Y160M-6電機(jī)的設(shè)計(jì).doc

一籠型三相異步電動機(jī)基本運(yùn)行原理1.1相旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生 三相異步電動機(jī)的定子繞組由3個獨(dú)立的相繞組組成。當(dāng)繞組中通以三相交流電時，電動機(jī)內(nèi)部就產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。異步電動機(jī)由靜止變化到轉(zhuǎn)動，它的根據(jù)就在于電動機(jī)內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生，繞組中通以三相交流電則是產(chǎn)生這個變化的條件。AYBZXC 現(xiàn)在我們來詳細(xì)的講解三相旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生原理以及它與轉(zhuǎn)速有什么關(guān)系。設(shè)一只6槽2極三相異步電動機(jī)。定子繞組的三個相線圈接在三相電網(wǎng)上,在 0，/2、3/2、2五個瞬間，電流情況分別是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/2 我們規(guī)定，定子每相繞組電流自“頭”（U1，V1 ,W1）流入為正，自“尾”（U2，V2，W2）流入為負(fù)。同時以 “”號代表流入紙面方向，“.”號表示流出紙面方向。應(yīng)用前面所敘述的，可確定三相定子繞組于0，/2，3/2，2五個瞬間所產(chǎn)生的合成磁場。繞組中通以三相電流,電動機(jī)內(nèi)部就會產(chǎn)生一個幅值不變的旋轉(zhuǎn)磁場.這磁場沿氣隙圓周基本上是按正弦波分布的,幅值不變指的是旋轉(zhuǎn)時磁場正弦波振幅不變。而電流在時間上變化半周,磁場在電機(jī)內(nèi)部空間正好轉(zhuǎn)過半個圓周.對于2極電機(jī),半個圓周正好正好是一個極距(沿電機(jī)氣隙圓周量得的相鄰兩極中心的距離叫極距,以符號表示).因此,電流變化一周,磁場正好轉(zhuǎn)過2個極距;電流每秒變化f周,磁場每秒即轉(zhuǎn)過2f個極距.考慮到2極電機(jī)一個圓周等于2個極距,所以2極電動機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n1為n1=2f/2(轉(zhuǎn)/秒) 或n1=120f/2(轉(zhuǎn)/分) 從普通情形來看,如果以P表示電機(jī)的極對數(shù),則電機(jī)空間一個圓周將等于2P(極數(shù))個極距.因此,旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速N的普遍公式是:n1=120f/2p=60f/2p(轉(zhuǎn)/分) 通常N叫做電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速.以交流電頻率f=50赫(周/秒)代入,得2,4,6,8,10極異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速分別是3000,1500,1000,750,600轉(zhuǎn)/分。1.2轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生及其大小 在一個2極旋轉(zhuǎn)磁場以反時針方向轉(zhuǎn)動.籠型轉(zhuǎn)子處于磁場內(nèi),每根導(dǎo)條(銅或鋁制成)必然會切割磁力線而產(chǎn)生磁感應(yīng)電勢,從而產(chǎn)生電流。感應(yīng)電流的方向可以用右手螺旋定則確定。 轉(zhuǎn)子導(dǎo)條既然帶有電流,又處于磁場中，必然要受到力的作用。力的方向可以用左右定則確定。異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩就是由全部導(dǎo)條所受作用力的總和產(chǎn)生的。