的确定考虑因素：①槽满率fS②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①假定一个齿距内的气隙磁通全部进入齿内，则定子齿宽TBKZDttBKBtbtFeitFet)6.1~4.1()(95.0),(92.011111111定子齿磁密不涂漆涂漆铁心叠压系数定子齿距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)68.0()5.1~1.1()(21111pptjjFepjTBBBKBh计算极弧系数定子轭部磁密③槽口宽度：01b机械嵌线时，槽口还需适当放宽。=2.5-4.0mm，比线径大1.2-1.6mm；④槽口高度：01h=0.5~2.0mm1角：30°左右⑤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最后需核验齿部最小磁密TBt0.2max§10-4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2、槽配合对异步附加转矩的影响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。（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：,,cos,,,,,,2maxCuststpSSTTTI曲线形状其中对STTIstst,,,max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。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2I有关与引入的系数考虑转子电流相位不同cos,22211112IdpdpIKKNmKNmIKIBBdpIdpJIAZKNIKIKZNm2211122222:31导条截面积对于中小型铸铝转子：266/)105.4~100.2(mAJB,,,,,,22CuBBstBpSJJRTJ则太大不能太小不能太小为了足够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。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直径端环厚度：按所需截面积并考虑加工工艺要求决定二、绕线转子的设计计算（一）转子槽数的选择为了减少噪声和振动，一般采用整数槽绕组。为了减少附加损耗，考虑转子开路电压的控制数字，槽数不宜太多，。当采用分数槽)(2dcbq时，宜选取2d的分数槽。（二）转子绕组的特点及设计方法1、功率较小的电机一般用圆导线一根或数根做成单层多匝绕组；转子槽形：平行齿的半闭口槽每相串联导体数：21110202dpdpKKNEEN空载定子相电势转子静止时开路相电势转子基波绕组系数1020**1*02010)1(EEXIKUEmdpN2、功率较大电机和中型电机采用双层整距波绕组（省去极间边线，使转子易达平衡）转子槽形：半闭口的平行槽结构：每个线圈做成一匝，绕组系由半绕组元件组成，元件采用扁线弯制，仅一端预先成型；除末端外，导