YX160-2(IP44)高效节能型三相感应电动机的电磁设计
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YX160-2(IP44)高效节能型三相感应电动机的电磁设计,机械毕业设计
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本科毕业设计说明书（论文） 第 1 页 共 49 页 毕业设计说明书 (论文 ) 学生姓名： 学 号： 学 院： 专 业： 电气工程及其自动化 题 目： YX160-2(IP44)高效节能型 三相感应电动机的电磁设计 指导教师： 评阅教师： 2006 年 6 月 nts 本科毕业设计说明书（论文） 第 2 页 共 49 页 目 录 1 引言 1 1.1 电机发展 1 1.2 高效节能电机 2 2 设计任务及设计过程 5 2.1 设计任务 5 2.2 设计过程 5 3 手算电磁计算程序 8 3.1 额定数据和主要尺寸 8 3.2 磁路计算 13 3.3 参数计算 16 3.4 工作性能计算 20 3.5 起动性能计算 25 4 计算机辅助设计说明 28 4.1 计算机辅助设计的发展 28 4.2 计算机辅助设计在电机设计中的应用 29 4.3 设计一般过程 29 4.4 C 语言简介 30 4.5 符 号对照表 32 4.6 程序流程图 37 5 方案比较及选优 40 5.1 方案一 40 5.2 方案二 41 5.3 方案三 42 5.4 方案四 43 结论 44 致谢 45 参考文献 46 图 1 定子冲片图 图 2 转子冲片图 图 3 绕组展开图 nts 本科毕业设计说明书（论文） 第 3 页 共 49 页 引言 众所周知，电机行业是一个传统的机电制造行业，其发展已经有二百多年的历史，对整个国民经 济的发展起着相当重要的作用。电的产生、传输、使用都离不开电机，尤其是现代技术的发展、人们生活水平的改善、自动化技术的提高及机器人等都需要大量的电机。 1.1 电机的发展 纵观世界电机产品的发展历程，它始终跟随着工业技术的发展，在相互竞争、相互促进中完善着自身，发生着变革。电机产品的发展过程大约可以划分为四个发展阶段。从 19世纪 30年代到 80年代为直流电机时代， 19世纪末叶，出现了交流电，随之交流电动传动在工业中逐步得到了广泛应用， 20世纪 50年代以后，随着电力电子学理论、微电子技术和现代控制理论的发展，使 电机产品进入快速发展时期，先进的制造技术使传统的电机产业焕发出了勃勃生机，交流电机代替直流电机也成为了必然的趋势。 近十年来，随着科学技术的发展，国外中小型异步电机的发展方向大致可归纳为八个字：“高效、低噪、调速、智能”。由于人类社会必须直面能源危机和解决环境污染问题，开发并使用高效率电机已逐渐成为全球的共识。 目前，我国中小型电机约有 300个系列， 1500 个品种，产品量大面广，应用于工业、农业、国防、公共设施、家用电器等各个领域，广泛用于驱动各种风机、水泵、压缩机、机床、起重运输机械、城市交通及工矿电动车辆 、建筑机械、冶金、有色金属、纺织、印刷、造纸、石油化工、橡胶、食品等工业设备和农业机械。 电动机作为最重要的动力设备之一，将电能转换成机械能。以电机作为驱动的动力源，其耗用的电能占全国总发电量的 60% 以上。 当今的电动机一般都是按照最大负载下能正常工作为条件来选择的，但在实际使用中，电机却经常是在中载、轻载，甚至在空载状态下运行。因此，电动机的负载率低，效率不高，电能浪费现象十分严重。 出于能源节约和环境保护的考虑，当前世界上包括我国在内的不少国家对电动机系统的节能都给予了高度重视，均把电动机节能的重点放在 0.75kW 以上的电动机上。因此，今后电机行业发展方向之一将为高效、节能型电机。 1.2 高效节能电机 nts 本科毕业设计说明书（论文） 第 4 页 共 49 页 高效节能电动机是指在运行中将电能转换为动力时具有较高的转换效率或较小的转换损耗而节约电能的电动机。 从字面上解释 ， 就是效率值高的电机 ， 即有效输出功率比输入功率的 百分 值高的电机。 1.2.1 我国发展高效节能电机的意义 我国正处在深化经济体制改革和国民经济高速发展时期，企业面临宏观经济调控、能源与环保政策的规范。检验机构出台的法规明确了节电产品技术标准，企业通过政府制定的节能技术产品的标准生产产品。同时， 政府对节能产业实施政策引导，强化执法管理力度，为企业建立良好的市场环境。