三相异步电动机的设计说明书

1、三相异步电动机的设计说明书一.三相异步电动机的根本结构三相异步电动机由两个根本局部构成：固定局部一定子和转子,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、定子绕组等局部组成,定子铁心是异步电动机磁路的一局部,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、转轴和风扇等局部组成,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

2、绕组是由安放在转子铁心槽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,在部星型或三角型.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,在气隙产生一个以同步转速m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,将在导体产生感应电动势62,电动势的方向根据右手定那么确定.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62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

3、左手定那么,在N极下的所有电流方向为专业,专注的导体和在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Mm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根本工作原理.二.异步电动机存在的缺点2-1,笼型感应电动机存在以下三个主要缺点.(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方法是提升电动机的功率容量(即增容)来提升其起动转矩,这就造成严重的“大

4、马拉小车,既增加购置设备的投资,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.第二种方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.这种方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%勺电能,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,因此不是一个好方法.(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.(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.另一方

5、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,转子中可以用入起动电阻,转子用入适当的电阻,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用电阻调速.绕线型电动机虽起动特性和运行特性兼优,但仍存在以下缺点：(1)由于转子上有集电环和电刷,不仅增加制造本钱,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

6、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,这就限制了其应用围.(2)当前的传统绕线型电动机为了提升可靠性,多数不提刷,因此运行时存在以下电能浪费：集电环和电刷间的摩擦损耗和接触电阻上的电损耗,电刷至限制柜短路开关间三根电缆的电损耗,假设电动机与限制柜之间距离很长,那么该损耗将非常严重.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,损害治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升,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

7、“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.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D2ln在选定线负荷A和气隙磁密B后,由式61CaPpKNmKdpAB即可确定电机的D2lefo但D2lef相同的电机,可以设计的细长,也可以设计lef的粗短.为了反映电机这种几何形状关系,通常米用主要尺寸比一这一概念.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.D2lef假设不变而较大：(D电机将较细长,即lef较大而曲小.这样,绕组端部变得较短,端部的用铜(铝)量相应减少,当仍在正常围时,可提

8、升绕组铜(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,本钱较低.(2)今电机的体积未变,因而铁的重量不变,在同一磁密下根本铁耗也不变.但附加铁耗有所降低,机械损耗那么因直径变小而减小.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,效率提升.(3)由于绕组端部较短,因此,端部漏抗减小.一般情况下,这将使总漏抗减小.(4)由于电机细长,在采用气体作为冷却介质时,风路加长,冷却条件变差,从而导致轴向温度分布不均匀度增大.为此必须采取举措来增强冷却,例如：采用较复杂的通风系统.但在主要依靠机座外表散热的封闭式电机

9、中,热量主要通过定子铁心与机座向外发散,这时电机适当做得细长些可使铁心与机座的接触面积增大,对散热有利(对于无径向通风道的开启式或防护式电机,为了充分发挥绕组端部的散热效果,往往将取得较小).(5)由于电机细长,线圈数目常较粗短的电机为少,因而使线圈制造工时和绝缘材料的消耗减少.但电机冲片数目增多,冲片冲剪和铁心叠压的工时增加,冲模磨损加剧,同时机座加工工时增加,并因铁心直径较小,下线难度稍大,而可能使下线工时增多.止匕外,为了保证转子有足够的刚度,必须采用较粗的转轴.(6)由于电机细长,转子的转动惯量与圆周速度较小,这对于转速较高或要求机电时间常数较小的电机是有利的.3-2,确定主要尺寸的一

10、般方法首先根据电机的额定功率,利用式PKeK和式pKm员得出NCOSNN计算功率Po然后根据P与n,结合所设计电机的特点,利用推荐的数据D2|n或曲线选取电磁负荷A,B,代入式匕上-以CA即可得出PKNmKdpABD2lefo计算时,交流电枢假设采用单层整距绕组,可预取Kdp0.96；假设为5双层绕组(线圈节距y-时),那么可预取Kdp0.926然后参考推荐的数据选用适当的,即可由已算得的D2lef分别求得主要尺寸Mlef0对于感应电机和同步电机,同时还要确定它们的定子外径Dl.为了充分利用硅钢片,减少冲模等工艺的规格与数量,增强通用性和考虑系列电机功率等级递增的需要,我国目前规定了交流电机定

11、子铁心的标准外径D1见表1,当D>99cm寸,应采用扇形片.算得D1后,需将其调整至表1的标准直径,然后对定子径D1与铁心计算长度lef进行必要调整.表1交流电机定子的标准外径D单位：cm号1234567891011D1214.516.72124.52832.736.842.35656号1213141516171819202122D65748599118143173215260325425四.磁路计算当绕组过电流,在电机的有效局部、端部及局部结构零件中就激发了磁场.为了简化物理图象及电磁计算,把电机中的磁场分为主磁场及漏磁场.磁路计算的目的在于确定产生主磁场所必需的磁化力或励磁磁动势,并

