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三相感应电机设计


北京交通大学

电机设计任务书
三相笼型感应电动机电磁设计及其运行性能的 有限元电磁场仿真计算

专业班级: 学生姓名: 学 号:



指导老师:

任务下达日期 2014 年 4 月 21 日 设计完成日期 2014 年 6 月 13 日
1
<

br /> 一、课程设计的性质与目的
《电机课程设计》的是电气工程及其自动化专业电机电器及其控制方向(本科) 、电 机制造(专科)专业的一个重要实践性教学环节,通过电机设计的学习及课程设计的训 练, 为今后从事电机设计工作、 维护的人才打下良好的基础。 电机设计课程设计的目的: 一是让学生在学完该课程后,对电机设计工作过程有一个全面的、系统的了解。另一个 是在设计过程培养学生分析问题、解决问题的能力,培养学生查阅表格、资料的能力, 训练学生的绘图和阅图能力,为今后从事电机设计技术工作打下坚实的基础。

二、设计内容
1.在查阅有关资料的基础上,确定电机主要尺寸、槽配合,定、转子槽形及槽形尺 寸。 2.确定定、转子绕组方案。 3.完成电机电磁设计计算方案。 4.画出定、转子冲片图。 5.完成说明书(16 开,计算机打印或课程设计纸手写,计算机打印需提供纸质计算 原稿) 6.对已经完成的电磁设计方案建立有限元模型, 利用 ANSOFT 软件进行运行性能的仿 真计算,给出性能分析图表等。

三、课程设计的基本要求
1.求每位同学独立完成一种型号规格电机的全部电磁方案计算过程,并根据所算结 果绘出定、转子冲片图。 2.要求计算准确,绘出图形正确、整洁。 3.要求学生在设计过程中能正确查阅有关资料、图表及公式。

四、题目(算例):Y132M-4 额定数据与性能指标
1、电机型号 Y132M -4 3、额定频率 fN =50 赫 5、极数 2P=4 7、力能指标:效率? ? 0.853 0.87 2、额定功率 PN=7.5 千瓦 4、额定电压及接法 UN=380 伏 Δ 6、绝缘等级 B 8、功率因数 cos ? ? o.84 0.85

2

? 9、最大转矩倍数 TM ? 2.2 ? ? 10、起动性能:起动电流倍数 I st ? 7 ,起动转矩倍数 Tst ? 2.2

五、设计题目 题目 1: Y132M1-6
额定数据与性能指标 PN=4 千瓦

1、电机型号 Y132M1 -6 3、额定频率 fN =50 赫 5、极数 2P=6

2、额定功率

4、额定电压及接法 UN=380 伏 1-Δ 6、绝缘等级 B 8、功率因数 cos ? ? o.77

7、力能指标:效率? ? 0.84
? 9、最大转矩倍数 TM ? 2.0

? ? 起动性能:起动电流倍数 I st ? 6.5 ,起动转矩倍数 Tst ? 2.0

主要尺寸
Z D1 ? 0 . 2m 1 Di1 ? 0.148m l ? 0.14m ? ? 0.35mm Di 2 ? d ? 0.048m ; 1 Z ? 36 33
2

定子槽形采用斜肩园底梨形槽:

b01 ? 3.5mm h01 ? 0.8mm bs1 ? 6.8mm , ?1 ? 30o rs1 ? 4.4mm
转子采用斜肩平底槽:

hs1 1? hs 1 ? 5 2 1 1 .mm

b02 ? 1mm h02 ? 1mm bs 21 ? 6.5mm bs 22 ? 2.6mm ?2 ? 300 hs 21 ? hs 22 ? 20mm

题目 2:Y132M2-6 额定数据与性能指标
1、电机型号 Y132M2 -6 3、额定频率 fN =50 赫 5、极数 2P=6 2、额定功率 PN=5.5 千瓦 4、额定电压及接法 UN=380 伏 1-Δ 6、绝缘等级 B 8、功率因数 cos ? ? o.78

7、力能指标:效率? ? 0.853
? 9、最大转矩倍数 TM ? 2.0

? ? 起动性能:起动电流倍数 I st ? 6.5 ,起动转矩倍数 Tst ? 2.0

主要尺寸

3

Z D1 ? 0 . 2m 1 Di1 ? 0.148m l ? 0.18m ? ? 0.35mm Di 2 ? d ? 0.048m ; 1 Z ? 36 33
2

定子槽形采用斜肩园底梨形槽:

b01 ? 3.5mm h01 ? 0.8mm bs1 ? 6.8mm ?1 ? 30o rs1 ? 4.4mm
转子采用斜肩平底槽:

hs1 1? hs 1 ? 5 ; 2 1 1 .mm

b02 ? 1mm h02 ? 1mm bs 21 ? 6.5mm bs 22 ? 2.6mm ?2 ? 300 hs 21 ? hs 22 ? 20mm

题目 3:Y132M-4 额定数据与性能指标
1、电机型号 Y132M -4 3、额定频率 fN =50 赫 5、极数 2P=4 2、额定功率 PN=7.5 千瓦 4、额定电压及接法 UN=380 伏 1-Δ 6、绝缘等级 B 8、功率因数 cos ? ? o.85

7、力能指标:效率? ? 0.87
? 9、最大转矩倍数 TM ? 2.2

? ? 起动性能:起动电流倍数 I st ? 7 ,起动转矩倍数 Tst ? 2.2

主要尺寸
Z D1 ? 0 . 2m 1 Di1 ? 0.136m l ? 0.16m ? ? 0.4mm Di 2 ? d ? 0.048m ; 1 Z ? 36 32
2

