三相笼型感应电动机系列电磁设计(课程设计).doc

.一、设计任务的依据电机设计的课程设计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，训练学生的绘图阅图能力，为今后从事电机设计技术工作打下坚实的基础。根据用户对产品提出的技术要求及使用特点，结合设计和制造的可能性而编制。1设计的指导思想设计一般用途的全封闭自扇冷、笼型三相异步电动机，应具有高效节能、起动转矩大、性能好、噪声低、振动小、可靠性高，功率等级和安装尺寸符合IEC标准及使用维护方便等优点。2产品的用途环境条件：海拔不超过1000米，环境空气温度随季节而变化，但不超过400C。适用于不含易燃、易爆或腐蚀性气体的一般场所和无特殊要求的机械上。3.额定数据型号 Y100L1额定容量 1.5KW额定电压 220V额定电流 5.03A额定转速 1430r/m4.主要性能指标效率 0.81 功率因数 0.82 起动电流倍数 7 起动转矩倍数 2最大转矩倍数 2.34.工作方式 连续(SI)制5结构与安装尺寸外壳防护等级 IP44 安装结构 B3绝缘等级 B级 外型 L1*b/h转子结构 铸铝热套 安装 A*B/6.主要标准（1）Y系列三相电动机产品目录（2）Y系列三相异步电动机技术条件二、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.用计算机（手画也可以）画出定、转子冲片图，电机结构图。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、电机总装图。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、指导书、参考资料 指导书：电机设计陈世坤主编，机械工业出版社，2002年出版参考资料：Y系列三相异步电动机技术设计小型三相异步电动机技术手册五、说明书格式1课程设计封面；2课程设计任务书；3说明书目录4前言5三相感应电动机电磁设计特点及设计思想（重点写）。6三相感应电动机定、转子绕组方案。7电磁设计设计单。8定、转子冲片图。9总结与体会10参考资料。;.目 录前言1一、三相感应电机及设计特点及设计思想2二、三相感应电动机定、转子绕组方案2三、定、转子冲片图12四、总结与体会14参考文献14前 言在自然界各种能源中，电能具有大规模集中生产、远距离经济传输、智能化自动控制的突出特点，而作为电能生产、传输、使用和电能特性变化的核心装备，电机在现代社会所有行业和部门中也占据着越来越重要的地位。电机包括变压器和旋转电机，都用于实现机械能和电能之间的转换。旋转电机分为直流电机和交流电机，交流电机又分为异步电机和同步电机。三相异步电动机隶属交流电动机，又称感应电机。具有结构简单，制造容易，坚固耐用，维修方便，成本低廉等一系列优点。因其具有较高的效率及接近于恒速的负载特性，故能满足绝大部分工农业生产机械的拖动要求。三相异步电动机在国内外的生产量、需求量都非常大，我国有许多厂家能生产各类永磁直流电机。对于从事电机设计、生产的工作者来讲，在电机设计实践中经常会遇到电机仿制、电机按性能要求进行改制、电机按技术参数全新设计等问题，因此就需要有一套比较实用的能够进行永磁直流电机设计的思路和方法，以便有效、简便、正确地对电机进行设计。电机设计的任务是根据用户提出的产品规格、技术要求，结合技术经济方面国家的方针政策和生产实际情况，运用有关的理论和计算方法，正确处理设计时遇到的各种矛盾，从而设计出性能好、体积小、结构简单、运行可靠、制造和使用维修方便的先进产品。电机设计是个复杂的过程，需要考虑的因素、确定的尺寸和数据很多。设计要根据电机用户对电机各方面性能的要求，能因地制宜，针对具体情况采取不同的解决方法,从而设计出性能好、体积小、结构简单、运行可靠、制造和使用维护方便的先进产品。设计一台小型三相异步电动机的意义在于：首先设计电机是电机原理和实践电机相结合的环节，是设计者综合运用所学知识解决所学专业实际问题能力的检验，是学习深化知识和提高的重要过程。