Y160M-6电机的设计

0一．笼型三相异步电动机基本运行原理1.1相旋转磁场的产生三相异步电动机的定子绕组由3个独立的相绕组组成。当绕组中通以三相交流电时，电动机内部就产生旋转磁场。异步电动机由静止变化到转动，它的根据就在于电动机内部的旋转磁场的产生，绕组中通以三相交流电则是产生这个变化的条件。现在我们来详细的讲解三相旋转磁场的产生原理以及它与转速有什么关系。设一只6槽2极三相异步电动机。定子绕组的三个相线圈接在三相电网上,在0，π/2、π、3π/2、2π五个瞬间，电流情况分别是iU=0、iV=-3Im/2、iW=3Im,iV=Im、iV=iW=-Im/2,iU=0、iV=-3Im/2、iW=-3Im/2,iU=-Im、iV=iW=Im/2,iU=-Im、Iv=iw=-Im/2,iU=0、iV=-3Im/2、iW=3Im/2AYBZXC1我们规定，定子每相绕组电流自“头”（U1，V1,W1）流入为正，自“尾”（U2，V2，W2）流入为负。同时以“╳”号代表流入纸面方向，“.”号表示流出纸面方向。应用前面所叙述的，可确定三相定子绕组于0，π/2，π，3π/2，2π五个瞬间所产生的合成磁场。绕组中通以三相电流,电动机内部就会产生一个幅值不变的旋转磁场.这磁场沿气隙圆周基本上是按正弦波分布的,幅值不变指的是旋转时磁场正弦波振幅不变。而电流在时间上变化半周,磁场在电机内部空间正好转过半个圆周.对于2极电机,半个圆周正好正好是一个极距(沿电机气隙圆周量得的相邻两极中心的距离叫极距,以符号τ表示).因此,电流变化一周,磁场正好转过2个极距;电流每秒变化f周,磁场每秒即转过2f个极距.考虑到2极电机一个圆周等于2个极距,所以2极电动机旋转磁场的转速n1为n1=2f/2(转/秒)或n1=120f/2(转/分)从普通情形来看,如果以P表示电机的极对数,则电机空间一个圆周将等于2P(极数)个极距.因此,旋转磁场转速N的普遍公式是:n1=120f/2p=60f/2p(转/分)通常N叫做电动机的同步转速.以交流电频率f=50赫(周/秒)代入,得2,4,6,8,10极异步电动机的同步转速分别是3000,1500,1000,750,600转/分。1.2转矩的产生及其大小在一个2极旋转磁场以反时针方向转动.笼型转子处于磁场内,每根导条(铜或铝制成)必然会切割磁力线而产生磁感应电势,从而产生电流。感应电流的方向可以用右手螺旋定则确定。转子导条既然带有电流,又处于磁场中，必然要受到力的作用。力的方向可以用左右定则确定。异步电动机的转矩就是由全部导条所受作用力的总和产生的。这个转矩将驱使转子跟着旋转磁场按同一方向转动。由于这个道理,就很容易想到,电机气隙圆周上产生的全部磁通越大,转矩必然越大;转子中产生力的作用的全部导条电流越大,转矩必然越大。我们以M表示电动机的转矩,Φ表示每极磁通量,m2表示转子绕组相数,w2表示转子绕组每相串联匝数,I2表示导条电流,Kdy2表示转子绕组系数.则有如下关系:M=pΦm2w2I2Kdy22式中,m2w2I2Kdy2为转子全部导条电流的有效匝数.符号“≡”表示正比的意思。实际上由于漏磁通的影响,转子电流并不能全都起力的作用。计算产生力作用的转子电流即转子电流的有功分量时应乘桑一个小于1的因数错误!未找到引用源。φ2(称为转子功率因数).再算入比例系数,即得到以下关系:M=12pΦm2w2I2Kdy2上式中，m2,w2,Kdy2都是转子绕组的参数。实际改绕时我们饶的是定子绕组,它也有相应的参数m1,w1,Kdy2。由于电动机内部定,转子电流及其绕组参数在数量上有一定联系,因此可把上式中m2,w2,Kdy2用m1,w1,Kdy2代替。不过由于代替后m1和w2,Kdy2数量上的不同,I2在数量上也要作一定变动。若以I2'表示变动后的转子导条电流,我们就可以得到最后的关系式:M=12pΦm2w2I2Kdy2二．