12、进而计算励磁电流以及电机的空载特性.通过磁路计算还可以校核电机各局部磁通密度选择得是否适宜.4-1.电磁负荷匹配电磁负荷的匹配直接影响电机的温升.某电机厂在低压200kW2极、高压450kW2极电动机上试验,在维持硅钢片、铜钱用量不变的情况下,将定、转子各局部电密的比例关系重新分配,使温升分别降低,19.522.6K及1116K6.其主要原因是电密匹配变化后使温度场的分布趋于合理.尽管随着电机类型不同,温度场分布亦不尽相同,但仍有一个共同的规律.就散热途径而言,转子热量有很大一局部要先传给定子,再经机座或通风道,与定子热量聚集在一起传给周围介质.除特殊产品外,从散热观点看定子情况要比转子优越得

13、多.以前电机设计,在温升计算公式中未纳入转子电密它关系到转子绕组产生的热量,从温升计算结果上显示不出转子电密的影响,致使某些设计因转子电密偏高而造成温度场分布不合理,其结果是铜线并没少用,但电机温升偏高.经过对高压、低压、IP44、铸纯铝转子电机的分析、验证,推荐以下的匹配关系.定子电密：转于导条电密：转子端环电密4:2:1.铜条转子、绕线转子及铝合金转子可在维持与上列匹配关系相当的转子铜耗的前提下,按与纯铝之间的电阻率之差选取相应的电密.磁负荷亦应遵循类似的规那么,只是转子局部铁耗很小,转子局部磁密只要在推荐的围选取,其损耗可以忽略不计,电机总的铁耗可以认为仅由定子齿部铁耗及定子腕部铁耗两局

14、部构成.当铁心尺寸确定后,铁耗随磁密的增加而增加.当齿、腕磁密相近肘,由于腕部体积较大,特别是2、4极电机,具铁耗常常是齿部的好多倍.所以设计人员常将腕部磁密选得较低,齿部磁密选得较高,这从计算结果上看是适宜的.但在散热的途径中齿部的散热不如腕部,同时,齿部磁密偏高时,还会使其脉振损耗显著增加,这些从计算结果上很难发觉,但却往往导致温升增高,因此,齿部磁密不宜偏高.对于外装压、小容量、多极数的电机,当采用扣片固紧铁心时,因腕部小,扣片槽对磁路的影响较大,那么腕部磁密不宜过高,并且当扣片槽与定子槽数匹配不当使磁路不对称及腕部过窄时还要产生电磁噪声.对于某些结构特殊的电机,如氟里昂冷却或转轴通冷却

15、液的电机,那么未必遵循上述的匹配规律.4-2,绕组型式的选择绕组的型式,连同其结构参数对电机的所有电气性能均产生不同程度的影响.不同型式的绕组根据各自的特性有不同的适用围.改善磁动势波形是指气隙磁动势分布波形接近于正弦波,即其谐波含量减少了,由此带来的效果是附加损耗、电磁噪声都减小了；T-s曲线的形状也改善了,即减少了寄生转矩,提升了起动过程中的最小转矩,提升了绕组系数那么意味着使B下降,cos及效率都得到提升,或者保持岛不变,可适当地减少匝数,或者缩短铁心,即收到节铜或硅钢片的效果.：为削弱较强的5次及7次谐波,双层绕组应采用短节矩,并使短矩比4/5-5Z6.在双层叠绕组中,有散嵌线圈及成型

16、线圈.后者还可以做成分月线圈,它是将截面积较大的导线一分为二,以免导线过粗使线圈加工及嵌线困难；为绕线方便,在较大容量的散嵌线圈中也采用了分月式,这给采用半开口槽创造了条件,与采用开口槽比可提升电机的cos.比方,当需要选用一根2mm7.1mm的扁铜线时,可以改为两根2mm3.55mm勺线,按2mm3.55mn©J造分月式小线圈,嵌线后再并联在一起.近年来,随着绝缘导线质量和浸漆质量的提升,散嵌线圈已逐渐用到功率较大的电机上.但由此带来匝问电压增加,这要通过采用增强绝缘的漆包线或另加匝间绝缘的方法解决.4-3.气隙磁压降的计算在电机中,沿电枢圆周方向气隙磁场不是均匀分布的.为了计算方