其次，三相异步电动机是各行各业生产过程及日常生活中普遍使用的基础设备，使用广泛，值得研究。而本次课程设计的目的就是通过收集各类书籍，杂志，网络相关资源，了解三相异步电动机在国内外的发展状况；通过电机设计相关教材，结合具体情况设计一般用途的全封闭自扇冷、笼型三相异步电动机，应具有高效节能、起动转矩大、性能好、噪声低、振动小、可靠性高，功率等级和安装尺寸符合IEC标准及使用维护方便等优点。一、三相感应电动机电磁设计特点及设计思想三相感应电动机电磁设计主要的内容包括如何确定电机和选择电机的电磁负荷及定子两套绕组的极对数。由于作电动机运行的三相异步电机。三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。电机设计是个复杂的过程，需要考虑的因素、确定的尺寸和数据很多。与单相异步电动机相比，三相异步电动机运行性能好，并可节省各种材料。按转子结构的不同，三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。笼式转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，得到了广泛的应用，其主要缺点是调速困难。绕线式三相异步电动机的转子和定子一样也设置了三相绕组并通过滑环、电刷与外部变阻器连接。调节变阻器电阻可以改善电动机的起动性能和调节电动机的转速。同时需注意一下三点：(1) 调速范围明确电机转速运行的最大区间，并应指明电机的常用转速区间，以便选择合适的电机数据，获得良好的力能指标。(2) 负载的性质明确负载需要恒功率调速或恒转矩调速，或在整个调速范围内部分转速区为恒功率、部分转速区为恒转矩。这对选择自然同步转速（即确定pp、pc之和）及控制绕组电源在调速范围内是否需要改变相序十分重要。(3) 通风冷却系统一般交流电机包括同步电机和感应电机，转子不计算铁耗，然而该类电机正常稳态运行时，定子绕组产生的2个旋转磁场转速与转子本体转速存在较大的转差，转子铁芯损耗不容忽视。不仅电磁设计时，其电磁负荷的选择应与常规电机有所区别，而且对通风冷却结构设计应予足够的重视。设计要根据电机用户对电机各方面性能的要求，能因地制宜，针对具体情况采取不同的解决方法,从而设计出性能好、 体积小、结构简单、运行可靠、制造和使用维护方便的先进产品。本次设计共包括四个方案，方案一：复算。方案二:提高其功率因数.方案三:提高其效率.电磁计算中的几个主要部分包括：主要尺寸与气隙的确定；定转子绕组与冲片设计；工作性能的计算；起动性能的计算等。二、三相感应电动机定、转子绕组方案（一）额定数据及主要尺寸1 输出功率PN=2.2kW2额定电压 Un =380V3 功电流 =3.33A4 效率 y=0.815 功率因数cos =0.826 极对数p=27 定转子槽数 Z1=36 Z2=328 定转子每极槽数 = 9 =89 定转子冲片尺寸10 极距 = 0.07696m11 定子齿距 = 0.00855m 12 转子齿距 = 0.00956m13 节距 y =3 14 转子斜槽宽 bsk= t1= 0.0145m15 每槽导体数 单层线圈 Ns1 =41 16 相串联导体数 =49217 绕组线规（估算）= 1.42 mm2 I1（定子电流初步值）= = 5.01A18 槽满率（教材图10-8）1 槽面积= 0.0081725m2(2)槽有效面积 = 0.00589869 m2(3)槽满率 = 0.7819 铁心长lt铁心有效长 lt=105mm绕组系数 = 0.95979521 每相有效串联导体数 =477（二）磁路计算22 每极磁通 =0.0068125T其中 = 203.38v （假设）23 极齿部截面积 定子 = 0.004039m2转子 = 0.003591m224 轭部截面积 = 0.001683m2定子轭部计算高度 圆底槽 = 0.01687m 转子 = 0.0025805 m2 转子轭部计算高度 圆底槽 = 