定子槽形采用斜肩园底梨形槽:

b01 ? 3.5mm h01 ? 0.5mm bs1 ? 6.7mm ?1 ? 30o rs1 ? 4.4mm
采用斜肩平底槽:

hs1 1? hs 1 ? 5 2 1 4 .mm

转子

b02 ? 1mm h02 ? 1mm bs 21 ? 5.5mm bs 22 ? 3mm ?2 ? 300 hs 21 ? hs 22 ? 25mm

题目 4:Y132S-4

额定数据与性能指标 2、额定功率 PN=5.5 千瓦

1、电机型号 Y132S -4 3、额定频率 fN =50 赫 5、极数 2P=4

4、额定电压及接法 UN=380 伏 1-Δ 6、绝缘等级 B 8、功率因数 cos ? ? o.84

7、力能指标:效率? ? 0.853
? 9、最大转矩倍数 TM ? 2.2

? ? 起动性能:起动电流倍数 I st ? 7 ,起动转矩倍数 Tst ? 2.2

4

主要尺寸

D1 ? 0 . 2m 1

Di1 ? 0.136m

l ? 0.115m

? ? 0.4mm

Di 2 ? d ? 0.048m ;

Z1

Z2

? 36

32

定子槽形采用斜肩园底梨形槽:

b01 ? 3.5mm h01 ? 0.8mm bs1 ? 6.7mm ?1 ? 30o rs1 ? 4.4mm
转子采用斜肩平底槽:

hs1 1? hs 1 ? 5 2 1 4 .mm

b02 ? 1mm h02 ? 0.5mm bs 21 ? 5.5mm bs 22 ? 3mm ?2 ? 300 hs 21 ? hs 22 ? 25mm

题目 5:Y160M1-8
1、电机型号 Y160M1 -8 3、额定频率 fN =50 赫 5、极数 2P=8

额定数据与性能指标 2、额定功率 PN=4 千瓦

4、额定电压及接法 UN=380 伏 1-Δ 6、绝缘等级 B 8、功率因数 cos ? ? o.72

7、力能指标:效率? ? 0.84
? 9、最大转矩倍数 TM ? 2.0

? ? 起动性能:起动电流倍数 I st ? 6.0 ,起动转矩倍数 Tst ? 2.0

主要尺寸
Z D1 ? 0 . 2m 6 Di1 ? 0.18m l ? 0.11m ? ? 0.4mm Di 2 ? d ? 0.06m ; 1 Z ? 48 44
2

定子槽形采用斜肩园底梨形槽:

b01 ? 3.2mm h01 ? 0.8mm bs1 ? 5.3mm ?1 ? 30o rs1 ? 3.85mm
转子采用斜肩平底槽:

hs1 1? hs 1 ? 6 2 1 8 .mm

b02 ? 1mm h02 ? 0.5mm bs 21 ? 5.2mm bs 22 ? 2.2mm ?2 ? 300 hs 21 ? hs 22 ? 19mm

题目 6:Y160M2-8
1、电机型号 Y160M2 -8 3、额定频率 fN =50 赫 5、极数 2P=8

额定数据与性能指标 2、额定功率 PN=5.5 千瓦

4、额定电压及接法 UN=380 伏 1-Δ 6、绝缘等级 B 8、功率因数 cos ? ? o.74

7、力能指标:效率? ? 0.85
? 9、最大转矩倍数 TM ? 2.0

5

? ? 起动性能:起动电流倍数 I st ? 6.0 ,起动转矩倍数 Tst ? 2.0

主要尺寸
Z D1 ? 0 . 2m 6 Di1 ? 0.18m l ? 0.145m ? ? 0.4mm Di 2 ? d ? 0.06m ; 1 Z ? 48 44
2

定子槽形采用斜肩园底梨形槽:

b01 ? 3.2mm h01 ? 0.8mm bs1 ? 5.3mm ?1 ? 30o rs1 ? 3.85mm
采用斜肩平底槽:

hs1 1? hs 1 ? 6 2 1 8 .mm

转子

b02 ? 1mm h02 ? 0.5mm bs 21 ? 5.2mm bs 22 ? 2.2mm ?2 ? 300 hs 21 ? hs 22 ? 19mm

题目 7:Y160M-6 额定数据与性能指标
1、电机型号 Y160M -6 3、额定频率 fN =50 赫 5、极数 2P=6 2、额定功率 PN=7.5 千瓦 4、额定电压及接法 UN=380 伏 1-Δ 6、绝缘等级 B 8、功率因数 cos ? ? o.78

7、力能指标:效率? ? 0.86
? 9、最大转矩倍数 TM ? 2.0

? ? 起动性能:起动电流倍数 I st ? 6.5 ,起动转矩倍数 Tst ? 2.0

主要尺寸
Z D1 ? 0 . 2m 6 Di1 ? 0.18m l ? 0.145m ? ? 0.4mm Di 2 ? d ? 0.06m ; 1 Z ? 36 33
2

定子槽形采用斜肩园底梨形槽:

b01 ? 3.8mm h01 ? 0.8mm bs1 ? 7.4mm ?1 ? 30o rs1 ? 5.1mm
转子采用斜肩园底槽:

hs1 1? hs 1 ? 2 16mm

b02 ? 1mm h02 ? 0.5mm bs 2 ? 4.2mm rs 2 ? 2.1mm ?2 ? 300 hs 21 ? hs 22 ? 25mm

题目 8:Y160L-6
1、电机型号 Y160L -6 3、额定频率 fN =50 赫 5、极数 2P=6

额定数据与性能指标 2、额定功率 PN=11 千瓦

4、额定电压及接法 UN=380 伏 1-Δ 6、绝缘等级 B 8、功率因数 cos ? ? o.78

7、力能指标:效率? ? 0.87

6

? 9、最大转矩倍数 TM ? 2.0 ? ? 起动性能:起动电流倍数 I st ? 6.5 ,起动转矩倍数 Tst ? 2.0

主要尺寸
Z D1 ? 0 . 2m 6 Di1 ? 0.18m l ? 0.195m ? ? 0.4mm Di 2 ? d ? 0.06m ; 1 Z ? 36 33
2