17、便,通常计算是最大气隙磁通密度B所在的磁极中央线处的气隙磁压降.它等于FKH(3-1)式中一单边气隙的径向长度H极中央线处的气隙磁场K一气隙系数,考虑到因槽口影响使气隙磁阻增加而引入的系数B又气隙场强H(3-2)0式中0空气磁导率,通常可认为它等于真空中的磁导率,即00.4106Hzm;将式(3-2)代入(3-1),得FKB(3-3)0由式BavlefBp匕,气隙磁密的最大值B(3-4)p1ef式中每极磁通可根据给定的绕组感应电势确定.对于交流电机,由式E4KNmfNKdp,每极磁通4KNmKdpfN(3-5)由式(3-3)和(3-4)可知,在每极磁通及几何尺寸、的情况下,气隙磁压降的计算就在

18、于如何确定计算极弧系数p、电p枢的计算长度lef及气隙系数K.异步电机的气隙对温升、性能均有较大影响.选得小,可使励磁电流降低而提升功率因数,但差漏抗也随之增加,使起动转矩、最大转矩降低.过小的气隙也容易招致定、转子相擦.但假设选得大,那么情况刚好相反.这些利弊都是在计算中能“看得见的.然而由于气隙减小使谐波磁场增强导致附加损耗增加、噪声加大,特别是温升的增高,那么很难通过计算得到“预告.很多厂家都有通过增加气隙使温升明显降低的经历.如某电机厂在试制100/60kW4/8极矿用双速防爆电机时,将气隙由1.2m布加到1.4mm温升竟降低25K.因此,气隙的选择要慎重.4-4.齿钝部磁压降计算(1

19、)齿部磁压降计算当齿磁密不超过1.8T时,钢片的饱和程度不高,齿部的磁导率比槽部的磁导率°大得多,因而齿部磁阻比槽部磁阻小得多.在一个齿距围的主磁通从空气隙进入铁心外表后,将几乎全部从齿通过.要计算处于主极中央线上的那个齿的磁密B,显然该处一个齿距围的气隙磁密平均值是B,气隙磁通为iBLt,假设认为i全部进入齿中,那么齿中磁密为Bi,对采用梨形槽的小电机,齿磁密为B且fAKFelibi比拟当齿部磁密超过1.8T,此时齿部磁路比拟饱和,铁的磁导率低,使齿的磁阻与槽的磁阻相比差异不是很大.这样,磁通大局部将由齿过,小局部那么经过槽部进入腕部.因此BiBi0Hjks.2腕部磁压降的计算由于

20、一个极距的气隙磁通分散进入齿部及腕部,所以经由齿联腕各个截面穿过的磁通是不同的,即沿腕部积分路径上的磁密分布不均匀,并且在每一处的截面中沿径向上的磁密也不是均匀分布的.这样,在计算腕部磁压降时,必须作适当的简化.它包括两局部：一局部为腕部平均弧长；另一局部为L.L线段的磁压降一般比拟小,可以忽略不计.所以只需计算腕部平均弧长上的磁压降.计算时假定在腕部截面上各点磁密沿半径方向均匀分布.止匕外,如计算的是感应电机负载时的影响也忽略不计.五.定子绕组与铁心的设计5-1,定子梢数的选择在极数,相数既定的情况下,定子的槽数决定手每极每相槽数qi.qi值的大小对电机的参数、附加损耗,温升及绝缘材料消耗量

21、等都有影响.当采用较大的qi值时：1 .由于定子谐波磁场减小,使附加损耗降低,谐波漏抗减小.2 .一方面每槽导体数减少,使槽漏抗减小,另一方面槽数多了,槽高与槽宽的比值相应增大,使槽漏抗增大,但这方面影响较小.3 .槽中线圈边的总散热面积增加,有利于散热.4 .绝缘材料用量和加工工时增加,槽利用用降低.因此在选槽时要综合考虑各方面的因素对于一般感应电机,qi可在2-6问选取,而且尽量选取整数,因分数槽容易引起震动和噪声.对极数少、功率大的电机,qi可取得大些；对于极数多的电机,那么qi需取得小些.5-2,定子绕组形式和节距的选择a,单层绕组单层绕组的优点是：i槽无层间绝缘,槽的利用率高；2同一

22、槽的导线都属于同一相,在槽不会发生相间击穿；3线圈总数比双层的少一半,嵌线比拟方便.其主要缺点是：i在一般情况下不易做成短距,因而其磁势波形较双层绕组的为差；2电机导线较粗时,绕组的嵌放和端部的整形都比拟困难.因此,一般只用在功率较小的感应电动机中如J02系列5号机座和Y系列Y160及以下.单层同心式、链式和交叉式绕组仅端接局部形状,线圈节距和线圈之间的连接顺序不相同.这几种绕组各有不同的使用围和优缺点：1同心式绕组的线圈两边可以同时嵌入槽,嵌线容易,便于实现机械化.一般适用于qi=4、6、8的二极电机中.具缺点是端部用铜较多,一极相组中各线圈尺寸不同,制作稍复杂.2单层链式绕组,各线圈大小相