随着政府对节能产业的扶持，节能观念的深入普及，打造健康有序的节电产业只是时间问题。 目前，电机行业已形成比较完整的产业体系，中小型电机产品的品种、规格、性能和产量基本上满足市场需要。在经济全球化的背景下，当今世界已进入相互竞争、相互依存的时代，如何增强我国企业的国际竞争力，推动节能型企业建立，加强工业节能管理和技术改造，引导节能产业发展，不断提高节能意识，资源意识和环境意识，充分发挥我国企业的优势，持续、快速、协调、健康地发展，已为形势 所迫，成为企业必须要面对的问题。我国 GDP占全球 3.8%，但能源消耗却占到了全球的 11%，这表明我国经济运行仍是高投入、高消耗、高排放、不协调、低效益、难循环的粗放型经济增长方式，尚未转变为低投入、高产出、低消耗、少排放、能循环的集约型和节约型经济增长方式。近年来，我国经济可持续发展受到能源瓶颈制约，日益加剧， 2002年下半年开始全国有11个省市缺电， 2004年缺电扩大到 24个省市，各地相继出现不同程度的电荒、煤荒、油荒。且 我国电动机每年所耗电能相当于两亿多吨原煤的能量，若电动机效率提高 1%，则我国每年可节 约的原煤量约为 200多万吨。 这也告诫企业在新产品开发、工业技术、设备效率等方面仍有较大空间，应深挖节能潜力。 鉴于我国电力紧张 ,应大力推广节能电机。目前国内电动机产量大，使用面广，在当前能源和环境问题极为严峻的形势下，我们有必要开发节能电机或高效率电机，以使电动机本身消耗的电能进一步下降 ,从而减少我国电动机系统的用电量。 1.2.2 高效节能电机的特点 YX系列高效率电机是在 Y系列电机电磁设计的基础上略作改动，如冲片槽形、铁心长度、绕组型式等方面进行调整，使电机具有高效率特性而产生的电气派生系列。 在年运行时间长，负载率较高的场合，采用 YX系列高效率电动机可较大幅度的节约电能。 nts 本科毕业设计说明书（论文） 第 5 页 共 49 页 与标准电机相比 ， 使用高效率电机的优点是： a) 效率高 ， 节能效果好。 YX系列电机与 Y系列电机相应规格相比，效率平均提高3%,功率因数平均提高约 0.004，总损耗平均下降 28.8%，其中各项损耗下降的百分比为：绕组损耗约 20%，铁耗约 10%，杂散损耗约 30%，风靡损耗约 40% 。 b) 运行时间越长的设备或装置 ， 节能效果越明显 ， 产品的经济性提高。 YX系列电机在负载率 50% 100%范围内，具有比较平坦的效率特性，且在 75%负载率 时的效率最高。最高效率与额定负载时的效率相比，约提高 0.2% 0.7%，全系列平均提高 0.4%，这有助于提高电机实际运行时的节能效果。 c) 因为采取了降低损耗的设计 ， 温升小 ， 进而延长设备的使用寿命 ， 提高设备的可靠性。 d) 大大减少对环境的污染。 例如一台全封闭自扇冷式电机 ， 规格为： 2.2kW ， 4 极 ， 200V ， 50Hz，负载率 100%。若 1年运行 5000小时 ， 则大约可以节电 400kWh 。 高效率感应电动机，因具有输出效率高、功率范围广、价格低、坚固性和维修性好的特点，已在生产生活中被广泛用作节 能电动机。 1.2.3 效率的提高 从电动机的主要构造出发，当电动机把从电源输入的电能转换成机械能时 ,有一部分能量以热能形式消耗在电机内部。这种不能在电动机轴上作为输出功率所使用的能量叫做损耗。如果损耗大 ,电动机的温升就会提高 ,由此可见电动机中的损耗 ,不仅会缩短绝缘寿命 ,还将消耗掉很多电能。为了提高效率 ,节省电力 (节能 ) ,最好办法是尽量降低电动机的损耗。 电机的损耗主要包括以下四类：定转子电气损耗 ， 基本铁损耗 ， 机械损耗 ， 杂散损耗。提高电机的效率 ,主要就是如何降低以上各种损耗 。 定转子电气损耗包括定子绕组 铜耗和转子铝耗。定子绕组铜损耗1cup(W) 约占总损耗的 40% ， 主要为满载时定子绕组在运行温度下的电阻损耗。定子铜耗在电动机损耗中占有相当大的比例。如何降低定子铜耗 ， 对提高电动机的效率非常关键。降低定子铜耗可采用以下措施：提高槽满率 ， 缩短绕组端部长度 ； 减薄绝缘 ， 提高槽利用率；降低电磁线的电阻率，可采用新材料。降低转子铝耗的措施：采用大截面积的转子槽形和加大端环截面 ； 提高铝的纯度 ， 降低转子电阻。 nts 本科毕业设计说明书（论文） 第 6 页 共 49 页 铁心损耗Fep(W)占总损耗的 20%， 由交变主磁通在定子或转子铁心 (分别计算 )中产生的磁滞损耗和涡流损耗组成。