Y132M-4电机的设计

-1-前言本设计书的内容为三相笼型感应电动机系列的电磁设计，全书分为五章，第一章为设计任务书，包括设计任务，进度时间及设计条件；第二章为关于本次设计的论文，包括九节的内容，详细的叙述了整个电机设计过程中需要考虑的问题；第三章是电动机的电磁设计过程，包括额定数据、磁路计算、工作性能计算、起动性能计算；第四章为本次设计的总结和体会；第五章为本次设计所参考的资料。本设计书贯彻了国家标准GB3100～3102-86中有关量、单位和符号的规定。对计算公式的表达方式进行了适当的修改以符合国家标准中有关规定的要求。公式中各量的单位，除特别指出者外，均采用国际单位制。本设计书详尽介绍了Y132M-4的电磁计算以及如何设计等内容，本书由我设计，在设计过程中得到了老师和同学的帮助和支持，在此谨致谢意。由于设计者的水平有限，在设计住中难免有错误之处，敬请老师指出。-2-目录封面第一章毕业设计任务书……………………………………………………31、设计内容…………………………………………………………………42、进度安排及完成…………………………………………………………43、主要设计条件……………………………………………………………4第二章毕业设计论文………………………………………………………5一、技术要求……………………………………………………………………5二、关于三相异步电动机的设计程序…………………………………………6引言……………………………………………………………………………61、三相异步电动机的基本结构………………………………………………62、异步电动机存在的缺点……………………………………………………73、电机主要尺寸比的选择及一般方法………………………………………84、磁路计算…………………………………………………………………105、定子绕组与铁心的设计………………………………………………136、定、转子的设计………………………………………………………157、工作性能计算…………………………………………………………188、起动性能计算…………………………………………………………219、结构设计………………………………………………………………22第三章三相异步电动机的电磁设计………………………………………291、额定数据和主要尺寸……………………………………………………292、磁路计算……………………………………………………………………343、参数计算……………………………………………………………………384、工作性能计算………………………………………………………………455、起动性能计算………………………………………………………………48-3-第四章总结和体会…………………………………………………………57第五章参考文献……………………………………………………………58-4-第一章毕业设计任务书课程名称：电机设计题目：D-F组电动机设计专业班级：学生姓名：指导老师：教研主任：审核老师：任务下达时间：2004年2月16号设计完成时间：2004年6月20号-5-设计任务及要求三相异步电动机的设计【摘要】异步电动机具有结构简单、制造容易，运用可靠、效率较高，价格低廉，坚固耐用等优点。它在工农业和日常生活中获得最为广泛的应用。在电网的总负荷中，异步电动机用电量约占60%以上。本文是对三相异步电动机做出深入的剖析与设计。三相异步电动机是一种具有高效率、低磨损、低噪声的电机机种.本设计在介绍三相异步电动机设计中，关于相数、极数、槽数及绕组连接方式的选择方法和应遵从的规律.而且针对电动机结构特点和工作性能，在电枢反应理论基础上设计出功率为7.5KW的交流电动机。【关键词】设计三相异步电动机电磁设计结构设计电机性能一、基本任务及要求三相异步电动机，其转子为笼型、定子为单层绕组，结构运行简单、运行可靠、成本低廉、效率较高、坚固耐用的优点。