23、同,但嵌线较用难,一般用于qi=2的4,0,8极电机中.3单层交叉式绕组可以节省端部接线,主要用于qi为奇数的电机中qi为偶数的电机绕组也能做成交叉式,但比起同心式或链式来并没有优越性,故很少采用.b,双层叠绕组双层叠绕组通常用子功率较大的感应电动机,如J02系列6号机座和Y180及以上的电机,其主要优点是,1可以选择有利的节距以改善磁势与电势波形,使电机的电气性能较好,2端部排列方便,3线圈尺寸相同,便于制造.缺点是多用了绝缘材料,嵌线也较为麻烦.c,单双层绕组和星一三角混合绕组（1） .单双层绕组双层绕组采用短距时,某些槽上下层的导体属于同一相,而某些槽上下层的导体属于不同相.如果把属于同

24、一相的上下层导体合起来,用单层绕组来代替,而上下层导体属于不同相的仍保持原来的双层绕组,并按同心式绕组端部形状将其连接起来,这种绕组就是单双层绕组.单双层绕组与单层绕组相比,有双层绕组的特性,即具有较好的气隙磁场波形,较好的启动性能和较低的附加损耗等一系列优点.从结构上看,单双层绕组比双层绕组在较短的实际节距下,可以得到较大的有效节距,从而使基波绕组系数提升.当电机的有效匝数相等时,可以减少实际匝数；当有效节距相同时,实际节距可以缩短,从而节省绕组用铜,铜损耗也相应减小,效率也相应提升.其缺点是线圈的几何尺寸和节距不等,单层和双层线圈的匝数也不相同,制作稍复杂.（2） .星一三角混合连接绕组星

25、一三角混合连接绕组是把普通的600相带三相绕组分成两套三相绕组：这两套三相绕组之间在空间相位上彼此相差30°电角度,其中一套采用星型接法,一套采用三角形接法.两套绕组中的电流在时间相位上也相差30°.星一三角混合连接绕组的两套绕组之间有两种连接方式：其一为星一三角用联绕组；其二为星一三角并联绕组.六.定、转子的设计6-1.冲片尺寸确实定冲片尺寸是指定、转子外径及槽形包括冲片上的通风孔,前者一一冲片“三圆或“三径的选择.在确定槽形之前,首先遇到的是槽配合.表2给出经过生产验证的槽配合.从电机的性能、温升考虑,定子槽数多为好,可获得较好的磁势波形；绕组能选取较为理想的节矩,调整

26、节矩的余地也大；每槽的发热量也小了；因谐波漏抗减小,堵转转矩、最大转矩也提升了,但对扭斜的铸铝转子来说,槽数多会使槽部总的横向“泄漏电流增加,导致杂散损耗增加.不过这点不利因素从性能、温升总的收益上权衡是比拟次要的,只是从制造及绝缘材料的消耗上考虑不希望槽数较多.因此,要根据对产品的要求及工厂的实际情况选取,尽量选用经过生产验证的槽配合.有时出于降低杂散损耗及温升的需要,采用乙接近于乙且乙略少于Zi的“少槽一近槽配合.但这种槽配合容易产生振动及电磁噪声,也可能产生同步附加转矩,异步电机很难获得十分理想的槽配合,特别是极数少的电机.但在设计时可通过选用谐波含量少的绕组如双层短节距、转子斜槽、增大

27、气隙等举措,使这一弊病得到缓解.极数J2、J02Y、YB低压YRYZR低压JBROJR高、低压JS上下压Y、YB高压218/16,24/2030/22,36/2842/3418/16,24/2030/26,36/2842/34,48/4048/40424/22,36/2636/28,48/3860/5024/22,32/2636/32,48/4460/50,72/6436/24,48/3660/4848/54,60/5448/38,60/3860/47,60/50636/26,36/3354/44,72/5672/5836/33,54/4472/5845/36,48/36,54/3672/48

28、,72/54,72/8172/9054/72,72/5472/63,72/9054/64,72/5872/86,72/96848/44,54/5872/56,72/5848/44,54/5854/50,72/5848/86,54/36,60/487S/54,72/60,72/8472/96,84/96,96/7272/84,72/9672/58,72/8672/96,84/96表2根本系列及主要派生系列采用过的近槽配合Zi/Z26-2,定子梢形确实定感应电动机的定子槽形最常用的有四种：梨形槽,梯形槽,半开口槽,开口槽.梨形槽和梯形槽是半闭口槽,槽的底部比顶部宽,使齿部根本上平行,这两种槽形一般