定子槽形采用斜肩园底梨形槽:

b01 ? 3.8mm h01 ? 0.8mm bs1 ? 7.4mm ?1 ? 30o rs1 ? 5.1mm
转子采用斜肩园底槽:

hs1 1? hs 1 ? 2 16mm

b02 ? 1mm h02 ? 0.5mm bs 2 ? 4.2mm rs 2 ? 2.1mm ?2 ? 300 hs 21 ? hs 22 ? 25mm

说明书格式
1.课程设计封面; 2.课程设计任务书; 3.三相感应电动机电磁设计特点及设计思想; 4.三相感应电动机定、转子绕组方案; 5.电磁设计设计单; 6.定、转子冲片图; 7.总结与体会;

参 考 文 献
1.《电机设计》, 陈世坤, 第二版 2.《中小型电机设计手册》 ,上海电器科学研究所《中小型电机设计手册》编写组,机 械工业出版社.1994 年 3.《小型三相异步电动机技术手册》 ,季杏法主编,机械工业出版社 1987 4.《电机设计》 ,李隆年主编,清华大学出版社 5.《电机学》 ,汤蕴璆主编,机械工业出版社

算 例
7

(一)额定数据和主要尺寸:
1. 额定功率: Pn ? 5.5KW 2. 额定电压: U N ? U N? ? 380 V ( ? 接) 3. 功电流: I kW ?

PN 5.5 ? 103 ? A ? 4.82A mU N? 3 ? 380

4. 效率:? ' ? 0.853 5. 功率因素: cos ? ' ? 0.78 6. 极对数: p ? 3 7. 定转子槽数 每相每极槽数取整数 q1 ? 3 则 Z 1 ? 2mpq 1 ? 2 ? 3 ? 3 ? 3 ? 36

Z 2 ? 33 并采用斜肩平底槽
8. 定转子每极槽数

Z p1 ? Z p2 ?

Z 1 36 ? ?6 2p 6 Z 2 33 ? ?5 2p 6

9.确定电机电机主要尺寸 主要尺寸来确定 Di l 和 lef

K E' ? 0.0108 ln PN ? 0.013 p ? 0.931
? 0.0108 ln 5.5 ? 0.013 ? 2 ? 0.931 ? 0.923

计算功率

8

P ' ? K E'

PN ? cos ? '
'

? 0.923 ? ? 7.63KW

5.5 ? 103 0.853 ? 0.78

' ' 初 选 a 'p ? 0.68 , K Nm 1.095 , K dp ? 0.96 可 取 A ' ? 25600A m , 取 B?' ? 0.67T , 假 定 1

n ' ? 1440r

。 m in

V? ?

6.1 1 p' ? ? ' ' a 'p K Nm K dp A' B?' n ' 1 6.1 1 9.4 ? 103 ? ? 0.68 ? 1.095? 0.96 25600? 0.67 1440

? 0.00324 m3

取 ? ? 1 .5
' 3 则 Dil

2p V ? ??

3

6 ? 0.00324 m ? 0.148 m 1.5 ? ?

按定子内外径比求出定子冲片外径
D1' ? Di?1 0.141 ? ? 0.2203 m Di1 / D 0.64

取 D1 ? 0.21m

Di1 ? D1 ? (Di1 D ) ? 0.21 / 0.6 ? 0.148m
铁心的有效长度: lef ? 取铁心长 li ? 0.150 m 10.气隙的确定

V 0.00324 ? ? 0.148 m 2 Di1 0.148 2

? ? 0.3(0.4 ? 7 D i1li ) ? 10 ?3
? 0.3 ? (0.4 ? 7 0.141 ? 0.160 ) ? 10 ?3 m ? 0.35 ? 10 ? 3 m

9

于是铁心有效长度 lef ? li ? 2? ? (0.150 ? 2 ? 0.00035 )m ? 0.151m 转子外径 D 2 ? Di1 ? 2? ? (0.148 ? 2 ? 0.00035 )m ? 0.147m 转子内径先按转轴直径: Di 2 ? 0.048m 11.极距

? ?

?D i1 ? ? 0.148 ? ? 0.079 m 2p 6
?Di1 ? ? 0.148 ? ? 0.0 1 2 m 9 Z1 36

12.定子齿距 t1 ?

转子齿距 t2 ?

?D 2 ? ? 0.147 ? ? 0.0 1 4 m 0 Z2 33

13.定子绕组采用单层绕组,交叉式,节距 1-9,2-10,11-12 14.为了削弱齿谐波磁场的影响,转子采用斜槽,一般斜一个定子齿距 t1 ,于是转子斜 槽宽 bsk ? 0.0090 m 15.设计定子绕组 并联支路 a1 ? 1 .每槽导体数 N s1 ? 32 16.每相串联匝数

N ?1 ?

N s 1Z 1 32 ? 36 ? ? 384 m 1a1 3?1

每相串联匝数

N1 ?

N ?1 384 ? ? 192 2 2

17.绕组线规设计 初选定子电密 J1' ? 4.0 A mm2 ,计算导线并绕根数和每根导线截面积的乘积。

I 1' 12.52 N A ? ? ? 3.13mm 2 ' a1J 1 1 ? 4.0
' i1 c1

其中定子电流初步估计值

I 1' ?

I KW 8.33 ? ? 12.52A ' 0.853 ? 0.78 ? cos ?
'

选用截面积相近的铜线:高强度漆包线,并绕根数 N i1 ? 2 ,线径 d1 ? 1.18mm ,绝缘后 直径 d ? 1.25mm ,截面积 Ac' 1 ? 1.0936 mm2 , Ni1 Ac' 1 ? 2.1872 mm2
10

18. 设计定子槽形

bi1 min ?

?[D i1 ? 2(h01 ? hs 11 )] ? b1 Z1
?