本设计要求如下：1）定子绕组方案的确定及分析2）转子方案的确定及分析3）电磁设计程序分析及电磁设计4）工作性能计算5）起动性能计算具体要求如下：了解和掌握三相异步电动机工作原理，确定和分析定子绕组方案，设计和确定转子方案及电阻的确定，电动机常规运行的电磁设计及编写起动时的电磁程序。二、进度安排及完成1、2月16日：布置任务，下达设计任务书2、2月16日－3月6日：查阅资料，撰写文献综述，撰写开题报-6-告。3、3月7日－3月21日：毕业实习，撰写实习报告。4、3月22日－4月30日：异步电动机设计，中期检查。5、5月1日－6月15日：异步电动机及控制线路设计，撰写毕业设计说明书。6、6月16日－6月20日：修改、装订毕业设计说明书。7、6月20日－6月26日：毕业设计答辩。三、主要设计条件1、提供CAD实验室2、说明书格式1）毕业设计封面；2）设计任务书；3）设计论文；4）电磁计算过程；5）电机的总装图；6）定、转子冲片图；7）总结与体会；8）参考文献。-7-第二章毕业论文设计一、技术要求1、课题名称：D-F组异步电动机电磁设计2、主要内容：三相异步电动机，其转子为笼型转子，结构简单、运行可靠、成本低廉、效率较高、坚固耐用等优点。具体要求如下：了解和掌握D-F机组电动机工作原理，确定和分析定子绕组方案，设计和确定转子绕组方案，电动机常规运行的电磁设计及编写起动时的电磁程序。3、主要设计对象:1）定子绕组方案的确定及分析2）转子绕组方案的确定及分析3）电磁设计程序分析及电磁设计4）工作性能计算5）起动性能计算4、主要技术性能指标：1）效率%872）功率因数cos=0.853)相数m=3（Y接法）；4)额定转速nN=1450r/min；5)额定频率fN=50HZ；6)绝缘等级B级；7)最大转矩倍数TN=2.2-8-关于三相感应电动机的设计序言三相异步电动机又称为三相感应电动机，感应电动机是基于气隙旋转磁场与转子绕组中感应电流相互作用产生电磁转矩，从而实现能量转换的一种交流电动机。由于转子绕组电流是感应产生的，因此称为感应电动机。感应电动机与其它电动机相比，具有结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠及重量轻成本低等优点。此外感应电动机还还便于派生各防护型式以使用不同环境条件的需要，也有较高的效率和较好的工作特性。由于感应电动机具有上述许多优点，它是电动机领域中应用最广泛的一种电动机。例如:中小型轧钢设备,矿山机械,机床,起重运输机械,鼓风机,水泵,和农副产品加工机械等都大部分采用三相异步电动机来拖动。一．三相异步电动机的基本结构三相异步电动机由两个基本部分构成：固定部分—定子和转子，转子按其结构可分为鼠笼型和绕线型两种。1-1.定子的结构组成定子由定子铁心、机座、定子绕组等部分组成，定子铁心是异步电动机磁路的一部分，一般由0.5毫米厚的硅钢片叠压而成，用压圈及扣片固紧，各片之间相互绝缘，以减少涡流损耗。定子绕组是由带有绝缘的铝导线或铜导线绕制而成的，小型电机采用散下线圈或称软绕组，大中型电机采用成型线圈，又称为硬绕组。1-2.转子的结构组成转子由转子铁心、转子绕组、转子支架、转轴和风扇等部分组成，转子铁心和定子铁心一样，也是由0.5毫米硅钢片叠压而成。鼠笼型转子的绕组是由安放在转子铁心槽内的裸导条和两端的环形端环连接而成，如果去掉转子铁心，绕组的形状象一个笼子；绕线型转子的绕组与定子绕组相似，做成三相绕组，在内部星型或三角型。-9-1-3.工作原理当定子绕组接至三相对称电源时，流入定子绕组的三相对称电流，在气隙内产生一个以同步转速n1旋转的定子旋转磁场，设旋转磁场的转向为逆时针，当旋转磁场的磁力线切割转子导体时，将在导体内产生感应电动势e2，电动势的方向根据右手定则确定。N极下的电动势方向用表示，S极下的电动势用表示，转子电流的有功分量i2a与e2同相位，所以和既表示电动势的方向，又表示电流有功分量的方向。