降低铁心损耗可采取如下措施 ： a) 采用低损耗的优质冷轧硅钢片 ， 采用较薄硅钢片 ， 减少电机的涡流损耗 ； b) 调整槽形 ， 选用合理的磁密 ， 减少基波铁损耗 ； c) 增加铁心长 ， 用较多的硅钢片 ， 减少磁密来降低损耗。 机械损耗fwp(W)约占总损耗的 5%， 包括风扇及通风系统的损耗 ， 电机转子表面即冷却介质的摩擦损耗、轴承摩擦损耗、密封圈摩擦损耗等。风摩损耗的产生与电机转速、通风方式、风扇形式、风扇外径、转子外径、轴承类型、润滑特性、机械加工精度及装配质量等有关。降低机械损耗可选用与电机转速相匹配的高效风扇及合理风路 ， 选用优质低磨擦轴承、摩擦阻力小的润滑脂、密封圈。 杂散损耗sp(W)约占总损耗的 10%，是 除上述四种损耗以外的全部损耗。杂散损耗包括由槽漏磁引起的导体中电流集肤效应产生的损耗 ， 定子谐波磁通在转子绕组中感应谐波电流产生的损耗，以及斜槽笼型转子导条间的横向电流在导条与叠片铁心之间构成回路产生的损耗。这些损耗与绕组形式、 节距、槽形、槽数、槽配合、槽绝缘、气隙长度、绕组端部与端盖距离、槽中导体高度、生产制造工艺的控制水平等因素有关。降低杂散损耗大致可采取如下措施 ： a) 定子槽采用多槽数 ， 节距采用 5/6 ； b) 减小定子、转子槽口宽度 ； c) 铁心两端采用非导磁材料 ； d) 调整电磁设计方案 ， 选用合理槽形 、 槽配合，采用 正弦 绕组以削弱合成磁场中的高次谐波 ， 削弱附加损耗和附加转矩 ； e) 适当增大气隙 ； f) 转子采用少槽 。 2 设计任务及设计过程 nts 本科毕业设计说明书（论文） 第 7 页 共 49 页 2.1 设计任务 电机设计的任务是根据用户提出的产品规 格 (如功率、电压、频率等 )、技术要求 (如效率、功率因数、起动电流倍数、温升限度等 )，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，需要考虑的因素和确定的尺寸、数据很多，因此设计人员必须全面地、综合地看问题，并能因时因地制宜，针对具体情况采取不同的解决方法。 本次设计电机的型号为 YX160L-2(IP44)高效节能型三相感应电动机。 额定数据： 额定功率 NP=18.5kw 额定电压NU=380V 额定频率Nf=50Hz 定子相数 m=3 接 技术要求： 效率N 92% 功率因数 cos 0.89 最大转矩倍数 *mT 2.2 起动转矩倍数 *stT 2.0 起动电流倍数sti 7 2.2 设计过程 2.2.1 准备阶段 首先熟悉国际标准和国家标准，收集并查看相近电机产品的发展状况、趋势、技术资料，并阅读一定量的外文专业资料，然后完成开题报告及外文翻译。 2.2.2 确定电机的主要尺寸 电机主要尺寸的确 定主要是参考国际上已制成的同类型电机的主要尺寸，并结合所设计电机的主要性能指标来确定。 a) 定转子冲片的设计 定转子冲片的内、外径尺寸参考国际上同类型电机的冲片尺寸确定。 因为电机为高效节能型电机且功率较小，所以定子采用梨形槽。梨形槽可以减少铁心表面损耗和齿内脉振损耗，使有效气隙长度ef减小，功率因数得到改善；且槽面积利用率较高，冲模寿命较长，槽绝缘的弯曲程度较小，不宜损伤。定子槽形尺寸在考虑以下条件下进行设计： nts 本科毕业设计说明书（论文） 第 8 页 共 49 页 1) 槽满率一般控制在 75% 80%左 右，机械化嵌线时槽满率控制在 75%以下。因为槽满率太高，会使嵌线困难、嵌线工时增加，且嵌线时极易引起绝缘损伤。 2) 齿部和轭部的磁密要适当。定子齿部磁密多在 1.40T 1.60T之间；因轭部磁路较长，体积较大，所以一般定子轭部磁密比定子齿部磁密略低，以保证合理的铁心损耗和空载电流，一般在 1.1T 1.5T之间。 3) 齿部有足够的机械强度，轭部有足够的刚度。 4) 还应注意槽形尺寸特别是其深宽比对电机参数（主要为漏抗的参数）的影响。 综上，定子槽口宽01b=2.5mm 4.0mm，为嵌线方便，01b应比线径大 1.2mm 1.6mm；定子槽口高度01h=0.5mm 2.0mm。 由于所设计电机为功率较小的两极电机，因此转子使用平行槽，这样可以增加集肤效应，改善起动性能。转子槽形尺寸对电机的一系列性能参数（如起动电流、起动转矩、最大转矩、转子铜耗、功率因数、效率、温升等）都有相当大的影响，其中起动电流、起动转矩、最大转矩和转子槽形尺寸的关系最为密切。