這個轉(zhuǎn)矩將驅(qū)使轉(zhuǎn)子跟著旋轉(zhuǎn)磁場按同一方向轉(zhuǎn)動。由于這個道理,就很容易想到,電機(jī)氣隙圓周上產(chǎn)生的全部磁通越大,轉(zhuǎn)矩必然越大;轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生力的作用的全部導(dǎo)條電流越大,轉(zhuǎn)矩必然越大。 我們以M表示電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩,表示每極磁通量,m2表示轉(zhuǎn)子繞組相數(shù),w2表示轉(zhuǎn)子繞組每相串聯(lián)匝數(shù),I2表示導(dǎo)條電流,Kdy2表示轉(zhuǎn)子繞組系數(shù).則有如下關(guān)系: M=pm2w2I2Kdy2 式中, m2w2I2Kdy2為轉(zhuǎn)子全部導(dǎo)條電流的有效匝數(shù).符號“”表示正比的意思。 實(shí)際上由于漏磁通的影響,轉(zhuǎn)子電流并不能全都起力的作用。計(jì)算產(chǎn)生力作用的轉(zhuǎn)子電流即轉(zhuǎn)子電流的有功分量時應(yīng)乘桑一個小于1的因數(shù)COS 2 (稱為轉(zhuǎn)子功率因數(shù)).再算入比例系數(shù) ,即得到以下關(guān)系:M=pm2w2I2Kdy2上式中，m2,w2, Kdy2都是轉(zhuǎn)子繞組的參數(shù)。實(shí)際改繞時我們饒的是定子繞組,它也有相應(yīng)的參數(shù)m1,w1, Kdy2。由于電動機(jī)內(nèi)部定,轉(zhuǎn)子電流及其繞組參數(shù)在數(shù)量上有一定聯(lián)系,因此可把上式中m2,w2, Kdy2用m1,w1, Kdy2代替。不過由于代替后m1和w2, Kdy2數(shù)量上的不同,I2在數(shù)量上也要作一定變動。若以I2表示變動后的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條電流,我們就可以得到最后的關(guān)系式:M=pm2w2I2Kdy2二三相籠型感應(yīng)電動機(jī)電磁設(shè)計(jì)2.1主要尺寸和氣隙的確定主要尺寸和計(jì)算功率定子鐵心內(nèi)徑Di1及有效長度lef是感應(yīng)電機(jī)的主要尺寸。在前面已經(jīng)導(dǎo)出決定電機(jī)主要尺寸的基本關(guān)系式= (2.1)其中感應(yīng)電動機(jī)的計(jì)算功率P為 = 由于感應(yīng)電動機(jī)的額定功率為 = (2.2)比較上式，則有 = (2.3)其中，E1/UN為感應(yīng)電動機(jī)定子繞組“滿載電動勢”的標(biāo)么值。由感應(yīng)電機(jī)的基本方程可知 UN=-E1+I1Z1=-E1+(I1P+I1Q)(R1+jXa1)=-E1+I1PR1+jXa1Ip+I1q+j1qXaq其中，I1P、I1Q為定子電流的有功分量和無功分量。 在一般情況下，相量圖（見圖1）所示的UN與E1兩相量間的夾角a0,因此，可以近似地認(rèn)為定子繞組滿載相電動勢E1和外施相電壓UN之間存在著下列關(guān)系：E1UN-(I1PR1+I1qXa1)兩邊除以UN，得KB= 1-L (2.4)式中，L=(I1PR1+I1QXa1)，即等于定子繞組的漏阻抗壓降標(biāo)么值，而(1-L)則等于滿載電動勢的標(biāo)么值，稱為電動勢系數(shù)。將式(2.4)代入(2.3)，則有=(1-) (2.5)式中效率和功率因數(shù)cos可取設(shè)計(jì)任務(wù)書中規(guī)定的數(shù)據(jù)。