小型电动机的设计与制作

小型电动机的设计与制作1设计目的电机与拖动是一门要求实践性很强的课程，具有极其广泛的工程应用价值。若要深入地掌握理论知识，就必须在加强理论学习的基础上，注重加强工程实践操作技能的系统训练。不仅通过实验论证一些理论问题，而且还要通过工程设计、工程实践等环节，掌握该课程在实践工程应用、故障分析等方面的综合实践技能，使学生树立工程意识、提高工程实践能力。本课程设计旨在通过学生独立完成小型电动机的设计以达到对学生的综合性训练。2设计计算与装配过程2.1设计题目试设计一台f=50Hz的三相异步电动机,额定电压为380V，额定输出功率0.55KW，额定电流1.5A，额定转速1390转/分钟，额定效率73％，额定功率因素0.76，Y型接法，极数为4，极对数p＝2，即2p=4。1)计算功电流；2)计算定子槽数，转子槽数；3)计算电机主要尺寸（定子铁心内径，外径，铁心有效长度）；4)计算气隙，转子外径；5)铜线直径及绕组匝数的计算。2.2设计参数计算由题目设计数据,查询书籍《异步电动机设计手册》附表1-9Y系列（IP44）小型三相异步电动机技术数据（380V、50Hz）可知电机型号应为Y801-4。1)计算功电流三相异步电机功电流计算公式为根据题目所给数据得2)计算定子槽数，转子槽数根据Y801-4电机数据可知定子槽数，转子槽数的关系为极距计算：162Zp(槽)为了较好地抑制5次与7次谐波，采用短距绕组；节距556y(槽)3)计算电机主要尺寸（定子铁心内径，外径，铁心有效长度）根据Y801-4电机数据可知：定子铁心内径：定子外径：铁心有效长度：4)计算气隙，转子外径根据Y801-4电机数据可知：气隙长度：转子外径：5)铜线直径及绕组匝数的计算铜线截面积计算公式为其中，：定子额定电流：并联支路数：并绕根数：定子电流密度对于小型电机，较小，常取；当较大时，可选用根导线并绕。一般取；对于，定子电流密度一般在，取。由铜线截面积计算公式可得又由得d=0.9mm。绕线匝数：根据Y801-4电机数据可知，其具体计算公式为12.54(1)100LscildpUpNDLZBK其中，1L：降压系数（一般取0.75~0.95），这里取0.8；U：相电压，这里2203NUUVp：极对数ilD：定子铁芯内径，这里7.5cmL：定子铁芯长度，这里6.5cm1Z：定子槽数24槽B：气隙磁密，0.40~0.65，这里取0.6dpK：绕组系数，这里取0.966计算得131scN(根/槽)，实际取128(根/槽)2.3电机拆卸2.3.1拆卸过程1)断开电动机电源，保证操作人员的安全；2)拆去接线盒内的电源接线盒接地线，使定子铜线与外部接口断开，按接线盒上的相序，标注相关铜线的对应相序；3)拆下风扇罩上的螺丝，取下风扇罩；4)拆下风扇，顺便清扫一下污垢；5)拆下前轴承外盖盒后端盖螺钉；6)敲出转子联通后端盖，观察转子结构，为一个已经镶嵌好的铁心；7)拆下前端盖，使定子绕组的两端都显露出来，观察定子绕组，为单层绕组结构，线圈与线圈之间紧密连接，铜线之间有类似于纸质的物质相隔，起到绝缘作用，定子铁心为硅钢片压制而成，明显看得出每片硅钢片之间的缝隙，技术不怎么样；8)将定子线圈从定子铁心上面小心拆下，拆下绕组，观察线圈具体绕制方法和镶嵌方法并记下线圈绕组镶嵌图示（手工绘制），如图1所示。图1线圈绕组镶嵌图示2.3.2拆卸注意事项1)注意要在断电情况下对电机进行拆卸；2)拆螺丝时要小心旋转，不要把螺丝帽的凹痕弄掉；3)拆卸风扇时小心风扇叶片，不要弄断叶片；4)拆卸线圈时要按部就班，不能操之过急；5)线圈拆卸一定要注意轻手，注意不要把绝缘层弄破，否则容易造成事故。2.4电机装配绕组嵌放方法（定子绕组采用单层链式绕组，节矩为1～6），对照图1，起始槽选定以后，即可按以下顺序进行嵌线：1)假设以第7槽为起始槽，先将U相一线圈的下层边(由于该线圈边的端部是被压在其他线圈下面的，故称下层边)嵌入第7槽，上层边暂时吊起不嵌。2)空一槽(第8槽)，将W相一线圈的下层边嵌入第9槽，其上层边暂时也吊起不嵌。3)再空一槽(第10槽)，将V相一线圈的下层边嵌入第11槽，其上层边按y＝（1-6）槽嵌入第6槽。4)再空一槽(第12槽)，将U相第二个线圈的下层边嵌入第13槽，其上层边按y=(1-6)槽嵌入第8槽。5)按空一槽、嵌一槽的方法，依次将其余线圈嵌完。6)最后把U相和W相尚未嵌入的上层边（吊把边），分别嵌入第2和第4槽，整个绕组即全部嵌好。3试验结果与分析3.1绕组对一机壳及其相互间绝缘电阻测定本实验采用500伏摇伏表，摇表外有两个接线柱，分别标有“L”和“E”。将二绝缘导线的一端分别接于二接线柱上，另二端分开，用手摇动摇表（转速约120转/分），表的指针指向无穷大。如果把引线的两端迅速碰一下，表的指针应偏转至0欧。检查电动机绕组的相间绝缘电阻时，将摇表“L”和“E”的引线分别接至待测的不同相绕组的端头，摇动摇表，表的指针指到750MΩ。检查各相绕组对铁心的绝缘电阻时，可将“L”引线接该相绕组的一端，“E”的引线与外壳相接，绝缘电阻为500MΩ。结果分析：对于工作在380V的电器，绝缘电阻不应小于0.5兆欧。因此，相间绝缘与绕组对铁芯绝缘均符合要求。