0.02587m25 空气隙面积 = 0.00808m226 波幅系数 = 1.3745（可先假定饱合系数Ks，再从教材图附1-2中查出Fs）27 定子齿磁密 =1.53326T28 转子齿磁密 = 1.58243T29 定子轭磁密 = 1.45644T30 转子轭磁密 = 1.42909T31 空气隙磁密 = 0.724068T32 根据Bt1、Bt2、Bj1、Bj2、B从磁化曲线（教材附录5）中查出Ht1、Ht2、Hj1、Hj233 齿部磁路计算长度定子 圆底槽 = 0.0127008m转子 平底槽 =0.020m34 部磁路计算长度 定子 = 0.05424m 转子 = 0.02809m35 有效气隙长度 = 0.000378m开口槽 = 1.324436 齿部磁压降 定子 =18.04v 转子 = 17.24v37 厄部磁压降 定子 =25.75v 转子 = 9.113v38 空气隙磁压降 = 391.64V39 饱和系数 = 1.4307 （值与26项中假定的应相符，否则重新假定，并重新计算2639项中各有关量，直至相符。要求精度1%）40 磁压降 =367.95V41 满载磁化电流 =3.4411A42 满载磁化电流标么值 = 0.7549543 励磁电抗标么值 =1.1883（三） 参数计算44 线圈平均半匝长（见教材图附1-4）单层线圈 =0.156432m46 单层线圈端部平均长 =0.067645m47 漏抗系数= 0.032178 48 定子槽比漏磁导 = 1.3518849 定子槽漏抗 = 0.024183 无径向通风道时 =0.026813m50 定子谐波漏抗 = 0.012063 （从图13或表5中查出）51 定子端部漏抗单层同心式 =0.00566752 定子漏抗 = 0.042033 53 转子槽比漏磁导 = 1.5812（、从教材附录四查出）54 转子槽漏抗 = 0.02929 无径向通风道时 =0.02979m55 转子谐波漏抗 = 0.031493（从教材图4-11或附录9查出）56 转子端部漏抗 = 0.004530157 转子斜槽漏抗 = 0.015132 58 转子漏抗 = 0.080445 59 总漏抗 = 0.12248 60 定子直流相电阻 =1.8933 对A、E、B级绝缘 铝，铜对F、H级绝缘 铝，铜61 定子相电阻标么值 = 0.03933562 有效材料定子导线重量 = 3.9602kg式中C为考虑导线绝缘和引线重量的系数，漆包圆铝线取1.1，漆包圆铜线取1.05；为导线密度，铝为2.7103kg/m3，铜为8.9103kg/m3硅钢片重量 = 37.678kg (为冲剪余量，取5mm)63 转子电阻导条电阻折算值 =1.168 端环电阻折算值 =0.28094 因叠片不整齐造成导条电阻增加而引入系数KB ，铸铝转子为1.04，铜条转子为1.0对于A、E、B级绝缘：紫铜，黄铜,硬紫铜杆，铸铝，硅铝对于A、E、B级绝缘：紫铜，黄铜,硬紫铜杆，铸铝，硅铝导条电阻标么值 = 0.024265 端环电阻标么值 = 0.0058367 转子电阻标么值 = 0.030102 （四）工作性能计算64 满载时定子电流有功分量标么值 = 1.2285（假定效率）65 满载时转子电流无功分量标么值 = 0.19604 =1.078966 满载时定子电流无功分量标么值 = 0.95167 满载电势标么值 = 0.9117 此值应与22项假定相符，否则重新假定KE并计算2267项，直至误差小于0.5%68 空载电势标么值 =0.789669 空载时定子齿磁密 Bt1=1.4293T70 空载时转子齿磁密 = 1.6874T71 空载时定子轭磁密 Bj1= 1.3803T72 空载时转子轭磁密 = 0.76422T73 空载时气隙磁密 = 0.6919T74 空载定子齿磁压降 =25.978v75 空载转子齿磁压降 = 151.88v76 空载定子轭磁压降 =24.03v77 空载转子轭磁压降 = 3.5977v78 空载空气隙磁压降 = 253.12v79 空载总磁压降 =458.6v80 空载磁化电流 = 4.2889A81 定子电流标么值 = 1.5536定子电流实际值 = 5.173488A82 定子电流密度 = 6.2968e+00683 线负荷 =21463A84 转子电流标么值 = 1.2441转子电流实际值 =244.99A端环电流实际值 = 428.9A85 转子电流密度 导条电密 =3.42586e+006 端环电密 = 1.78165e+00686 定子电气损耗 = 0.094944w =284.83w87 转子电气损耗 = 0.046591w = 139.77w88 附加损耗铸铝转子：0.025（2极），0.02（4极），0.015（6极），0.01（8极和10极）铜条转子：0.005或参考相近规格的实测值=6089 机械损耗 参考实际试验值或按下列公式计算二极防护式： = 11.435w机械损耗标么值 = 0.0064827w90 定子铁损耗1 定子齿重量 =3.4325kg 定子轭重量 =7.2747kg2 定子齿损耗 = 121.17 损耗系数根据查表4得到3 定子齿损耗 = 62.972 损耗系数根据查表4得到4 定子铁损耗 = 184.15w 铁耗校正系数 2.5（半闭口槽），3.0（开口槽） 2.0（半闭口槽）2.5（开口槽）定子铁损耗标么值 = 0.06138291 总损耗标么值 = 0.229492 输入功率 = 1.2294w93 效率 =0.822005 此值应与64项假定值相符，否则重新假定并计算6493项，直至误差小于0.5%94 功率因数 = 0.80217995 转差率 = 0.044 = 0.0347396 转速 = 1434.66 r/min最大转矩 = 2.8515（五） 起动性能计算98 起动电流假定值 = 41.461A99 起动时定转子槽磁势平均值= 2454.9T100 空气隙中漏磁场的虚拟磁密 = 4.7234T= 0.93301由查教材图10-18可得漏抗饱合系数Kz=0.512101 齿顶漏磁饱合引起的定子齿顶宽度的的减少 = 0.0049248T102 齿顶漏磁饱合引起的转子齿顶宽度的的减少 = 0.0066965T103 起动时定子槽比漏磁导 = 1.1261T = 0.20269T104 起动时定子槽漏抗 =0.020495 105 起动时定子谐波漏抗 = 0.0054746 106 起动时定子漏抗 = 0.031756 107 考虑集肤效应，转子导条相对高度= 1.5512 式中：hB 转子导条的高度，对铸铝转子不包括槽口高度h02 转子导条与转子槽的宽度之比，对铸铝转子其值为1，窄长的铜条其值为0.9 导条的电阻率。对A、E、B级绝缘，铝为，铜为；对F、H级绝缘，铝为，铜为f 转子电流频率，起动时其等于定子电流的频率108 转子电阻增加系数和电抗减少系数 KF、Kx 查教材图附1-10及教材图4-23 = 1.2 = 0.95109 起动时转子槽比漏磁导 = 0.9821T110 起动时转子槽漏抗 = 0.02023 111 起动时转子谐波漏抗 = 0.014293 112 起动时转子斜槽漏抗 =0.0068677 113 起动时转子漏抗 = 0.045921 114 起动时总漏抗 = 0.077677 115 起动时转子总电阻 = 0.034955 116 起动时总电阻 = 0.07429 117 起动时总阻抗 = 0.10748 118 起动电流 = 41.642A 此值应与98项假定值相符，否则重新假设并计算98118项，直至误差小于3%起动电流的倍数 = 5.65375119 起动转矩的倍数 = 2.1375三、定、转子冲片图图4-1 电机定子磁路图图4-2 电机定子绕线图图4-3 电机转子子图图4-4 Y132电机装配图五、设计总结与体会 本次课程设计历时一周半，在这个过程中感觉计算太复杂，记住了这个，又忘记了那个。在计算后面的数据时，有时又要找前面算出来的数据，有时候找得很烦躁，不过最后还是坚持下来了。