但是在電機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算之前，定子繞組的電阻和阻抗均為未知數(shù)，因而（1-L）還不能按式(2.4)算出，此時可假定一個(1-L) 值，它隨功率增大或極數(shù)減少而略有增大，可用下列經(jīng)驗(yàn)公式先作估算：2極小型電機(jī) 1-L=0.92+0.00866lnPN 非2極小型電機(jī) 1-L=0.931+0.0108lnPN-0.013p 中型電機(jī) 1-L =0.892+0.0109lnPN-0.01p上列3式中，額定輸出功率的單位為KW，p為極對數(shù)。2.2 電磁負(fù)荷的選擇式（2.1）中。P可由式（2.5）求出aP、KNM、Kdp等各量一般只在較小的范圍內(nèi)變化，因而對功率和轉(zhuǎn)速一定的電機(jī)，其主要尺寸Di1和lef基本上將由電磁負(fù)荷A和B值的大小來決定。電磁負(fù)荷對電機(jī)性能和經(jīng)濟(jì)性的影響在前面已做了詳細(xì)的分析。 磁化電流= 。每極磁勢FO主要來克服氣隙磁壓降Fd，也即Im主要決定于B，因而磁化電流的標(biāo)么值Im/IKW正比于B/A，選取較高的 B或較低的A，則X減小，電機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩將增加。設(shè)計(jì)感應(yīng)電機(jī)的時候，電磁負(fù)荷A和B值是根據(jù)制造和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)所積累的數(shù)據(jù)來選取的。對于中小型電動機(jī)通常取線負(fù)荷A在15103 A/m氣隙磁密B在05范圍內(nèi)；大型感應(yīng)電動機(jī)的A和B可略高。2.3 主要尺寸比的選擇在前面已經(jīng)對尺寸比做了詳細(xì)的介紹，同時給出了大致的數(shù)值范圍。對于中小型的感應(yīng)電機(jī)，定子外徑D1也是較重要的的尺寸。D1的確定要考慮硅鋼片的利用。根據(jù)我們目前生產(chǎn)的硅鋼片的規(guī)格，規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)外徑。 對于一定的極數(shù)，定子鐵心外徑D1 與內(nèi)徑Di1之間存在著一定的比例關(guān)系，表4-1列出了三相感應(yīng)電動機(jī)的Di1/D1值，比值的變動范圍一般在0.5 左右。2.4主要尺寸的確定 根據(jù)電機(jī)的計(jì)算功率P和轉(zhuǎn)速n，在充分考慮采用的材料、結(jié)構(gòu)、工藝等因素后，參考工廠實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，選擇電磁負(fù)荷A和B值，從公式(2.1)可算出Di1lef，并令它等于V(單位為m3)：=V式中KNM-氣隙磁場的波形系數(shù)，是有效值與平均值之比。在一般情況下，氣隙磁場的波形決定了電動勢的波形。因此有時也稱電勢波形系數(shù)。當(dāng)氣隙磁場波形為正弦波時，KNM=1.11；當(dāng)氣隙磁場波形因鐵心飽和而呈非正弦時，定子繞組中也感應(yīng)出非正弦的電勢，此時電勢有效值比于1.11 +1 （其中Kdp1、Kdp2為奇次諧波的繞組系數(shù)，B1、B2、B3.為奇次諧波磁密幅值，而平均值卻隨飽和而增加得較快，因而波形系數(shù)為下降曲線。A-計(jì)算極弧系數(shù)，是氣隙磁密平均值與其最大值之比，ap =，若電機(jī)鐵心不飽和，氣隙磁密分布呈正弦形時，ap=2/=0.637，考慮到一般電機(jī)鐵心稍有飽和，設(shè)計(jì)時ap可初步取為0.660.71。K-定子基波繞組系數(shù)，可根據(jù)選定的繞組型式、槽數(shù)和節(jié)距算出，在繞組設(shè)計(jì)前，對雙層短距繞組，可先假定Kdp1=0.92，對于單層繞組，可先假定Kdp1=0.96。其次，參考表2選擇適當(dāng)?shù)闹担騦 ef =Di1/2p ，則有 Di1lef=Di1=Di1/2p=V便可求出= (2.5)這是初步計(jì)算出的定子鐵心內(nèi)徑，參考表3的D比值算出D，再按照標(biāo)準(zhǔn)外徑調(diào)整Di1。