三相笼型感应电动机电磁设计2.1主要尺寸和气隙的确定主要尺寸和计算功率定子铁心内径Di1及有效长度lef是感应电机的主要尺寸。在前面已经导出决定电机主要尺寸的基本关系式lDefi21=KKadpNMp11.6BA1nP=nPCA(2.1)其中感应电动机的计算功率P′为P=m1E1I1由于感应电动机的额定功率为PN=m1UNI1COS(2.2)比较上式，则有P=UEN1COS1PN(2.3)其中，E1/UNΦ为感应电动机定子绕组“满载电动势”的标么值。由感应电机的基本方程可知3UNΦ=-E1+I1Z1=-E1+(I1P+I1Q)(R1+jXa1)=-E1+I1PR1+jXa1Ip+I1q+j1qXaq其中，I1P、I1Q为定子电流的有功分量和无功分量。在一般情况下，相量图（见图1）所示的UNΦ与E1两相量间的夹角a≈0,因此，可以近似地认为定子绕组满载相电动势E1和外施相电压UNΦ之间存在着下列关系：E1≈UNΦ-(I1PR1+I1qXa1)两边除以UNΦ，得KB=1-εL(2.4)式中，εL=(I1PR1+I1QXa1)，即等于定子绕组的漏阻抗压降标么值，而(1-εL)则等于满载电动势的标么值，称为电动势系数。将式(2.4)代入(2.3)，则有P=(1-L)cos1PN(2.5)式中效率η和功率因数cosΦ可取设计任务书中规定的数据。但是在电机设计计算之前，定子绕组的电阻和阻抗均为未知数，因而（1-εL）还不能按式(2.4)算出，此时可假定一个(1-εL′)值，它随功率增大或极数减少而略有增大，可用下列经验公式先作估算：2极小型电机1-εL′=0.92+0.00866lnPN非2极小型电机1-εL′=0.931+0.0108lnPN-0.013p中型电机1-εL′=0.892+0.0109lnPN-0.01p上列3式中，额定输出功率的单位为KW，p为极对数。2.2电磁负荷的选择式（2.1）中。P可由式（2.5）求出aP′、KNM、Kdp等各量一般只在较小的范围内变化，因而对功率和转速一定的电机，其主要尺寸Di1和lef基本上将由电磁负荷A和Bδ值的大小来决定。电磁负荷对电机性能和经济性的影响在前面已做了详细的分析。磁化电流Im=KNmFdpOp1119.02。每极磁势FO主要来克服气隙磁压降Fd，也即Im主要决定于Bδ，因而磁化电流的标么值Im/IKW正比于Bδ/A，选取较高的Bδ或4较低的A，则X减小，电机的起动转矩、最大转矩将增加。设计感应电机的时候，电磁负荷A和Bδ值是根据制造和运行经验所积累的数据来选取的。对于中小型电动机通常取线负荷A在15103A/m气隙磁密Bδ在0∽5范围内；大型感应电动机的A和Bδ可略高。2.3主要尺寸比λ的选择在前面已经对尺寸比λ做了详细的介绍，同时给出了大致的数值范围。对于中小型的感应电机，定子外径D1也是较重要的的尺寸。D1的确定要考虑硅钢片的利用。根据我们目前生产的硅钢片的规格，规定了标准外径。对于一定的极数，定子铁心外径D1与内径Di1之间存在着一定的比例关系，表4-1列出了三相感应电动机的Di1/D1值，比值的变动范围一般在0.5左右。2.4主要尺寸的确定根据电机的计算功率P′和转速n，在充分考虑采用的材料、结构、工艺等因素后，参考工厂实际生产经验，选择电磁负荷A和Bδ值，从公式(2.1)可算出Di1′lef，并令它等于V(单位为m3)：Di21=KKdpNMa11.6BA1NP=V式中KNM----------气隙磁场的波形系数，是有效值与平均值之比。在一般情况下，气隙磁场的波形决定了电动势的波形。因此有时也称电势波形系数。当气隙磁场波形为正弦波时，KNM=1.11；当气隙磁场波形因铁心饱和而呈非正弦时，定子绕组中也感应出非正弦的电势，此时电势有效值比于1.11BKBKdpdp1132+1（其中Kdp1、Kdp2…为奇次谐波的绕组系数，B1、B2、B3….为奇次谐波磁密幅值，而平均值却随饱和而增加得较快，因而波形系数为下降曲线。