?[0.148 ? 2 ? (0.8 ? 0.924 ) ? 10 ?3 ] ? 6.8 ? 10 ? 3 48

? 3.1 ? 10 ? 3 m
bi1min ? [D i1 ? 2(h 01 ? h 22 )]π ? 2r1 Z1 ? π [0.148 ? 2 ? (0.8 ? 14.5) ? 10 ? 3 ] ? 2 ? 4.4 ? 10 ? 3 48

? 2.89 ? 10 ? 3 m

取 bi1 ? 3.00 ? 10?3 m 19. 槽在面积

As ?

2r1 ? bs 1 ' ?r 2 (hs 2 ? h ) ? 1 2 2 2 ? 4.4 ? 6.8 ? ? 4. 4 2 ? ? (14.5 ? 0.5) ? 2 2 ? 38.2 ? 10 ? 6 m ? 2

按 槽 绝 缘 采 用 DMDM 复 合 绝 缘 ,

? i ? 0.3mm,槽楔为 h ? 0.5mm ,复合板,槽绝缘占面积。
Ai ? ? i (2h12 ? ?ri ) ? 0.0003? (2 ? 0.0145? ? ? 0.0044) ? 12.8 ? 10?6 m 2

槽满率 S f ?

N i1 N s1d 2 2 ? 32 ? 1.252 ? ? 79.4% Aef 126.1

20. 绕组系数 K p1 ? 1

K d1

qa 3 ? 30 sin 2 ? 2 ? 1.2879 ? a 30 q sin 3 sin 2 2
sin

11

其中 a ? p

2? 3 ? 360 ? ? ? 30 Z1 36

K dp 1 ? K d 1K p1 ? 1 ? 1.2879 ? 1.2879
每相有效串联导体数

N ?1 ? K dp 1N ?1 ? 384 ? 1.2879 ? 495
21.设计转子槽形与转子绕组 预计转子导条电流:

I 2' ? k1I 1'

3N ?1kdp 1 3 ? 495 ? 0.90 ? 8.90 ? A ? 360.45A Z2 33

其中 k1 ? 0.90由资料查出。
' 初步取转子导条电密 J b ? 3.5 A mm2 ,

于是导条的截面积: AB' ?
bi 2 max ? ?

I 2' 360.45 2 ? mm ? 102.99mm 2 ' 3 . 5 JB

[ D2 ? 2(hs 21 ? hs 02 )]? ? bs 21 Z2 [0.14 ? 2 ? (1.30 ? 0.5) ? 10?3 ]? ? 5.5 ? 10?3 m 32

? 7.89 ? 10?3 m
[ D ? 2(hs 21 ? hs 02 ? hs 22 )]? ? 2 ? bs 22 Z2 ? [0.14 ? 2 ? (23 ? 0.5) ? 10?3 ]? ? 3 ? 10?3 m 32

bi 2 min

1 bi 2 ? bi 21 ? bi 2 max ? (bi 2 max ? bi 2 min ) 3 3 1 ? 6.13? 10?3 ? (7.89 ? 10?3 ? 6.13? 10?3 )m 3 ? 6.72 ? 10?3 m

? 6.13? 10?3 m

导条截面积(转子槽面积)

AB ? (

b02 ? bs12 b ? bs 22 )hs12 ? ( s12 )hs 22 2 2 1 ? 55 3 ? 55 ?( ) ? 1.30 ? ( ) ? (23 ? 1.30)m 2 2 2 ? 96.45 ? 10?6 m 2

12

估计端环电流
' ' IR ? I2

Z2 32 ? 245.64 ? A ? 625.5 A 2?p 4?

端环所需面积
' AR ? ' IR 625.5 ? m m2 ? 297.9m m2 ' JR 2.1

' ' 其中 端环电密 J R ? 0.6 J B ? 2.1 A mm2 得端环所需面积为 AR ? 250?10?6 m2

(二)磁路计算
22. 满载电势
' ' 初设 k E ? (1 ? ? L ) ? 0.940

' E1 ? (1 ? ? L )U N? ? 0.940? 380 V ? 357.2V

23. 每极磁通 初设 ks' ? 1.25 由图 3-5 查得 k Nm ? 1.090
?? ? E1 4k Nm k dp1 fN1 357.2 Wb 4 ? 1.090? 0.9598? 50 ? 192

? 0.00889 Wb

为计算磁路各部分磁密,需先计算磁路中各部分的磁导截面 24. 每极下齿部截面积

Ai1 ? kFelibi1Z p1 ? 0.95? 0.160? 6.04?10?3 ? 9 ? 8.26?10?3 m2 Ai 2 ? kFelibi 2 Z p2 ? 0.95? 0.160? 6.72?10?3 ? 8 ? 8.17?10?3 m2
25. 定子轭部高度

13

h 'j1 ?

D1 ? Di 2 r ? hs 2 ? s1 2 3 0.22 ? 0.141 4.4 ? ? (0.8 ? 14.5 ? 4.4) ? 10?3 ? ? 10?3 m 2 3 ? 19.3 ? 10?3 m
转子轭部高度
h 'j 2 ? D2 ? Di 2 0.140 ? 0.048 ? hs 2 ? ? (23 ? 0.5) ? 10 ?3 ? 22.5 ? 10 ?3 m 2 2

轭部导磁截面积

Aj1 ? kFeli h'j1 ? 0.95? 0.160?19.3 ?10?3 m2 ? 2.934?10?3 m2 Aj 2 ? kFeli h'j 2 ? 0.95? 0.160? 22.5 ?10?3 m2 ? 3.42?10?3 m2
26. 一极下空气隙截面积

A? ? ?lef ? 0.111? 0.163m2 ? 0.01809 m2
27. 波幅系数

Fs ?
28.
B? ?