29、用于100KW以下,电压为500V以下的感应电动机中,由于这些电机通常采用由圆导线组成的散嵌绕组.采用半闭口槽可以减少铁心外表损耗和齿脉振损耗,并使有效气隙长度ef减小,功率因数得到改善.梨形槽与梯形槽相比,前者的槽面积利用率较高,冲模寿命较长,而且槽绝缘的弯曲程度较小,不易损伤,所以用的较为广泛.低压中型感应电动机常采用半开口槽,这时绕组应为分开的成型的绕组.中型高压电机那么采用开口槽,这是由于线圈的主绝缘需要在下线以前包扎好并进行浸烘处理.这两种槽形的槽壁都是平行的,因此称平行槽.开口槽增大了气隙磁场中的磁导齿谐波分量,为了防止因此引起较大的空载附加损耗,可采用磁性槽楔,但此时槽漏抗将增大

30、.a,定子的槽满率定子槽必须有足够大的截面积,使每槽所有导体能不太困难的嵌进去.在采用圆导线的半闭口槽中,用槽满率来表示槽导线的填充程度.槽满率是导线有规那么排列所占的面积与槽的有效面积之比,SfNiiNs1d2100%o6-3,转子绕组与铁心的设计1,笼型转子的设计计算a,转子槽数的选择及定转子槽配合问题笼型转子感应电机在选取转子槽数时,必须与定子槽数有恰当的配合,这就是通常所谓的槽配合.如果配合不当,会使电机性能感化,例如有可能导致附加损耗、附加转矩、振动与噪声增加,从而使效用降低、沮升增高、起动性能变坏、严重时甚至无法起动.下面就槽配合对附加损耗,附加转矩,振动与噪声的影响及共如何选择等

31、问题作一扼要介绍.感应电机的附加损耗主要由气隙谐波磁通引起.这些谐波磁通在定,转子铁心中产生高频铁耗外表损耗和齿部脉振损耗,在笼型转子中产生高频电流损耗包括转子笼的高频电流损耗及斜槽时由导条和铁心所构成的回路中的横向电流损耗O其中以定、转子齿谐波磁通的作用最为显著.图5-1表示定,转子槽数相等时,定子齿谐波磁通在转子导条中感生电势的情况.由图可见,相邻导条a与b中由定子齿谐波磁通感生的电势大小相等,相位相同,因而在它们之间不会产生电流包括横向电流.这说明,在向电流损耗等槽配合时,定子齿谐波磁通不会在转子中产生高频电流损耗包括横从图5-1中还可看出,当定,转子槽数很接近时,转子齿顶的宽度将十分接

32、近定子齿谐波的波长,因此转子齿中由定子齿谐波磁通引起的脉振较小,脉振损耗也就较小.同理,定子齿中由转子齿谐波磁通引起的脉振损耗也较小.5-1定转子槽数相等时定子齿谐波磁通在转子导条中感生电势的示意图由上可知,选择感应电机的槽配合时,从减少附加损耗的角度出发,定,转子槽数应尽量接近.但不能取Z2=Zl0经验证实,当定子为开口槽或半闭口槽、转子为直槽铸铝转子时,假设转子槽数多于定子槽数,会使空载附加损耗增加,因此最好也采用少槽一近槽配合.b.转子槽形的选择和槽形尺寸确实定感应电机笼型转子的槽形种类很多,目前对于采用铸铝转子的中小型电机一般采用平行齿槽、平行槽、凸形槽、刀形槽、闭口槽、双笼转子槽、梯

33、形槽等各种转子槽形.对于功率较大或转速较高、采用铜条转子的大中型电机,采用半闭口的平行槽.转子槽形尺寸对于电动机的一系列性能参数如：起动电流、起动转矩、最大转矩、起动过程中的转矩、转差率、转子铜耗、功率因数、效率、温升等都具有相当大的影响；此外,槽的各局部尺寸对于这些技术参数又有程度不同、性质不同的影响.其中起动转矩、起动电流、最大转矩、和转差率与转子槽形尺寸的关系最为密切,由于起动电流和最大转矩之间存在一定的比例关系,因此笼形转子槽形尺寸确实定除与定子槽形尺寸确实定有一些相似的原那么之外,还必须考虑起动性能的要求.对于铸铝转子,槽面积和铝条的截面积可认定是相等的.七.工作性能计算在主要尺寸、

34、气隙以及定转子绕组和铁心设计好以后,就要进行工作性能计算和起动性能计算,以便与设计任务书或技术条件中饿规定的性能指标相比拟,在此根底上对前面的设计进行必要的调整.感应电机的等效电路通常三相感应电动机工作性能计算只需计算额定数据,额定功率因数、额定效率、额定转差率和最大转矩倍数.7-1.定子电流Ii的计算即额定电流、由图可见i*iJi*2ipi*2iq,定转子电流有功分量相等,定转子无功分量的关系如下：I*1QI*xI*m定子电流有功分量的标幺值.*I1PIipmUnIkwmiUNPi1Pn转子电流有功分量的标幺值XIXI2sin2I2*Z这样在假设了电机的效率后,便可求出*2*2*2I2X(I