3.2绕组在实际冷态下直流电阻的测定伏安法测得的数据如表1所示表1绕组Ⅰ绕组Ⅱ绕组ⅢI（mA）504030.130.240.150.250.240.130U(V)0.630.510.380.380.510.640.640.510.38R(Ω)12.612.7512.6212.5812.7212.7512.7512.7212.67平均值(Ω)12.6612.6812.71图2三相交流绕组电阻测定接线图结果分析：根据图2接线与测定结果，可由公式URI计算得定子各相的冷态电阻值，分别为12.66Ω，12.68Ω，12.71Ω。理论上，三相对称电阻应相等，而实验计算结果已相当接近，在误差允许范围内，完全符合要求。3.3空载电流和空载损耗的测定空载试验数据如表2所示0—250V可调直流电枢电源电机定子一相绕组AV﹢﹣S1S2表2序号UOL(V)IOL(A)PO(W)OCOSUABUBCUCAUOLIAIBICIOLPIPIIPO1367.5375382.53751.11.081.11.09-187.5340.1152.60.222345345352.5347.51.121.11.11.11-133.7255.4121.70.1833153153183160.930.90.950.93-101.7198.696.90.1942852852852850.550.550.580.56-76.0415982.960.3052102102102100.550.530.550.54-31.4890.4758.990.306178.5178.5178.5178.50.450.450.450.45-15.9566.8850.930.367142.5142.5142.5142.50.40.380.40.39-4.3249.5945.270.478939393930.30.30.30.37.1733.0240.190.8396967.56968.50.350.350.350.359.3826.9436.320.87图3空载与短路测定接线图结果分析：根据图3接线与测定结果，可根据公式012PPP计算出空载DD01三相调压交流电源WWAAAMVVVABC＊＊＊＊功率，再根据公式03ABBCCALUUUU计算出空载电压，再根据公式3ABBCCAOLIIII求出空载电流，最后根据公式0003LLUPmICOS求得功率因数。通过查找资料可知，空载时，定子的功率因数较低，约为0.1~0.2，与测量计算结果完全吻合，进一步说明电机设计的正确性。此时，转差率0s，电机吸收功率主要用于励磁，原等效电路转子部分相当于开路。由空载实验数据求激磁回路参数：空载阻抗：0003198.63LLUZI；Y型接法空载电阻：002042.813LPrI；Y型接法空载电抗：22000193.96XZr激磁电抗：01207.99mXXX，其中114.03X由短路实验测得。激磁电阻：2033.613FemLprI式中，Fep为额定电压时的铁耗，由下图4确定图4铁耗与机械损耗图由实验数据画图，得到32.8mecpW，所以0119.8FemecpPpW结论：空载时，功率因数只有0.1~0.2，非常低，即利用率很低。因此，应避免大马拉小车现象出现。尽量让电机工作在额定负载，此时功率因数最大，利用率最高。3.4短路试验短路试验的数据如下表3所示表3序号UKL(V)IKL(A)PK(W)KCOSUABUBCUCAUKLIAIBICIKLPIPIIPK182.582.582.582.51.251.251.251.2520.7100.2120.90.68267.567.567.567.5111113.516881.510.693484848480.750.750.750.757.438.1345.530.734333333330.50.50.50.53.317.7721.070.735303030300.450.450.450.452.4114.1216.530.70结果分析：根据图3接线与测定结果，可根据公式12KPPP计算出短路功率，再根据公式3ABBCCAKLUUUU计算出短路电压，再根据公式3ABBCCAILIIII求出短路电流，最后根据公式3KLKKLUPmICOS求得功率因数。此时，电机堵转，1s，相当于转子短路，而主要功率消耗在铜耗上，励磁部分很少，可以忽略。由空载实验数据求激磁回路参数：短路阻抗：338.11KLKKLUZI短路电阻：225.793KKKLPrI短路电抗：2228.06KKKXZr转子电阻的折合值：'2113.11KCrrr式中，112.68Cr，冷态电阻。定子，转子漏抗：'1214.032KXXX结论：堵转时，电流量过大，发热量也大；若加上额定电压，可能会烧坏电机，因此，运行时严禁出现电机堵转情况。况且功率因数也不高，功率主要消耗在铜耗上，造成浪费，利用率不高。参考文献【1】傅丰礼唐孝镐《异步电动机设计手册》机械工业出版社【2】历文健《电动机常见故障检修》机械工业出版社【3】钱守义《三相交流异步电动机》浙江科学技术出版社【4】刘锦波等《电机与拖动》清华大学出版社【5】《电机学实验指导书》华南农业大学工程学院