B? 1 1 ? ' ? ? 1.47 B?av a p 0.68

气隙磁密计算
Fs? 1.47 ? 0.00889 ? T ? 0.722T A? 0.01809

29.
Bi1 ?

定子齿部磁密:
Fs? 1.47 ? 0.00889 ? T ? 1.561 T Ai1 8.26 ? 10?3

30. 转子齿部磁密
Bi 2 ? Fs? 1.47 ? 0.00889 ? T ? 1.578 T Ai 2 8.17 ? 10?3

31. 从 D23 磁化曲线找出对应上述磁密的磁场强度:

Hi1 ? 32.6 A cm
32. 有效气隙长度

Hi 2 ? 37.8 A cm

? ef ? k? ? ? 1.025? 0.4 ?10?3 m ? 0.41?10?3 m
14

其中气隙系数为
k? 1 ? ? t1 (4.4? ? 0.75b01 ) 2 t1 (4.4? ? 0.75b01 ) ? b01 0.0123? (4.4 ? 0.4 ? 10?3 ? 0.75? 3.5 ? 10?3 ) 0.0123? (4.4 ? 0.4 ?10?3 ? 0.75? 3.5 ?10?3 ) ? (3.5 ?10?3 ) 2

? 1.023
k? 2 ? ? t 2 (4.4? ? 0.75b02 ) 2 t 2 (4.4? ? 0.75b02 ) ? b02 0.0161? (4.4 ? 0.4 ? 10?3 ? 0.75 ? 1 ? 10?3 ) 0.0161? (4.4 ? 0.4 ? 10?3 ? 0.75 ? 1 ? 10?3 ) ? (1 ? 10?3 ) 2

? 1.0025

k? ? k? 1k? 1 ? 1.023?1.0025? 1.025
33. 齿部磁路计算长度
1 1 Li1 ? (h11 ? h21 ) ? r21 ? 14.5 ? ? 4.4m ? 15.97 ? 10 ?3 m 3 3 1 Li 2 ? (h12 ? h22 ) ? r21 ? 23 ? 10 ?3 m 3

34. 轭部磁路计算长度

L j1 ?
'

? ( D1 ? h'j1 ) 1
2p ? 2

?

? (0.22 ? 19.3 ? 10?3 )
8

m?3 ? 78.87 ? 10?3 m?3

L' j1 ?

? ( D1 ? h'j1 ) 1
2p ? 2

?

? (0.22 ? 19.3 ?10?3 )
8

m?3 ? 78.87?10?3 m?3

35. 气隙磁压降

F? ?

k? B? ?

?0

1.025? 0.722? 0.4 ? 10?3 ? A ? 235.57A 0.4? ? 10?6

36. 齿部磁压降

Fi1 ? Hi1Li1 ? 32.6 ?102 ?15.97?10?3 A ? 52.06A Fi 2 ? Hi 2 Li 2 ? 23?102 ? 37.8 ?10?3 A ? 86.94A
37. 饱和系数
ks ? F? ? Fi1 ? Fi 2 235.57 ? 52.06 ? 86.94 ? ? 1.258 F? 235.57
15

误差=

1.258 ? 1.25 ? 0.63% ? 1% ,合格 1.258

38. 定子轭部磁密

B j1 ?

1 ? 0.00889 ? T ? 1.450T 2 Aj1 2 ? 2.934? 10?3

39. 转子轭部磁密

Bj2 ?

1 ? 0.00889 ? T ? 1.242 T 2 Aj 2 2 ? 3.42 ? 10?3

40. 从 D23 磁化曲线找出对应上述磁密的磁场强度:

H j1 ? 15.5 A cm

H j 2 ? 73.8 A cm

41. 轭部磁压降:其中轭部磁位降校正系数由资料的附图查出
h 'j1

?

?

19.3 ? 10?3 ? 0.174, B j1 ? 1.450 T 于是 C j1 ? 0.410 0.111

Fj1 ? C j1H j1L' j1 ? 0.410?15.5 ?102 ? 78.81?103 ? 50.08A
h 'j1 ? 22.5 ? 10?3 ? 0.203 , B j 2 ? 1.242 T 于是 C j 2 ? 0.410 0.111

?

Fj 2 ? C j 2 H j 2 L' j 2 ? 0.410? 7.38?102 ? 27.69?103 ? 8.991A
42. 每极磁势
F? ? F? ? Fi1 ? Fi 2 ? F j1 ? F j 2 ? (22.741? 33.86 ? 54.51? 50.08 ? 8.99) A ? 374.85A

43. 满载磁化电流:

Im ?

2 pF? 4 ? 374.85 ? A ? 3.014A 0.9m1 N1kdp1 0.9 ? 3 ? 192? 0.9598

44. 磁化电流标么值
* Im ?

I m 3.014 ? ? 0.458 I kW 6.58

45. 励磁电抗

16

X ms ?

2 m1 ( N1k dp1 ) ? ? 4 f? 0 lef ? ks p ? ef

4 ? 50 ? 0.4? ? 10?6 ? 3 ? (192? 0.9598 ) 2 ? 0.167? 0.111 ? ? ? 1.258? 2 ? 0.41? 10?3

? 146.46?
I kW 146.46 ? 6.58 ? ? 2.5 3 6 U N? 380

* X ms ? X ms

(三)参数计算
46. 线圈平均半匝长 单层线圈 0.09929=0.314m lc ? lB ? Kc? y =0.195+1.2× 0.015=0.195m l B ? lt ? 2d1 =0.165+2× τy = ? [ Di1 ? 2(h0 ? h11 ) ? h21 ? r21 ]? / 2 p =π[0.141+2(0.8+0.924)+(14.5-0.924)× 10-3+4.4× 10-3] ? /2× 2 =99.29× 10-3m 节距比 2/3≤ ? ≤1,取 ? =0.8