转子槽形尺寸的 确定和定子槽形尺寸的确定相类似。但转子齿磁密一般在 1.25T 1.6T之间。 定、转子槽形尺寸还要在上述估算的基础上通过 CAD画图来最终确定。 另外，为了减小附加损耗，定转子槽数一般选择少槽近槽配合，即定、转子槽数相近，而转子槽数略小于定子槽数。同时，定、转子槽数得选择还要避免在起动过程中产生较强的同步附加转矩、异步附加转矩、振动和噪声。 b) 端环的设计 端环的外径通常比转子外径小 3mm 8mm，以便铸铝模定位，端环内径一般略小于转子槽底所在圆的直径。 c） 绕组的选择 由于所设计电机为高效率电机，且功 率为 18.5kw，因此电机定子绕组采用正弦绕组。正弦绕组不仅可以减小电机的相带谐波，改善气隙磁势曲线以接近正弦分布，而且提高了绕组的基波分布系数，从而可减小电机的杂散损耗约 30%，且使铜耗下降，效率可提高 5%左右。正弦绕组有 Y-串联和 Y-并联两种形式，由于 Y-并联绕组内部回路多，会产生涡流损耗，为了降低损耗 ,提高效率，因此设计中采用 Y-串联绕组。但 Y-绕组必须满足以下三个条件时才能达到以上的效果： nts 本科毕业设计说明书（论文） 第 9 页 共 49 页 1) 绕组 Y接部分的感应电势在时间上滞后于接部分的感应电势 30o 电角度。 2) 绕组 Y接部分的相电流在时间上滞后于接部分的相电流 30o 电角度。 3) 绕组两部分产生的磁势幅值相等，便可以完全消除或大大削弱 5、 7、 17、 19、等 61k（ k =奇数）次谐波磁势，改善气隙磁场波形，使谐波引起的附加损耗下降。 d) 风扇的选择 风扇的作用在于产生足够的压力，以驱送所需的气体通过电机，带走电机散发的热量，使电机的 温度降低。因为高效电机为了提高效率，各项损耗都减小了，这使得电机的温升比普通电机要低，发热量少，所以可以选择轴流式风扇，且轴流式风扇具有效率高（可达 0.8）的优点，可使风扇功耗降低，电机的效率提高。 2.2.3 手算核算电机的性能 电机的性能指标主要包括电机的效率、功率因数、起动电流、起动电流倍数、起动转矩倍数、最大转矩倍数等。电机性能的计算过程主要包括额定数据及主要尺寸的确定、磁路计算（定转子齿部、轭部磁密、磁场强度、磁压降，电机总磁压降，电机满载磁化电流等的计算）、参数计算（定转子各部分漏抗，定转子电 阻，端环电阻，定子导线重量、硅钢片重量的计算）、工作性能计算（定转子电气损耗，附加损耗，机械损耗，定子铁耗，功率，功率因数，最大转矩倍数等的计算）和起动性能计算（起动时总电阻、总漏抗、总阻抗，起动电流，起动电流倍数，起动转矩倍数的计算）五部分。通过手算电机的性能，使我了解了电机设计的计算过程，电机各个量、参数的意义、选择计算方法，明白了影响电机各项性能指标的参数，循环量的循环条件、过程和循环公式，为下一步电机性能计算程序的编写、调试奠定了基础。 2.2.4 计算机辅助设计 根据电机性能的手算过程，编制计算 机辅助设计程序，并核算电机性能，得出四套合格方案，并从中选出最优方案。该部分在下文第 4部分中将作详细的说明。 3 手算电磁计算程序 nts 本科毕业设计说明书（论文） 第 10 页 共 49 页 3.1 额定数据和主要尺寸 1) 额定功率NP=18.5kW 2) 额定电压NU=380V（ 接） 转换为 Y接相电压NU= 38033NU =220V 3) 功电流kwI=NNUmP1= 318.5 103 220=28.158A 4) 效率 按照任务书规定取 =92% 5) 功率因数 cos 按照任务书规定取 cos =0.89 6) 极对数 p =1 相数1m=3 7) 定转子槽数 每极每相槽数取整数， 1q =6。 则 1Z =112mpq=2 3 1 6=36。再按文献 1表 10 8取 2Z =28，并采用转子斜槽。 8) 定转子每极槽数 定子每极槽数1pZ=pZ21=362=18 转子每极槽数2pZ=pZ22=282=14 9) 定转子冲片尺寸 定子外径1D=260mm 定子内径1iD=150mm 气隙长度 =0.68mm nts 本科毕业设计说明书（论文） 第 11 页 共 49 页 转子外径2D=1 2 1 5 0 2 0 . 6 8iD =148.64mm 转子内径2iD=60mm 定子冲片尺寸（如图 3.1.1所示）：01 2.5b 11 8.8b 01 0.99h 11 1.82h 21 18.01h 21 6.0r 转子冲片尺寸（如图 3.1.2所示）：02 1.0b 12 6.6b 02 1.0h 12 1.62h 22 33.0h 22 3.3r 图 3.1.1 定子冲片图 图 3.1.2 转子冲片图 定子齿宽： 1tb= 12111011 222 Z hhhD i 221r = 1 5 0 2 0 . 