最后，根據(jù)調(diào)整的Di1求出Lef =上面是確定電機(jī)尺寸的一般過程。在實(shí)際生產(chǎn)中，對于感應(yīng)電動機(jī)已積累了豐富的時間經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)時往往只需要參考同類型、相近規(guī)格電機(jī)的尺寸，針對所設(shè)計(jì)電機(jī)的材料、結(jié)構(gòu)、工藝特點(diǎn)等因素，直接初選其定子鐵心外徑、內(nèi)徑和長度，進(jìn)行核算調(diào)整，最后加以確定。2.5空氣隙的確定通常氣隙的選取盡可能的小，以降低空載電流，因?yàn)楦袘?yīng)電動機(jī)的功率因數(shù)cos 主要取決于空載電流。但是氣隙不能過小，否則除影響機(jī)械可靠性外，還會使諧波磁場及諧波漏抗增大，導(dǎo)致起動轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩減小，諧波轉(zhuǎn)矩和附加損耗增加，進(jìn)而造成較高溫升和較大噪聲。氣隙的數(shù)值基本上決定于定子內(nèi)徑、軸的直徑和軸承間的轉(zhuǎn)子長度。因?yàn)闄C(jī)座、端蓋、鐵心等在加工和裝配時都有一定偏差；而軸承的直徑和軸承間的距離決定了軸的撓度；定轉(zhuǎn)子裝配在一起后，定子鐵心內(nèi)圓和轉(zhuǎn)子外圓的不同心度決定了氣隙的不均勻度，其值對電機(jī)運(yùn)行性能有很大影響。三三相籠型感應(yīng)電動機(jī)電磁設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算1.1額定數(shù)據(jù)與技術(shù)要求：電機(jī)的型號 Y160M-6額定功率 PN=7.5千瓦額定頻率 fN =50赫額定電壓及接法 UN=380 伏 1-極對數(shù)： 2p=6相數(shù)： m=3功電流 = =6.58A效率： =86%功率因數(shù)： cos=0.78絕緣等級： B級最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù) 起動性能：起動電流倍數(shù) ,起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù) 主要尺寸及沖片定子外徑： D1=0.26m定子內(nèi)徑： Di1=0.18m鐵心長 l=0.145m氣隙： g=0.4mm轉(zhuǎn)子內(nèi)徑： Di2=d=0.06mm轉(zhuǎn)子外徑 D2=0.179mm 定子槽形采用斜肩園底梨形槽 轉(zhuǎn)子采用斜肩園底槽 確定主要尺寸滿載電勢標(biāo)么值 KB=0.0108InPN-0.013P+0.931=0.914定子的每級槽數(shù) Zp1=Z1/2p=36/6=6 Zp2=Z2/2p=33/6=5.5A取26000A/m B取0.67T ap=0.68 KNm=1.10 Kdp1=0.96氣隙的確定定子齒距t1=Di1 /Z1=0.0157m 轉(zhuǎn)子齒距t2=D2 /Z2=0.017m極距=Di1 /2p=0.0942m鐵心的有效長度 lef=V/(D1 D1)=0.144m 1.2數(shù)據(jù)計(jì)算1.2.1每相串聯(lián)導(dǎo)體數(shù) I1=Ikw/=9.81A = Di1A/m1=499 取并聯(lián)支路=1可得每槽導(dǎo)體數(shù)=41.6于是每線圈匝數(shù)為41 定子每相串聯(lián)匝數(shù)N1=/2=249.5 取249 1.2.2設(shè)計(jì)定子槽形 定子槽采用梨形槽初步取=1.4T得定子齒寬0.0079初步取=1.25T得定子軛部計(jì)算高度 =0.032 槽滿率槽面積 =0.000160有效槽面積=0.0000145.1槽滿率0.77符合標(biāo)準(zhǔn)繞組系數(shù) 0.9112 