其中 d1 是线圈直线部分伸出铁心的长度,取 10~30mm。 kc 是经验系数取 1.2 47.单层线圈端部平均长 0.015+1.2× 0.0993=0.150m lE ? 2d1 ? Kc? y ? 2× 48.漏抗系数 Cx = 4?f? 0 ( N1 K dp1 ) 2 lef PN / m1 pU N?
2

= 4×? × 50× 0.4 ? × 10-7(0.9598× 192)2× 0.163× 7.5× 10-3/3× 2× 3802 =0.03787 49.定子槽比漏磁导

?s1 ? Ku1?u1 ? K L1?L1

17

=1× 0.410+1× 0.830 =1.24

?u1 ?
=

h01 2h11 ? b01 (b01 ? b11 )
0.8 2 ? 0.924 ? 3.5 3.5 ? 6.7

=0.410

?L1 = 0.830

h21 (14.5 ? 0.924) =1.543 ? 2r21 2 ? 4.4 b11 6.7 =0.76 ? 2r21 2 ? 4.4

其中 Ku1=KL1=1 50.定子槽漏抗

X s1 ?
=

*

2m1 plt?1?s1C X 2 Z1 K dp1 lef
2 ? 3 ? 2 ? 0.160 ?1.24 ? C X 36 ? 0.9598 2 ? 0.163

=0.440 Cx 51.定子谐波漏抗
X ?1 ?
*

? 2? ef K dp12 K s
2

m1? ? SC X

=

3 ? 0.111 ? 0.009 C X ? ? 0.41 ?10 ?3 ? 0.9598 2 ?1.368

=0.5877Cx 其中 ? S=0.009 52.定子端部漏抗 单层交叉式绕组的端部漏抗与分组的单层同心式绕组相近 则:
X E1 ?
*

0.47 (l E ? 0.64? y )C X K dp1 lef
18
2

=

0.47 (0.150 ? 0.64 ? 0.0993 )C X 0.163 ? 0.9598 2

=0.270Cx 53.定子漏抗

X ? 1 ? X s1 ? X ? 1 ? X E1

*

*

*

=(0.440+0.5877+0.27)Cx =1.2977Cx =0.0491 54.转子槽比漏磁导

?s 2 ? ?u 2 ? ?L2 ? 0.5 ? 1.73 ? 2.23
?u 2 ?
?L 2 ?
h02 0.5 ? ? 0.5 b02 1 2h12 (b02 ? b12 ) ? ?L

=

2 ?1.30 =1.73 (1 ? 5.5) ? 1.330

h/b2=7.6, b1/b2=1.83 查表得 λL=1.330 55.转子槽漏抗

X s2 ?
=

*

2m1 plt?2 ?s1C X Z 2lef
2 ? 3 ? 0.160 ? 2.23C X 32 ? 0.163

=0.821Cx 56.转子谐波漏抗
X?2 ?
*

m1? ? RC X

? 2? ef K s

=

3 ? 0.111 ? 0.0150 C X ? 2 ? 0.41 ?10 ?3

=0.9023 Cx 查表得 ? R=0.015
19

57.转子端部漏抗

X E 2 ? 0.757(
=

*

l条 ? lt 2 1.13

?

DR C X XE2* ) 2 p lef

0.757 ? 0.132 C X 0.163 ? 4

=0.150 Cx 58.转子斜槽漏抗
* b X sk ? 0.5( sk

t2

)2 X ? 2

*

) 2 ? 0.9023 CX = 0.5(0.013 0.0161

=0.29Cx 59.转子漏抗

X ? 2 ? X s 2 ? X ? 2 ? X E 2 ? X sk

*

*

*

*

*

=(0.821+0.9023+0.15+0.29)Cx =2.1633 Cx =0.0819 60.总漏抗

X? ? X?1 ? X? 2
=0.131 61.定子直流电阻 R1=

*

*

*

? 2 N1lc N t1 Ac1?1
=
0.0217?10?6 ? 2 ?192? 0.314 2 ?1.0936?10?6 ?1

=1.196 ? 62.定子相电阻标幺值 R1*= =

R1 I kw U N?

1.196 ? 6.58 380

=0.0207
20

63.有效材料 定子导线重量

?1? ? GW ? ClC N s1Z1 Nt1 Ac
=1.05× 0.314× 32× 36× 1.0936× 10-6× 8.9× 103 =7.393 kg 式中 C 为考虑导线绝缘和引线重量的系数,漆包圆铜线取 1.05

? ? 为导线密度
硅钢片重量

? GFe = K felt ( Dl ? ? ) 2 ? Fe
=0.95× 0.163× (0.22+0.005)2× 7.8× 10-3 =61.897 kg

式中 ? 为冲剪余量,取 5× 10-3m 64.转子电阻 导条电阻折算值 RB =


?K B LB 4m1 ( N1 K dp1 ) 2
AB Z 2

0.0434?10?6 ?1.04? 0.195? 4 ? 3 ? (192? 0.9598 )2 = 96.45?10?6 ? 32

=1.162 ? 式中 KB 是叠片不整齐造成导条电阻增加的系数 端环电阻折算值

?DR Z 2 m1 ( N1 K dp1 ) 2 RR = 2?p 2 AR Z 2


0.0434?10?6 ? 32? 0.132? 4 ? 3 ? (192? 0.9598 )2 = 2 ? 3.14? 4 ? 250?10?6 ? 32

=0.03716 ? 导条电阻标幺值 RB*=
? R B I kw 1.16 ? 6.58 = =0.02012 380 U N?
21

端环电阻标幺值 RR*=

? I KW 0.3716 ? 6.58 RR = =0.00643 380 U N?