9 9 2 1 . 8 2 2 1 8 . 0 1 2 6 . 036 =4.724mm 1tb= 111011 22Z hhD i -11b = 1 5 0 2 0 . 9 9 2 1 . 8 2 8 . 836 =4.780mm 齿部基本平行，齿宽1tb=4.752mm（平均值） 转子齿壁不平行的槽形尺宽计算如下： nts 本科毕业设计说明书（论文） 第 12 页 共 49 页 12 0 2 1 2 2 212223223tD h h hbbZ 21 4 8 . 6 4 2 1 . 0 1 . 6 2 3 3 . 036 . 628 =6.0808mm 导条截面积（转子槽面积） BA =222222212121202 rhbhbb = 21 . 0 6 . 6 3 . 31 . 6 2 6 . 6 3 3 . 022 2m =241.062 2mm 端环面积RA=430 2mm 端环直径RD=104.62mm 端环尺寸如图 3.1.3 所示。 图 3.1.3 端环截面图 10) 极距 =pDi21= 1502=235.619mm 11) 定子齿距 1t =11ZDi= 15036=13.09mm 12) 转子齿距 2t =22ZD= 148.5428 =16.666mm nts 本科毕业设计说明书（论文） 第 13 页 共 49 页 13) 定子绕组采用单层正弦绕组，同心式，节距 1 21,2 20， 3 19 并联之路数1a=1 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skb=13.09mm。 15) 每槽导体数 1sYN=10 1sN=17 16) 每相串联导体数 1111111 0 3 6231s Y YYNZNma 60 1111111 7 3 6231sNZNma 102 17) 绕组线规设计 在文献 1附录二中选用铜线：高强 度漆包线。 Y接部分：11tYN 1，11Yd 1.6，绝缘后直径1Yd=1.68， 12tYN 6，21Yd 1.5，绝缘后直径2Yd=1.58； 接部分：11tN 1，11d 1.6，绝缘后直径1d=1.68， 12tN 4，21d 1.30，绝缘后直径2d=1.38； 18) 槽满率 槽面积sA= 2222211121 rhhbrs = 22 6 . 0 8 . 8 6 . 01 . 8 2 1 8 . 0 1 222 =241.981 2mm 按附录三，槽绝缘采用 DMDM 复合绝缘，i=0.3mm，槽楔为 h=2mm 层压板，则槽绝缘占面积为： nts 本科毕业设计说明书（论文） 第 14 页 共 49 页 iA=i 212 rhs = 0 . 3 2 1 . 8 2 1 8 . 0 1 6 . 0 =17.553 2mm 。 槽有效面积 efA=sA-iA= 2 4 1 .9 8 1 1 7 .5 5 3 =224.428 2mm 槽满率 2 2 2 21 1 1 1 1 2 2 1 0 1 1 . 6 8 6 1 . 5 82 2 4 . 4 2 8s Y t Y Y t Y YfYN N d N dSA e f 0.793 2 2 2 21 1 1 1 1 2 2 1 7 1 1 . 6 8 4 1 . 3 82 2 4 . 4 2 8s t tfN N d N dSA e f 0.791 19) 铁心长tl=200mm 铁心有效长度 2 2 0 0 2 0 . 6 8e f tll 201.36mm 20) 绕组系数 短距系数11p Y pKK=1 13 6 0 1 3 6 0 1036pZ oo o 11 32Yq q q 分布系数 ：11d Y dKK=3 1 0s i n s i n2210s i n 3 s i n2 2YYqqoo=0.990 绕 组系数：1 1 1 1d p Y d p d Y p YK K K K 0.9899 1=0.990 21) 每相有效串联导体数 1N 1dpK=1 1 1 111 6 0 0 . 9 9 0 1 0 2 0 . 