35、ipIx)X*.I1,于是I1I1Ikw7-2.功率因数的计算.*Iip121PI*21QcosI1子电流无功分量I1Q的大小直接有关.假设功率因数太低,不能满足技术条件中规定的指标,应设法降低缩小定转子槽面积,降低各局部磁密；减小气隙；增加每槽导体数NS1；增大D1,放长li或增大定转子槽宽、减小槽高以降低Xd,使它们的和I1Q降低.7-3.效率的计算感应电动机的效率可按下式计算,写成标幺值便是*pp1100%1;100%PN11p效率是电机的主要性能指标之一,近几年来世界各国电机行业在设计和制造高效节能感应电动机方面采取的举措除增加有效材料用量和选用优质材料来降低铜铝损耗和铁损耗外有一定限

36、度,由于材料的增加也意味着能源消耗的增加,在分析和降低附加损耗和机械方面损耗进行了不少研究,主要的举措有：选用适宜的槽配合,设计新型绕组以减少谐波引起的附加损耗,改良加工工艺,设计高效风扇等.7-4.额定转差率的计算感应电机的转差率是转子铜铝耗与电磁功率之比,写成标幺值便有*cpCu2pCu22N*/*pem1pCu2pfWps生产实践中往往在式中的分母加上铁心中的附加损耗空载附加损耗一项,其大小等于全部铁损耗减去定子齿部和腕部的根本损耗,叫做旋转铁耗,是指由于定转子都有齿和槽的存在,当电机旋转时便产生脉振损耗和外表损耗.脉振损耗和外表损耗在定子和转子上都会产生,这里假定输入的有功功率扣除定子

37、铜损耗和根本铁耗以后,其余的全部传给了转子.7-5.最大转矩倍数最大转矩倍数为2*TmmipUN2f(1Sn)1SnImTN4f(R,.R21X2)miPUNIkw2(R*1,R*21X*2)就一般中小型感应电机而百,X比R1大得多,而(1-&)的变化不大,因而影响最大转矩倍数的主要因素是漏抗,设计中常对电磁负荷所口B以及槽形做适当的调整以符合设计任务书中提出的最大转矩倍数指标.需要说明的是,这里计算最大转矩所用的参数是额定运行时感应电机的参数.事实上,对应与最大转矩的转差率不是很大,因而集肤效应对转子参数的影响可不考虑,但此时的电流却大于额定电流(2.5-4.0)倍,漏磁路饱和对参数

38、的影响就不能不考虑.漏磁路饱和引起定转子漏抗减小,最后使T*ms比不考虑饱和时计算出的T曾大(15-25)%对小电动机的影响有时还要大些.八.起动性能计算三相感应电动机的起动性能主要是指起动转矩和起动电流对相应额定值的倍数.我国国家标准对各种类型感应电动机的起动性能都有具体规定.笼型转子感应电动机的起动性能那么有电机的参数决定.与正常运行时比拟,感应电动机起动是有两个显著的特点：一是起动电流很大,这使定转子漏磁路高度饱和；二是转子电流频率等于电源频率,比正常运行时高很多,使转子导条中的电流产生集肤效应,这两点对电机起动时的参数都有影响.8-1.感应电动机起动时漏磁路饱和效应及其对漏抗的影响起动

39、瞬间,电动机处于短路运行状态,转子和定子电流大大增加,一股可达额定值的4-7倍.由于定转子绕组的磁势正比于通过的电流,所以磁势也大大增加,以致漏磁路的铁心局部出现高度饱和的现象.漏磁路的饱和主要引起定转子漏抗的减少：电流增加固然引起磁势成正比的增加,但由于饱和,磁通虽增加,却增加的很少,这样单位电流产生的磁链实际上减少了,因此漏电流随着电流的增加而减少.此外,在起动过程中,定转子电流是变化的,铁心饱和程度也随之而变,因而漏抗也随饱和程度的变化而变化.当漏磁通磁路高度饱和时,铁心磁阻大大增加,此时,漏磁通磁路铁心局部的磁阻相对于漏磁路的其它局部空气隙和槽部磁阻来说,就不能像正常运行时那样忽略不计

40、了.由于电机绕组是分布的,由相邻槽电流建立的齿部漏磁通的方向正好相反,饱和现象并不严重,而齿顶和齿尖局部饱和现象却十分严重,绕组的端部漏磁通通过绕组端部周围的空气,不存在饱和影响,因此只在槽漏抗,谐波漏抗和斜槽漏抗的计算中要考虑漏磁路饱和的影响.8-2.集肤效应及其对转子参数的影响笼型转子感应电动机起动时,转子导条里会产生集肤现象,集肤效应使槽导体有效高度减小,因而电阻增加、槽漏抗减小.利用集肤效应可以改善笼型转子感应电动机的起动性能,提升起动转矩,降低起动电流.集肤效应引起的电阻增加系数和槽漏抗减小系数与转子槽形尺寸、转子电流频率及导条材料的电阻率有关.电阻的增加和漏抗的减小可以用交流电磁场