A----------计算极弧系数，是气隙磁密平均值与其最大值之比，ap=BBdv，若电机铁心不饱和，气隙磁密分布呈正弦形时，ap=2/π=0.637，考虑到一般电机铁心稍有饱和，设计时ap′可初步取为0.66~0.71。K----------定子基波绕组系数，可根据选定的绕组型式、槽数和节距算出，在绕组5设计前，对双层短距绕组，可先假定Kdp1=0.92，对于单层绕组，可先假定Kdp1=0.96。其次，参考表2选择适当的λ值，因lef=λτ=πDi1/2p，则有Di1lef=Di1λτ=λπDi1/2p=V便可求出Di1=32PV(2.5)这是初步计算出的定子铁心内径，参考表3的D比值算出D，再按照标准外径调整Di1。最后，根据调整的Di1求出Leflef=DiaV2上面是确定电机尺寸的一般过程。在实际生产中，对于感应电动机已积累了丰富的时间经验，设计时往往只需要参考同类型、相近规格电机的尺寸，针对所设计电机的材料、结构、工艺特点等因素，直接初选其定子铁心外径、内径和长度，进行核算调整，最后加以确定。2.5空气隙的确定通常气隙δ的选取尽可能的小，以降低空载电流，因为感应电动机的功率因数cosΦ主要取决于空载电流。但是气隙不能过小，否则除影响机械可靠性外，还会使谐波磁场及谐波漏抗增大，导致起动转矩和最大转矩减小，谐波转矩和附加损耗增加，进而造成较高温升和较大噪声。气隙δ的数值基本上决定于定子内径、轴的直径和轴承间的转子长度。因为机座、端盖、铁心等在加工和装配时都有一定偏差；而轴承的直径和轴承间的距离决定了轴的挠度；定转子装配在一起后，定子铁心内圆和转子外圆的不同心度决定了气隙的不均匀度，其值对电机运行性能有很大影响。6三．三相笼型感应电动机电磁设计数据计算1.1额定数据与技术要求：电机的型号Y160M-6额定功率PN=7.5千瓦额定频率fN=50赫额定电压及接法UN=380伏1-Δ极对数：2p=6相数：m=3功电流kwI=n1NUmP=6.58A效率：η=86%功率因数：cosØ=0.78绝缘等级：B级最大转矩倍数2.0MT起动性能：起动电流倍数6.5stI,起动转矩倍数2.0stT主要尺寸及冲片定子外径：D1=0.26m定子内径：Di1=0.18m铁心长l=0.145m气隙：g=0.4mm转子内径：Di2=d=0.06mm转子外径D2=0.179mm123633ZZ定子槽形采用斜肩园底梨形槽013.8bmm010.8hmm17.4sbmm130o715.1srmm111216sshhmm转子采用斜肩园底槽021bmm020.5hmm24.2sbmm22.1srmm0230212225sshhmm确定主要尺寸满载电势标么值K’B=0.0108InPN-0.013P+0.931=0.914定子的每级槽数Zp1=Z1/2p=36/6=6Zp2=Z2/2p=33/6=5.5A取26000A/mBσ取0.67Ta’p=0.68K’Nm=1.10K’dp1=0.96气隙的确定定子齿距t1=πDi1/Z1=0.0157m转子齿距t2=πD2/Z2=0.017m极距τ=πDi1/2p=0.0942m铁心的有效长度lef=V/(D1D1)=0.144m1.2数据计算1.2.1每相串联导体数I1=Ikw/cos=9.81A1N=cosDi1A/m1kwI=499取并联支路1a=1可得每槽导体数1sN`=1111ZNam=41.6于是每线圈匝数为41定子每相串联匝数N1=1N/2=249.5取2491.2.2设计定子槽形定子槽采用梨形槽初步取1iB=1.4T得定子齿宽111iFeiBkBtb0.0079初步取1jb=1.25T得定子轭部计算高度112`jFepjBKBab=0.0328槽满率槽面积sA=2)(22211121rhhbrs=0.000160有效槽面积isefAAA=0.0000145.1槽满率efsifAddNNs11