9 9 033Y d p Y d pN K N K 117.69 3.2 磁路计算 1) 每极磁通 nts 本科毕业设计说明书（论文） 第 15 页 共 49 页 初设 EK =（ 1- L ） =0.952， 1E =（ 1- L ） NU =0.952 220V=210V 1 1 1 1 1 11 6 0 1 1 0 20 . 9 9 0 0 . 9 9 02233d p Y d p Y d pN K N K N K 58.84 初设 sK=1.27，由文献 1图 3-5查得NmK=1.092。 =1114 fNKK EdpNm= 2104 1 . 0 9 2 5 0 5 8 . 8 4 =0.016Wb 2) 每极下齿部截面积 1tA=11t piFe ZblK=0.95 200 4.752 18=16252.10 2mm 2tA=22t piFe ZblK=0.95 200 6.070 14=16145.12 2mm 3) 定子轭部计算高度 1jh=32 21111 rhDD si = 2 6 0 1 5 0 6 . 00 . 9 9 1 . 8 2 1 8 . 0 1 6 . 023 =30.18mm 转子轭部计算高度 2jh=32 22222 rhDD si = 601 4 8 . 5 4 3 . 33 1 . 0 1 . 6 2 3 3 3 . 323 =26.45mm 定子轭部导条截面积 1jA=FeK tl 1jh=0.95 200 30.18=5734.2 2mm 转子轭部导条截面积 2jA=FeK tl 2jh=0.95 200 26.45=5025.5 2mm 4) 空气隙截面积 A=efl=235.619 201.36=47444.331 2mm 5) 磁路计算所选的回路是通过磁极中心线的闭合回路，该回路上的气隙磁密是最大值B。为此，先由文献 1图 3-5，找出计算极弧系数 p=0.703，由此求的波幅 系数 nts 本科毕业设计说明书（论文） 第 16 页 共 49 页 sF=avBB=1pa= 10.703=1.422 6) 定子齿磁密1tB=t11 . 4 2 2 0 . 0 1 61 6 2 5 2 . 1 0sFA 1.436T 7) 转子齿磁密2tB=2tsAF=1.422 0.01616145.12T=1.445T 8) 定子轭磁密1 12j jB A = 0.0162 5734.2 =1.431T 9) 转子轭磁密2 22j jB A = 0.0162 5025.5 =1.633T 10) 空气隙磁密B=AFs =1.422 0.01647444.331 T=0.4908T 11) 从文献 1附录五的 D23磁化曲线上找出对应 上述的磁密的磁场强度 1tH=14.558A/cm；t2H=15.184A/cm；1jH=14.263A/cm；j2H=47.712 A/cm 12) 齿部磁路计算长度 1 1 1 2 1 2 11()3tL h h r 11 . 8 2 1 8 . 0 1 6 . 03 =21.83mm 2 1 2 2 2 2 21()3tL h h r 11 . 6 2 3 3 . 0 3 . 33 =35.72mm 13) 轭部磁路计算长度 212phDL j11j1 = 2 6 0 3 0 . 1 8 12 1 2 =180.50mm 212phDL j2i2j2 = 6 0 2 6 .4 5 11 2 =67.898mm 14) 有效气隙长度 ef K=1.1269 0.68=0.766mm 其中气隙系数 1 0 11 21 0 1 0 1( 4 . 4 0 . 7 5 )( 4 . 4 0 . 7 5 )tbK t b b = 21 3 . 0 9 4 . 4 0 . 6 8 0 . 7 5 2 . 51 3 . 0 9 4 . 4 0 . 6 8 0 . 7 5 2 . 5 2 . 5 =1.1088 nts 本科毕业设计说明书（论文） 第 17 页 共 49 页 2 0 22 22 0 2 0 2( 4 . 4 0 . 7 5 )( 4 . 4 0 . 7 5 )tbK t b b = 21 6 . 6 6 6 4 . 4 0 . 6 8 0 . 7 5 1 . 01 6 . 6 6 6 4 . 4 0 . 6 8 0 . 7 5 1 . 0 1 . 0 =1.0163 12K K K =1.1088 1.0163=1.1269 15) 齿部磁压降 1 1 1t t tF H L=14.558 231 0 2 1 .8 3 1 0 =31.781A 2 2 2t t tF H L=15.184 231 0 3 5 .7 2 1 0 =54.238A 16) 计算轭部磁压降，其中轭部磁压降校正系数见文献 1图附 1-3a。 