Y2-112M-2三相感应电动机设计

本科毕业设计第1页共40页第1章三相感应电动机的概述1.1我国电机制造工业发展近况与发展趋势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。国内的生产的绝大多数机型，体形大、重量重和噪声大，最主要的是可靠性能差。主要原因是制造工艺落后，关键材料的质量和品种不能满足要求，科研和设计工作没有跟上，科研投入少，新产品研发资金匮乏，企业技术创新能力较弱。与国外同行业相比,我国生产的电动机的技术水平、产品质量、结构工艺、制造能力以及自动化程度等均偏低,仍存在着相当的差距。随着科技的发展，电力电子器件和交流变频调速技术的应用，使得和变频调速器组成的交流调速系统的调速性能以及经济性已可与直流调速系统相媲美，且使用维护简便，因而应用愈来愈广泛。在高速发展社会中，新工业的迅速兴起的同时，对电机的功能就有着特殊的要求。新原理、新结构、新材料、新工艺、新方法的出现，也为电机的设计与生产提供了新的道路。随着人类生活品质的不断提升，绿色电机的概念已经提出并被人们所接受。虽然这个概念目前还是抽象的，但从环保角度来看，低震动、低噪声、无电磁干扰、有再生利用能力以及高效率和高可靠性将是一些最起码的要求。这对电机的制造和运行控制，尤其是原理、结构、材料、工艺等无疑是一种新的挑战。1.2三相感应电动机特性1）具国际互换性：采用IEC制定的国际标准尺寸，具国际互换性。2）特性优异：由于转子惯性小，加速转矩大，起动、停止时间短，对于起动、停止频繁之机器可提高其工作效率。3）振动、噪音小：机械结构设计完美，加工与组立精良，且经精密之平衡，几无振动与噪音。4）保养方便：采用高级油封轴承，不须添换润滑油脂，保养方便。5）小型轻量：框号较低、体小量轻、节省空间、搬运安装容易，便于设计本科毕业设计第2页共40页施工。6）E/B/F级绝缘材料：采用耐热、耐湿、耐化学之E/B/F级绝缘材料，安全耐用、寿命最长。框号绝缘等级最高可耐温度63-112ME120℃132S-180MB130℃180L-250MF155℃7）保护方式：保护方式为IP54，防尘、防水，符合国际标准，更具安全保障。1.3三相感应电动机的任务与过程电机设计的任务是根据用户提出的产品规格、技术要求，结合技术、经济方面和生产实际情况，运用相关的理论和计算的方法，正确处理设计时遇到的各种问题，从而设计出性能好，体积小，结果简单，运行可靠，制造、使用和维修方便的先进产品。电机设计的过程可分为:1）准备阶段:熟悉国家标准，收集相近电机的产品样本和技术资料，听取生产和使用单位的意见与要求，在国家标准有关规定和分析相应资料的前提上，编写设计技术建议书。2）电磁设计:跟据技术任务书的规定，参考实际的生产经验、使用的材料，核算出电磁的性能。3）结构设计:确定电机的机械结构，零部件尺寸，加工要求与材料的规格及性能要求，包括必要的机械计算及通风和升温计算。本科毕业设计第3页共40页第2章三相感应电动机的计算程序2.1设计任务与给定数据通过毕业设计，进一步掌握所学知识中关于电机学及电机设计和计算机应用等方面的专业知识，加强独立思考、分析、判断及解决问题的能力，并根据设计时应满足设计任务书规定的各项指标要求设计出Y2-112M-2三相感应电动机。电机设计所给定的数据：1）输出功率4.0NPKW2）额定电压VUN3803）相数m1=34）频率f=50HZ5）电机极数P=16）效率%85N7）功率因数88.0cosN8）起动电流倍数5.7*stI9）起动转矩倍数2.2*stT10）最大转矩倍数3.2*mT11）星型接线2.2三相感应电动机的计算程序2.2.1额定数据及主要尺寸1)额定功率4.0NPKW2)额定电压380NUV外施相电压2203NNUUV（星接）3)供电流140006.063220NkwNPIAmU本科毕业设计第4页共40页4)效率'按照任务书规定取%85N5)功率因数'cos按照任务书规定取cos0.886)极对数1p7)定转子槽数每极每相槽数取整数，参考类似规格电机取51q,则1121qpmZ=2×3×1×5=30,根据三相笼型转子感应电机推荐的槽配合，取262Z，并采用转子斜槽。8)定转子每极槽数定子每极槽数11301522PZZP转子每极槽数22261322PZZP9)确定电机主要尺寸设计的主要任务是确定电动机的主要尺寸，选择定转子磁路结构，设计定转子冲片和选择绕组数据，然后利用有关公式对初始设计方案进行较核，调整电动机的某些设计参数，直至电动机的电磁设计方案符合技术经济指标求。三相感应电动机的主要尺寸包括定子内径1iD和电枢计算长度efl决定电机主要尺寸的基本关系式：nPABKKalDdpNmpefi'1'211.1.6由经验公式可得满载电动势’EK=0.92+0.0086×lnP=0.92+0.0086×ln4=0.932其中4984V88.085.04000932.0cos.'NEPPK‘表2.1中小型电动机气隙磁密B（单位：T）极对数123、4备注本科毕业设计第5页共40页电机系列Y（IP44）0.55—0.660.60—0.740.62—0.79防护式的比封闭式的可增加15%左右JO20.50—0.630.55—0.750.60—0.70JR、JR（中型）——0.65—0.830.60—0.79初选α‘=0.68，K‘=1.10，K‘=0.96，取A’=22900A/m，由表2.1取B‘=0.57T，假设n‘=2880r/min，于是有31'001126.02880400057.022900196.010.168.01.6''11.6mnpABKKaVdpNmp表2