转子电流有功分量与气隙旋转磁场相互作用产生电磁力fem,根据左手定则，在N极下的所有电流方向为的导体和在S极下所有电流流向为的导体均产生沿着逆时针方向的切向电磁力fem,在该电磁力作用下，使转子受到了逆时针方向的电磁转矩Mem的驱动作用，转子将沿着旋转磁场相同的方向转动。驱动转子的电磁转矩与转子轴端拖动的生产机械的制动转矩相平衡，转子将以恒速n拖动生产机械稳定运行，从而实现了电能与机械能之间的能量转换，这就是异步电动机的基本工作原理。二．异步电动机存在的缺点2-1.笼型感应电动机存在下列三个主要缺点。（1）起动转矩不大，难以满足带负载起动的需要。当前社会上解决该问题的多数办法是提高电动机的功率容量（即增容）来提高其起动转矩，这就造成严重的“大马拉小车”，既增加购买设备的投资，又在长期的应用中因处于低负荷运行而浪费大量电量，很不经济。第二种办法是增购液力偶合器，先让电动机空载起动，在由液力偶合器驱动负载。这种办法同样要增加添购设备的投资，并因液力偶合器的效率低于97%，因此至少浪费3%的电能，因而整个驱动装置的效率很低，同样浪费电量，更何况添加液力偶合器之后，机组的运行可靠性大大下降，显著增加维护困难，因此不是一个好办法。（2）大转矩不大，用于驱动经常出现短时过负荷的负载，如矿山所用破碎机等时，往往停转而烧坏电动机。以致只能在轻载状况下运行，既降低了产量又浪费电能。-10-（3）起动电流很大，增加了所需供电变压器的容量，从而增加大量投资。另一办法是采用降压起动来降低起动电流，同样要增加添购降压装置的投资，并且使本来就不好的起动特性进一步恶化。2-2.绕线型感应电动机绕线性感应电动机正常运行时，三相绕组通过集电环短路。起动时，为减小起动电流，转子中可以串入起动电阻，转子串入适当的电阻，不仅可以减小起动电流，而且由于转子功率因数和转子电流有功分量增大，起动转矩也可增大。这种电动机还可通过改变外串电阻调速。绕线型电动机虽起动特性和运行特性兼优，但仍存在下列缺点：（1）由于转子上有集电环和电刷，不仅增加制造成本，并且降低了起动和运行的可靠性，集电环和电刷之间的滑动接触，是这种电动机发生故障的主要原因。特别是集电环与电刷之间会产生火花，使传统绕线型电动机在矿山、井下、石油、华工等防爆要求的场所，对于灰土、粉尘浓度很高的地方，也不敢使用，这就限制了其应用范围。（2）当前的传统绕线型电动机为了提高可靠性，多数不提刷，因此运行时存在下列电能浪费：集电环和电刷间的摩擦损耗和接触电阻上的电损耗，电刷至控制柜短路开关间三根电缆的电损耗，若电动机与控制柜之间距离很长，则该损耗将非常严重。并且由于集电环与电刷产生碳粉、电火花和噪声，长期污染周围环境，损害管理人员和周围居民健康。（3）传统绕线型电动机的起动转矩比笼型电动机的有所提高，但仍往往不能满足满载起动的需要，以至仍然需要增容而形成“大马拉小车”。上述传统感应电动机存在的严重缺点的根本原因在于“起动”、“运行”和“可靠性”三者之间存在难以调和的矛盾，因此势必顾此失彼，不可兼优。三．电机主要尺寸比的选择及一般方法3-1.主要尺寸比的选择在选定线负荷A和气隙磁密B后，由式AdpNmpefCABKKPnlD1.62-11-即可确定电机的D2lef。但D2lef相同的电机，可以设计的细长，也可以设计的粗短。为了反映电机这种几何形状关系，通常采用主要尺寸比efl这一概念。的大小与电机的运行性能、经济性、工艺性等均有密切关系或对它们产生一定影响。现在分别说明不同类型电机的值的选择。eflD2若不变而较大：（1）电机将较细长，即efl较大而D较小。这样，绕组端部变得较短，端部的用铜(铝)量相应减少，当仍在正常范围内时，可提高绕组铜(铝)的利用率。端盖，轴承，刷架，换向器和绕组支架等结构部件的尺寸较小，重量较轻。因此，单位功率的材料消耗较少，成本较低。（2）今电机的体积未变，因而铁的重量不变，在同一磁密下基本铁耗也不变。但附加铁耗有所降低，机械损耗则因直径变小而减小。再考虑到电流密度一定时，端部铜(铝)耗将减小，因此，电机中总损耗下降，效率提高。（3）由于绕