41、理论进行计算,但比拟复杂,不便于工程应用.实际上认为集肤效应减小了导条的高度,以此来确定转子电阻和槽漏抗的变化.8-3.起动电流和起动转矩的计算感应电动机起动时定子电流很大,定子绕组的阻抗压降比运行时大得多,因此这时电势Ei比拟小,磁化电流还可以忽略不计.从感应机等效电路有I1I2IsiIsiUnUnUnR2(st)X1(st)X2(st)R2stX2(st)Zst用标幺值表示时,起动总阻抗为*Zst.R2stX2(st)UNIIkw此时,以实际值表示的起动电流1stUn7*UnZst-IkwIkw*Zst起动电流倍数istIstIiIst的值偏小,假设由上式计算出的IstIst假定值,说明最

42、初假设的于是起动时漏磁饱和系数偏大,低估了起动时漏磁路饱和的影响,计算出的值偏高,最后计算出的Ist值偏小.再次假设时,应取Ist略大于上面求得的值,并重新计算,最后计算值与假定值的误差不能超过3%.九.结构设计电磁设计完成后便可进行结构设计.异步电机的总体结构主要包括通风冷却系统、转子结构及安装方式.由于电磁参数与它们密切相关,所以在设计的构思阶段就有了雏形,只待结构设计时“精加工.通风冷却与防护等级密切相关.决定电磁参数及总体结构的两个代表性防护等级是IP23及IP44.异步电机的通风冷却方式有自冷、自扇冷、他冷及水冷,但绝大多数是防护等级为IP44的自扇冷1C0141一不带风扇及IC01

43、51一带风扇的结构型式.转子结构有笼型及绕线型,前者居多.异步电机采用的安装方式有20余种,但根本安装方式只有三种,即卧式、立式及悬臂式.三种安装方式中又以卧式中的B3型最普遍,其次是立式中的V1型及悬臂式中的B5©.9-1.任务与要点a.任务1根据已确定的电磁局部结构、尺寸及构思阶段形成的雏形绘制总结构图.该结构图要按比例绘制,将零部件的形状、尺寸表达清楚,必要时,还应该将主要部件,如接线盒另绘结构图,以便进行工艺会签、机械计算、通风计算及为施工设计绘制零部件图时使用.总结构图与施工设计中的总装配图不尽相同：它要力求清楚、准确,图纸幅面大小随意,后者将零部件间的配合关系按比例表达清

44、楚即可,幅面应按工厂的规定绘制,但简单产品可二者合一.(2)分析、核算支撑件、受力件.(3)分析、论证零部件的加工工艺性.(4)检查零部件的“三化程度.(5)选择加工公差、配合座及粗糙度,核算尺寸链.(6)根据工艺会签及来自分析、计算的修改意见修改总结构图,使各局部的形状、尺寸与施工设计时完全吻合.b.要点为保证质量,应侧重考虑以下5个方面：(1)轴承结构(包括轴承的选择).(2)绝缘结构(包括电磁零部件的固定)o(3)整体的刚度、强度.(4)消除产生振动、噪声的隐患.(5)便于拆装、维护.9-2.绝缘结构绕组是电机的核心,电机能否长期可靠地运行在很大程度上取决于绕组绝缘.对绕组绝缘的要：有足

45、够的电气强度和机械强度；良好的耐热性和散热水平,便于包绕、槽嵌放及贮存,与绝缘浸渍漆有很好的相容性,对不同环境,如腐蚀、潮湿等有较好的适应性；对于高压电机,还应考虑耐电晕性能.止匕外,材料应立足于国.绕组绝缘由匝问、相问及对地三个方面绝缘及绝缘浸渍漆构成.绝缘结构的设计与绕组型式、工作电压、选用的材料及绕制、嵌线和绝缘处理有关.异步电机的绕组有散嵌及成型两大类,前者用于中小型低压电机；后者用于中型低压及高压电机.a.匝间绝缘正常运行时异步电机的匝间电压=UN/NUN一相电压,NL每相用联的匝数并不高,但在开关操作时要产生过电压,此电压又直接施加到相端的首匝上,其最大冲击电压峰值有可能到达相电压