j1h = 30.18235.619=0.128，1jB=1.431T，于是1jC=0.500 1 1 1 1j j j jF C H L =0.500 14.263 231 0 1 8 0 . 5 0 1 0 =128.720A j2h = 26.45235.619=0.112，j2B=1.633T，于是j2C=0.500 2 2 2 2j j j jF C H L =0.500 47.712 231 0 6 7 . 8 9 8 1 0 =161.972A 17) 空气隙磁压降 0KBF = 61 . 1 2 6 9 0 . 6 8 0 . 4 9 0 80 . 4 1 0 310 =299.253A 18) 饱和系数 12tts F F FK F = 2 9 9 . 2 5 3 3 1 . 7 8 1 5 4 . 2 3 82 9 9 . 2 5 3=1.281 与初设值 sK=1.27 相比较，误差 1.281-1.271.281=0.14% 1%，合格。 19) 总磁压降 0 1 2 1 2t t j jF F F F F F =299.253+31.781+54.238+128.720+161.972 =672.404A 20) 满载磁化电流01 1 120 .9m dppFIm N K= 2 1 6 7 2 .4 0 40 .9 3 5 8 .8 4 8.465A 21) 满载磁化电流标幺值* 8 . 4 6 52 8 . 1 5 8mmkwII I =0.300 nts 本科毕业设计说明书（论文） 第 18 页 共 49 页 22) 励磁电抗标幺值 1m mX I = 1 3 .3 2 70 .3 0 0 3.3 参数计算 1) 线圈平均半匝长 定子线圈节距 250y mm 直线部分长度12 2 0 0 2 1 5 2 3 0Btl l d mm 其中1d是线圈直线部分伸出铁心的长度，取 15mm。 平均半匝长 2 3 0 1 . 1 6 2 5 0c B c yl l K =520mm 式中cK是经验系数， 2极取 1.16。 2) 单层线圈端部平均长 12 2 1 5 1 . 1 6 2 5 0E c yl d K 320mm 3) 漏抗系数 20 1 1214 ( )d p e f NxNf N K l PCm p U 6 2 3 324 5 0 4 1 0 5 8 . 8 4 2 0 1 . 4 6 1 0 1 8 . 5 1 03 1 2 2 0 0.0708 4) 定子槽比漏磁导 因为是单层绕组，整距，节距漏抗系数111 .0ULKK1 1 1 1 1s U U L LKK =1.0 0.7181+1.0 0.842=1.560 其中01 1110 1 0 1 1 12Uh hb b b 0 . 9 9 2 1 . 8 22 . 5 2 . 5 8 . 8 0.7181 由21211 8 . 0 1 1 . 5 02 2 6 . 0hr ， 11218 . 8 0 . 7 3 32 2 6 . 0br 查得 1L 0.842 5) 定子槽漏抗 1112112 ts s xd p e fm p lXCZ K l =22 3 1 2 0 0 1 . 5 6 03 6 0 . 9 9 0 2 0 1 . 3 6 xC 0.2634 xC nts 本科毕业设计说明书（论文） 第 19 页 共 49 页 6) 定子谐波漏抗 取 S =0.0025 11 221xe f d p smSXCKK 223 2 3 5 . 6 1 9 0 . 0 0 2 50 . 7 6 6 0 . 9 9 0 1 . 2 8 1 xC 0.1760 xC 7) 定子端部漏抗 1 2 10 . 6 7 ( 0 . 6 4 )E E y xe f d pX l ClK 20 . 6 7 3 2 0 0 . 6 4 2 5 02 0 1 . 3 6 0 . 9 9 0 xC 0.5429 xC 8) 定子漏抗标幺值 1 1 1 1sEX X X X = 0 . 2 6 3 4 0 . 1 7 6 0 0 . 5 4 2 9xC =0.9823xC=0.070 9) 转子槽比漏磁导 2 2 2s U L =1+2.6930=3.6930 其中02202Uhb 1.01.0 =1 由22222hr 33.02 3.3 5.00， 12226 . 