其中=30=0.9598轉(zhuǎn)子槽形與轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子導(dǎo)條電流 380 初步取轉(zhuǎn)子導(dǎo)電條電密=3.5A/ mm2 于是導(dǎo)電要截面積 = =108.6mm2 初步取=1.3T估算轉(zhuǎn)子齒寬=0.110m初步取=1.25T估算轉(zhuǎn)子軛部計(jì)算高度 0.0480m齒壁不平行的槽齒寬計(jì)算 =0.02076m導(dǎo)條截面積（轉(zhuǎn)子槽面積） =0.13175 估算端環(huán)電流 =665.6A 端環(huán)所需面積 =317 mm2JR=0.6JB=2.1A/mm21.2.3磁路計(jì)算計(jì)算滿載電勢 初設(shè)=0.927得 =.52.26V計(jì)算每極磁通 初設(shè)=1.15查得=1.0975 =0.00963Wb每極下齒部截面積 =0.006529 =0.083338定子軛部計(jì)算高度 =0.0258m 轉(zhuǎn)子軛部計(jì)算高度 =0.0268m 軛部磁導(dǎo)截面積 0.004411 0.004582一極下空氣隙截面積 =0.01356找出計(jì)算極弧系數(shù)=0.67求波幅系數(shù) =1.4706氣隙磁密計(jì)算 0.6797T對應(yīng)于氣隙磁密最大值處的定子齒部磁密=1.442T轉(zhuǎn)子齒部磁密 =1.312T找出對應(yīng)上述磁密的磁場強(qiáng)度 15.74A/cm 9.50A/cm有效氣隙長度 =0.00063m其中氣隙系數(shù)計(jì)算如下： =1.223m =1.027m=1.26齒部磁路計(jì)算長度 =0.0177m =0.0257m軛部磁路計(jì)算長度 =0.065m =0.227m計(jì)算氣隙磁壓降 =346.95齒部磁壓降 =26.6A =9.50A飽和系數(shù)計(jì)算 =1.1415與初設(shè)比較誤差為0.02%0.1%，合格。定子軛部磁密計(jì)算 =1.275T轉(zhuǎn)子軛部磁密 =1.235T查表得出對應(yīng)上述磁密的磁場強(qiáng)度=8.23A/cm， =7.30A/cm算軛部磁壓降其中軛部磁位降校正系數(shù)查表得出 =0.192 ，=1.257T于是=0.577=43.75A =0.198，=1.236T于是=0.445 =10.88A每極磁勢 =452.82A計(jì)算磁化電流 =6.026A磁化電流標(biāo)幺值 =1.717勵磁電抗計(jì)算 =97.251.2.4參數(shù)計(jì)算線圈平均半匝長定子節(jié)距=0.130其中節(jié)距比=0.0861直線部分長度=0.34m端部平均長=0.185m感應(yīng)電機(jī)定子繞組的漏抗 除以阻抗基值，可得定子漏抗標(biāo)幺值 式中=，為漏抗系數(shù) =0.01220計(jì)算定子槽比漏磁導(dǎo) =2.344其中=0.407，=0.765因?yàn)?，只在鐵心部分有槽漏抗，因而計(jì)算槽漏抗時要乘上 =0.6321考慮到飽和的影響定子諧波漏抗與分組的單層同心式繞組的相近可求出 =0.4257其中=0.0195，以=7.33查表得出轉(zhuǎn)子繞組端部漏抗標(biāo)幺值計(jì)算 =0.1039轉(zhuǎn)子斜槽漏抗計(jì)算 =0.2730轉(zhuǎn)子漏抗標(biāo)幺值 =1.999=0. 0243定轉(zhuǎn)子漏抗標(biāo)幺值之和 =0.0878定子繞組相電阻標(biāo)幺值 =0.009有效材料計(jì)算定子銅重量=8.93Kg其中C是考慮導(dǎo)線絕緣和引線重量系數(shù)，漆包圓銅線C=1.05；=8.9kg/是銅密度硅鋼片重量=81.27Kg其中=0.005m是沖剪余量；=7.8kg/是硅鋼片密度計(jì)算轉(zhuǎn)子電阻折算值其中是考慮鑄鋁轉(zhuǎn)子因疊片不整齊，造成槽面積減小，導(dǎo)條電阻增加，通常取=1.04=0.6835=0.0061=0.1857=0.0017其中=0.0434m是B級絕緣平均工作溫度75時鋁的電阻率。 =+=0.0078定子電流有功分量標(biāo)幺值計(jì)算 =1.1251轉(zhuǎn)子電流無功分量標(biāo)幺值計(jì)算 =0.2548其中系數(shù)=1+=1.0301定子電流無功分量標(biāo)幺值計(jì)算 =0.669滿載電勢標(biāo)幺值計(jì)算 =0.9277與磁路計(jì)算中（1）初設(shè)值誤差為0.07%計(jì)算空載電勢標(biāo)幺值=0.975假定飽和系數(shù)和波幅系數(shù)不邊，于是空載時定子齒部磁密和磁場強(qiáng)度 =1.524T； =22.52A/cm空載時轉(zhuǎn)子齒部磁密及磁場強(qiáng)度 =1.384T =11.86A/cm空載時定子軛部磁密及磁場強(qiáng)度 =1.338T； =10A/cm空載時轉(zhuǎn)子軛部磁密及磁場強(qiáng)度 =1.238T；=8.780A/cm空載氣隙磁密 =0.722T空載時定子齒部磁壓降=38.10A空載時轉(zhuǎn)子齒部磁壓降 =31.81A空載時定子軛部磁壓降 =49.23A空載時轉(zhuǎn)子軛部磁壓降 =12.09A空載時氣隙磁壓降 =363.68A空載時每極磁勢 =494.91A空載時磁化電流 =4.40A1.2.5工作性能計(jì)算（1）計(jì)算定子電流標(biāo)幺值 =1.307 =4.64（2）定子電流密度 =1.63A/（3）轉(zhuǎn)子電流標(biāo)幺值 =1.16682導(dǎo)條電流實(shí)際值 =161.37A端環(huán)電流實(shí)際值 =376.86A（4）轉(zhuǎn)子電流密度導(dǎo)條電密 =1.10A/端環(huán)電密 =0.78A/（5）定子銅損耗的標(biāo)幺值 =0.042 =0.168KW（6）轉(zhuǎn)子鋁損耗的標(biāo)幺值 =0.0298 =119.2W（7）負(fù)載時附加損耗按規(guī)定6極時=0.03 =120W（8）機(jī)械損耗 =45.6W =0.00114（9）鐵損耗定子軛部鐵損耗=224.5W按經(jīng)驗(yàn)取為2，軛部重量 =32.475kg，是軛部鐵損耗系數(shù)定子齒部鐵耗=105.3W按經(jīng)驗(yàn)取為2.5，齒部重量=7.815kg，是齒部鐵損耗系數(shù)于是全部鐵損耗=+=329.8W =0.08245（10）總損耗標(biāo)幺值 =0.2074（11）輸入功率標(biāo)幺值 =1+=1.2074（12）得=1-=82.82%誤差=0.01%0.5%（13）功率因數(shù) =0.773（14）額定轉(zhuǎn)差率=2.80%式中=00115（15）額定轉(zhuǎn)速 =1000r/min（16）最大轉(zhuǎn)差倍數(shù) =1.648起動性能計(jì)算（1）設(shè)起動電流 =18（2）起動時產(chǎn)生磁漏的定轉(zhuǎn)子槽磁勢平均值 =827.9由此磁勢產(chǎn)生的虛擬磁密=0.809T修正系數(shù)=0.9377（3）起動時漏抗飽和系數(shù)由表查出 =0.43， 1-=0.57（4）漏磁路飽和引起的定子齒頂寬度減小 =5.98m（5）漏磁路飽和引起的轉(zhuǎn)子齒頂寬度減小 =10.7 （6）起動時轉(zhuǎn)子槽比漏磁導(dǎo)計(jì)算 =0.9733其中=0.1978（7）起動時定子槽漏抗 =0.3487 （8）起動時定子諧波漏抗 =0.3538 （9）起動時定子漏抗 =0.416 （10）集膚效應(yīng)的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條相對高度 =1.9138其中=0.0284m是導(dǎo)條高（11）集膚效應(yīng)引起的電阻增加系數(shù)和漏抗減小系數(shù) =1.8， =0.778（12）起動時轉(zhuǎn)子槽比漏磁導(dǎo)的減小 =0.4563于是起動時轉(zhuǎn)子槽比漏磁導(dǎo) =1.7852（13）起動時轉(zhuǎn)子槽