转子电阻标么值 R2* =RB* +RR*=0.02655

(四) 工作性能计算
65. 满载时定子电流有功分量标么值 I1p*= 1 ? ? 1 ? 1.1236 ? 0.89 66. 满载时转子电流无功分量标么值 Ix*= ? 1 X ? * I1p*2[1+( ? 1 X ? * I1p*)2] =1.0216× 0.13944× (1.1236)2× [1+(1.0216× 0.1394× 1.1236)2] =0.181
X ? 1 =1+ ? 1 X ms
*

= 1 ? 0.0491 =1.0216 2.536

67.满载时定子电流无功分量标么值 I1Q* =Im*+ Ix*=0.469+0.143=0.65 68 满载电势标么值 KE=1- ? L =1-(I1p*R1 *+ I1Q* X ? 1 *) =1-(1.1236× 0.0207+0.65× 0.0491) =0.942 与 22 项初设值 KE 相符 69. 空载时电势标么值 1- ? 0 =1-Im* X ? 1 *=1-0.309× 0.0419 =0.976 70. 空载时定子齿磁密 Bt10= (
1? ? 0 ) ?1.58=1.637T ) Bt1 = (0.976 0.942 1? ? L

71. 空载时转子齿磁密
22

1? ? 0 0.976 Bt20= ( ) Bt 2 ? ( ) ?1.60 =1.658T 1? ? L 0.942

72 空载时定子轭磁密
1? ? 0 0.976 Bj10= ( ) B j1 ? ( ) ?1.45 =1.502T 1? ? L 0.942

73. 空载时转子轭磁密
1? ? 0 0.976 Bj20= ( )B j 2 ? ( ) ?1.242=1.287T 1? ? L 0.942

74. 空载时气隙磁密
1? ? 0 0.976 ) B? ? ( ) ? 0.722=0.748T B? 0 = ( 1? ? L 0.942

75. 空载时定子齿部磁压降 Ft10 =Ht10Lt1=46.8× 102× 15.97× 10-3=74.74A 76. 空载时转子齿部磁压降 Ft20=Ht20Lt2=53.4× 102× 23× 10-3=122.82A 77. 空载时定子轭部磁压降 Fj10=Cj1Hj10Lj1=0.40 × 20.1× 102× 78.81× 10-3=63.36A 78. 空载时转子轭部磁压降 Fj20=Cj2Hj20Lj2=0.43 × 8.90× 102× 27.69× 10-3=10.597A 79. 空气隙磁压降

F? 0 ?

K? ?B? 0

?0

?

1.025? 0.748? 0.4 ?10?3 =244.05A 0.4? ?10?6

80. 空载总磁压降

F00 ? Ft10 ? Ft 20 ? Fj10 ? Fj 20 ? F? 0
=74.74+122.82+63.36+10.597+244.05 =504.97A 81. 空载磁化电流

I m0 ?

2 pF00 0.9 ? m1 N1 K dp1

23

=

2 ? 2 ? 504 .97 0.9 ? 3 ? 192 ? 0.9598

=4.06A

(四)工作性能计算
82. 定子电流标么值
* I1 = ( I *21 p ? I *21Q ) = (1.1236 2 ? 0.65 2 ) =1.249

定子电流实际值 6.58=8.51A I1 ? I1 I kw ? 1.249× 83. 定子电流密度 J1=
I1 8.51 ? ? 3.89 A m m2 ? a1 N t1 Ac1 1?1.0936
*

84. 线负荷 A1=

m1 N?1 I1

?Di1

?

3 ? 320? 8.51 ? 22132A m 3.14? 0.141

85. 转子电流标么值 I2* = ( I *21 p ? I *2 X ) =
(1.1236 2 ? 0.1843 2 )

=1.139 转子电流实际值 I2 = I 2 I kw
*

m1 N?1 K dp1 Z2
3 ? 384 ? 0.9598 32

= 1.139 ? 6.58 ? =258.96A 端环电流实际值 IR=

I 2 Z 2 258.96? 32 ? ? 659.4 A 2?p 2 ? 3.14? 2

86. 转子电流密度 导条电密

24

JB ?

I 2 258.96 ? ? 2.685A m m2 AB 96.45

端环电密
JR ? I R 659.4 ? ? 2.64 A m m2 AR 250

87. 定子电气损耗
* *2 * 0.0207=0.0347 Pcu1 ? I1 R1 =1.2942×

7.5× 103=260.25W Pcu1 ? Pcu1 PN ? 0.0347×
*

88. 转子电气损耗
* *2 * 0.02655=0.0344 PAl 2 ? I 2 R2 =1.1392×

PAl2 = PAl2* PN=0.0344× 7.5× 103=258W 89. 附加损耗 铜条转子 Ps*=0.02 Ps= Ps* PN=0.02× 7.5× 103=150W 90. 机械损耗 二级封闭自扇冷式 Pf w = (3/p)2(D1)4×104= (3/2)2× (0.22)4× 104=52.7W 机械损耗标么值 Pfw*= Pf w/ PN=52.7/7.5× 103=0.00703 91. 定子铁耗 (1) 定子轭重量 Gt=4pAt1Lt1 ? Fe 2× 2.934× 10-3× 78.81× 10-3× 7.8× 103=14.43 ㎏ ? =4× (2) 定子齿重量

? =4× Gj=2pAj1Lj1′ ? Fe 2× 8.26× 10-3× 15.97× 10-3× 7.8× 103=4.116 ㎏
(3) 损耗系数 Phet =6.8 Phej=5.1

(4) 定子齿损耗
25

PFet= K1 Phet Gt=2× 5.10× 14.43=147.2W (5) 定子轭损耗 PFej= K2Phej Gj =2.5× 6.80× 4.116=69.97W (6) 定子铁耗 PFe= PFet+ PFej=147.2+69.97=217.17W 对于半闭口槽按经验取 K1=2 K2=2.5

铁耗标么值 PFe*= PFe/ PN=217.17/7.5× 103=0.029 92. 总损耗标么值 Σp*= Pcu1* +PAl2* +Pfw* +Ps* +PFe* =0.0347+0.0344+0.02+0.00703+0.029 =0.1251 93. 输出功率 PN1*=1+Σp*=1+0.1251=1.1251 94. 效率