6 1 . 02 2 3 . 3br 查得 2.2667L 1220 2 1 22LLhbb 2 1 . 6 2 2 . 2 6 6 71 . 0 6 . 6 2.6930 10) 转子槽漏抗标么值 * 12222 ts s xefm p lXCZl = 2 3 1 2 0 0 3 . 6 9 3 02 8 2 0 1 . 3 6 xC 0.7856xC11) 转子谐波漏抗标幺值 取 R =0.00308 1*2 2 xe f smRXCK 23 2 3 5 . 6 1 9 0 . 0 0 3 0 80 . 7 6 6 1 . 2 8 1 xC0.2125 xC 12) 转子绕组端部漏抗标幺值 *2EX = 0 . 7 5 7 0 . 7 5 7 1 0 4 . 6 22 2 2 0 1 . 3 6 1R xxefD CClp=0.1966xC13) 转子斜槽漏抗 nts 本科毕业设计说明书（论文） 第 20 页 共 49 页 * 2 * 220 . 5 ( )sksk bXXt =21 3 . 0 90 . 5 0 . 2 1 2 51 6 . 6 6 6 xC=0.0655xC14) 转子漏抗标幺值 * * * * *2 2 2 2s E s kX X X X X = 0 . 7 8 5 6 0 . 2 1 2 5 0 . 1 9 6 6 0 . 0 6 5 5xC 1.2602xC=0.0904 15) 总漏抗 * * *12X X X =0.070+0.0904=0.1604 16) 定子绕组直流电阻 11 1 1 12 YcY t Y cNlR N A a = 632260 . 0 2 1 7 1 0 6 0 5 2 0 1 01 . 6 8 1 . 5 81 6 1 0 122 =0.0484 11 1 1 12 ctcNlR N A a = 632260 . 0 2 1 7 1 0 1 0 2 5 2 0 1 01 . 6 8 1 . 3 81 4 1 0 122 =0.1404 其中 60 . 0 2 1 7 1 0 m g 则定子直流电阻为： 1 1 1110 . 0 4 8 4 0 . 1 4 0 433YR R R 0.0952 17) 定子绕组相电阻标幺值 *11kwNIRRU 0 . 0 9 5 2 2 8 . 1 5 82200.01224 18) 有效材料 感应电动机的有效材料是指定子绕组导电 材料和定转子铁心导磁材料，电机的成本主要由有效材料的用量决定。 定子导线重量： 1 1 1 1w Y c s Y Y c Y t YG C l N Z A N 223 6 33 6 1 . 6 8 1 . 5 81 . 0 5 5 2 0 1 0 1 0 1 6 1 0 8 . 9 1 02 2 2 nts 本科毕业设计说明书（论文） 第 21 页 共 49 页 =12.2288kg 1 1 1 1w c s c tG C l N Z A N 223 6 33 6 1 . 6 8 1 . 3 81 . 0 5 5 2 0 1 0 1 7 1 4 1 0 8 . 9 1 02 2 2 =12.1925kg 其中， C是考虑导线绝缘和引线重量的系数，漆包圆铜线 C=1.05； = 338 .9 1 0 /kg m 是铜的密度。 w w Y wG G G 12.2288+12.1925=24.4214kg 硅钢片重量 2 1F e F e t F eG K l D = 2330 . 9 5 2 0 0 1 0 0 . 2 6 0 . 0 0 5 7 . 8 1 0 =104.0735kg 其中 =5 310 m是冲剪余量；Fe 337 .8 1 0 /kg m是硅钢片密度。 19) 转子电阻 取BK=1.04， 60 . 0 4 3 4 1 0 m g 导条电阻折算值为： 2 621 1 1624 0 . 0 4 3 4 1 0 1 . 0 4 0 . 2 3 0 4 3 5 8 . 8 42 4 1 . 0 6 2 1 0 2 8B B d pBBK l m N KRAZ =0.0639 端环电阻折算值： 2 6 3 22 1 126241 0 . 0 4 3 4 1 0 1 0 4 . 6 2 1 0 2
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