.2三相感应电动机主要尺寸比λ值的范围（铁心长度/极距的比值）极对数电机系列1234Y（IP44）0.53—0.971.02—1.901.26—2.701.55—2.75J20.44—0.630.82—1.201.30—1.801.72—2.40JO20.54—0.840.93—1.701.40—2.401.90—3.00JR、JR0.40—0.600.60—1.200.8—2.00.8—2.1Y、YR0.70—1.10——由表2.2取λ=0.8，l=λτ，p21iD；efilD21λτ21iDp231iD所以，D=V3001126.08.012=0.097m表2.3三相电动机Di1/D1值（定子内径/定子外径的比值）极对数电机系列12345本科毕业设计第6页共40页Y（IP44）0.560.640.690.69——JJO20.570.640.6750.6750.75JS、JR0.540.630.69—0.770.68—0.78Y、YR0.50-----根据表2.3,按定子内外径比求出定子冲片外径D==0.173据标准直径最后确定D=0.175m。于是D==0.175×0.56=0.098m铁心的有效长度m0117.0001126.0098.01l21i2efDV取铁心长efl=0.130m。(按生产要求，铁心长通常采用5mm进位)10)气隙的确定气隙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。异步电动机的气隙长度是影响制造成本和性能的重要设计参数，它的取值范围很宽，选得小，可使励磁电流降低而提高功率因数，但槽漏抗也随之增加，使起动转矩、最大转矩降低。过小的气隙也容易招致定、转子相擦。但若选得大，则情况刚好相反。在异步电动机设计选取气隙时，需考虑多种影响。从电抗去磁能力考虑，较小的对提高抗去磁能力有利，但由于制造和装配工艺的限制，气隙不能取的太小。与材料有关，较小时，抗去磁能力相对较差宜取小些。极数是选取值需考虑的重要因数。参考类似产品取得m3104.0于是铁心有效长度2iefll=（0.130+2×0.0004）=0.131m转子外径212iDD＝0.098－2×0.0004＝0.097m转子内径先按转轴直径决定（以后在校验转子轭部磁密）mDi038.02本科毕业设计第7页共40页11)极距=mpDi154.02098.02112)定子齿距mZDti010.030098.0111转子齿距mZDti012.026097.022213)定子绕组采用单层同心式，节距1~16，2~15，3~14，17~30，18~29。14)为了消弱齿谐波磁场的影响，转子采用斜槽，一般斜一个定子齿距，于是转子斜槽宽mbsk010.015)设计定子绕组每相串联导体数29006.6322900098.088.085.0cos'1'1''1kwiImADN取并联支路数1a=1，可得每槽导体数'1sN=1'111ZNam=3029013=29取1sN=28,于是每线圈匝数为28。16)每相串联导体数2803302811111amZNNs每相串联匝数1N21N228014017)绕组线规设计初选定子电密2'15A/mm=J，计算导线并绕根数和每根导线截面积的乘积。1iN'1cA'11'1JaI'11·cos.JaIkw5188.085.006.62mm=1.622mm其中电子电流初步估计值'1I''coskwI88.085.006.6A=8.101A本科毕业设计第8页共40页选用铜线：高强度漆包线，并绕跟数N=2线径1d=1.04mm，绝缘后直径d=1.12mm，截面积'1cA=0.98522mm,N'1cA=1.972mm18)设计定子槽形因定子绕组为圆导线散嵌，故采用梨形槽，齿部平行。初步设'1tB=1.5T，估计定子宽1tb='1t'1BKBtFe=0.0004m由《电机设计》表10-1取'B=1.25T。初步取'1jB=1.2T，估计定子轭部计算高度'1jh='1''2jFepBKBa=0.027m根据齿宽和定子轭部计算高度的估算值做出定子槽形。可知01b=3.5m，01h=1mm。b11=6.5mm,h11=1.3mm,h21=11mm,r21=4mm,=30齿宽计算如下：mrQhhDbit0049.02222110111'mQhhDbii0118.0221110111mbbbitt0083.0211'119)槽满率槽面积sA=222221'1121rhhbrs=99.808×6102m按附录三，槽绝缘采用DMDM复合绝缘，i=0.3mm，槽楔为h=2mm层压。槽绝缘面积iA=i212rhs本科毕业设计第9页共40页=11.115×6102m槽有效面积efA=sA-iA=88.693×6102m槽满率is=efsiAdNN211=0.7926（符合要求）20)绕组系数为了便于嵌线和缩短端部长度，两极电机的单层绕组一般都采用整距。故短距系数12sin1pK分布系数1dK=2sin2sinaqqa=0.9567其中α=12Zp12°1dpK=1dK1pK=1×0.9567=0.9567每相有效串联导体数1N1dpK=280×0.9567=26821)设计转子槽形与转子绕组预计转子导条电流：'2I=211'13ZKNIKdpI=168.66A其中IK由《电机设计》表10-10查出。cos0.88，93.0IK初步取转子导条密度'BJ=3A/2mm，于是导条截面积'BA=''2BJI=55.532mm初步取'2tB=1.5T，估算转子齿宽'2tb='2t'2BKBtFe=0.005m初步取'2jB=1T，估算转子轭部计算高度本科毕业设计第10页共4