? =1-Σp*/ PN1*=1-0.1251/1.1251=0.869%
(87%-86.9%)/87%=0.115%<0.5% 95. 功率因数
cos ? =I1p*/I1*=1.1249/1.294=0.87

96. 转差率 SN= =
PAl * * * * 1 ? PAl 2 ? Ps ? PFer ? Pfw
*

0.0344 1 ? 0.0344 ? 0.02 ? 0.0154 ? 0.007

=0.0319 PFer*= =
PFetr ? PFeir PN
(1 ? 0.5) ?147 .2 ? (1 ? 0.4) ? 69.97 7.5 ?10 3
26

=0.0154 97. 转速 nN=(60f/p)(1-SN) =60× 50/2× (1-0.0319) =1452r/min 98. 最大转矩倍数 Tm*=
1? SN 2( R1 ? ( R1 ? X ? ) )
* *2 *2

=

1 ? 0.0319 2 ? (0.0207? (0.02072 ? 0.1312 ) )

=2.74

(五)起动性能计算
99. 起动电流假设值 Ist′=(2.5~3.5) Tm*Ikw=3× 3.157× 6.58=59.1A 100. 起动时定转子槽磁势平均值 Fst= Ist′(Ns1/a1)0.707[Ku1+Kd12Kp1(Z1/Z2)] (1 ? ? 0 ) =59.1× 32× 0.707× [1+0.95982× 1× (36/32)]× 0.976 =2836.5A 101 空气隙中漏磁场的虚拟磁密 BL=μ0 Fst/2 ??C =0.4π× 10-6× 2836.5/2× 0.4× 10-3× 0.9367 =4.757T

? C =0.64+2.5

?
t1 ? t 2

=0.64+2.5 =0.9367

0.4 12.3 ? 16.1

由 BL 查得漏抗饱和系数 Kz=0.44
27

102 齿顶漏磁饱和引起的定子齿顶宽度的减少 CS1=(t1-b01)(1-Kz) =(12.3-3.5)× (1-0.44) =4.93× 10-3m 103.齿顶漏磁饱和引起的转子齿顶宽度的减少 CS2=(t2-b02)(1-Kz) =(16.1-1)× (1-0.44) =8.456× 10-3m 104.起动时定子槽比漏磁导

?S1( St ) =Ku1( ?u1 - ??u1 )+KL1 ?L1
= (0.410-0.185)+ 0.83 =1.055
??u1 ? ( h01 ? 0.58h11 CS1 )( ) b01 CS1 ? 1.5b01

=(

0.8 ? 0.58 4.93 )( ) 0.924 4.93 ? 1.5 ? 3.5

=0.185 105.起动时定子槽漏抗 Xs1(st)* = (

?S 1( St )

?S 1 )Xs1*

=(1.055/1.24)× 0.440CX =0.3743CX 106.起动时定子谐波漏抗 Xδ1(st)*=KZ Xδ1* =0.44× 0.5877 CX =0.2586CX 107.起动时定子漏抗 Xσ1(st)*= Xs1(st)*+ Xδ1(st)*+XE1* =(0.3743+0.2586+0.270) CX =0.0342 108.考虑集肤效应转子导条相对高度
28

? =1.987×10-3hB

bB f bs 2 ? B

=1.987× 10-3× 23× 10-3√50/0.0434×10-6 =1.551 hB—转子导条高度 hB=23× 10-3m bB/bS2≈1

bB/bS2—导条宽和槽宽之比

109.转子电阻增加系数和电抗减少系数 KF=1.7 KX=0.90

110.起动时转子槽比率磁导 1.73= 1.61 ?S 2( St ) ? (?u 2 ? ??u 2 ? K X ?L2 ) =(0.5-0.447)+0.90×

??u 2 =(h02/b02)[CS2/(CS2+b02)]
=(0.5/1)× [8.456/(8.456+1)] =0.447 111.起动时转子槽漏抗 Xs2(st)* = (

? S 2 ( St )

? S 2 )Xs2*

=(1.61/2.23)× 0.821 CX =0.593CX 112.起动时谐波漏抗 Xδ2(st)*=KZ Xδ2* =0.44× 0.9023 CX =0.397CX 113.起动时转子斜槽漏抗 XSK(st)*=KZ XSK* =0.44× 0.29CX =0.1276CX 114.起动时转子漏抗 Xσ2(st)*= Xs2(st)*+ Xδ2(st)*+XE2*+ XSK(st)* =(0.593+0.397+0.1276+0.150) CX =0.048
29

115.起动时总漏抗 Xσ(St)* =Xσ2(St)* +Xσ1(St)* =0.0342+0.048 =0.0822 116.起动时转子总电阻 R2(st)*=KFRB*+RR* =1.7× 0.02012+0.00643 =0.0406 117.起动时总电阻 Rst* =R1* +R2(st)* =0.0207+0.0406 =0.0613 118.起动时总阻抗 Zst*= ( Rst ( St ) ? X ? ( St ) ) = (0.0613 2 ? 0.822 2 ) =0.1121 119.起动电流 Ist=Ikw/Zst*=6.58/0.1121=58.6A 误差=0.676% ist= Ist/I1=58.6/8.69=6.75 120.起动时转矩倍数 TSt*=( R2(st)*/ Zst*2)(1-SN) =(0.0406/0.11212)× (1-0.0319) =2.458 下面将本台电机的主要性能指标与技术条件中的标准作一比较: 标准值 1.效率 2.功率因数 0.87 0.85 计算值 0.869 0.87 偏差 -0.115% +2.3%
*2 *2

30

3.最大转矩倍数 2.2 4.起动转矩倍数 2.2 5.起动电流倍数 7

2.74 2.458 6.75

+19.7% +10.5% -3.6%

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