46、的2,2倍或以上；加上嵌线时匝间绝缘容易被损伤,因此在使用过程中,由于湿热、霉菌、腐蚀及电磁力的作用,极易产生匝间破压短路事故.相端首匝出现的最大过电压为UsoUs一般大于正常运行时匝间电压的20倍,但小于0.35UnUn为额定电压.一般将UcV2Un,Tf0,5s代Us表达式得到的计算结果与大多数实际情况相近.设计者可根据Us的计算值选取匝间绝缘及其试验电压.首匝最大过电压UsV匝间绝缘结构型式匝间绝缘双边厚度mm试验电压V500-1000双玻璃丝包聚酯潦包线0.5500双玻璃丝包线垫0.17mm5432母垫条0.61000-1500双玻璃丝包聚酯潦包线垫0.17mm543近母垫条0.678

47、00双玻璃丝包线181f半叠包一层5438粉云母带O.71500-2000双玻璃丝包聚酪漆包线隔匝半叠包一层5438粉云母带0.81000双玻璃丝包线每匝半叠包一层5438粉云母带1.02000-3000单层聚酪或聚豌亚胺薄膜绕包双玻璃丝线0.52-0.61500双玻璃丝包聚曲凛包线每匝半叠包一层粉云母带1.1对于一般用途电机的散嵌线圈,广泛采用漆包圆线绕制；对于起动频繁,正反转及在恶劣环境中使用的电机,宜采用玻璃丝包或玻璃丝包漆包线绕制,使匝间有较厚的绝缘层和较多的挂漆量,以提升匝问的绝缘强度.对于高压电机及功率较大的低压电机,除采用玻璃丝包漆包线或玻璃丝包薄膜绕包线以外,依据算得的Us值加

48、匝间垫条低压及较小功率的高压电机可仅在端部加垫条,并且随着功率的增加,采用隔匝包及逐匝包,这些都是针对成型线圈采取的举措,见下表.b,相间绝缘异步电机在采用双层短节距绕组时,有一局部槽中的上、下层线圈不属于同一相,它们之间要承受相电压,所以要加层间绝缘,通称“中垫.中垫及端部相与相间的绝缘均应按相问绝缘考虑.为了通用,相间绝缘可与槽绝缘选取同样的材质及规格,只是为了嵌线方便,它们只能用一层,槽绝缘中用于槽口处的补强绝缘可不要.假设槽绝缘的主要局部是两层,相间绝缘及中垫也要尽量用一层,宁可增加厚度.只在端部整形需要相问绝缘柔软时才选用两层.端部相间绝缘可在线圈端部展开的形状尺寸上将每边各加宽38

49、mM乍相间绝缘的尺寸.有时按嵌线时实测的端部相间绝缘尺寸对设计者最初给出的尺寸加以修正,或者下料时进行“套裁,都能到达节约材料的目的.相间绝缘要与层间绝缘相搭接.对于包好主绝缘的成型线圈,不需再加相问绝缘：中垫也失去绝缘的意义,主要是使上下层线圈有一定间距,在端部产生空隙,利于通风散热.此外,还借助于变换中垫厚度,调整不同规格线圈在槽部的高度差,以保持大致相同的嵌线间隙.成型线圈的中垫厚度为14mnfP可oc.铁心冲片绝缘为将铁心中因涡流产生的损耗降至最小,在铁心装配前要对冲片进行绝缘处理.对于异步电机,硅钢片上的绝缘层主要依靠附在其上的漆膜或氧化膜.漆膜的单面厚约为0.01-0.015mm,

50、铁心的装压系数为0.920.94,氧化膜的单面厚约为0.0080.013mm,装压系数为0.94-0.96.漆膜有两种：一种是硅钢片出厂时已涂好的；一种是电机厂自行涂敷的.氧化膜那么靠将冲片加热到550600C后通入空气与蒸汽的混合物使其外表氧化形成的.它的成分是Fe3.、FeO,或Fed因随冲片腕部尺寸的增加氧化效果也要逐渐降低,故在较大的2、4极电机中用得较少.但由于氧化处理的铁心装压系数高,加热时又能消除冲片在冲制时产生的应力,使它具有提升硅钢片利用率及降低铁损耗的优点,近年来通过改进氧化时工艺方法而被逐步扩大了应用围.9-3.绕组及铁心的固定绕组及铁心是电机的核心局部,也是电机中需要兼

51、顾电磁、机械两项性能的部件,对电机的性能、质量均起着重要作用.绕组及铁心的设计包括电磁设计、绝缘处理及机械固定三个局部.a.绕组运行时,绕组要承受来自电磁、机械方面的力,特别是在起动时,要产生很大的电磁力.假设两根长度均为l(m)彼此平行的导线均通有1(A)的电流,当它们之间中央距为a时,其相互间的作用力(当电流方向相同,1 2lr为相互吸引；否那么,相互排斥)为F10(N).a同时,还要在发热的状态下长期工作,因此要求绕组除了要有足够的电气强度(即绝缘性能)、热稳定性及耐潮、抗蚀性能外(这些性能主要通过绝缘处理予以保证),还要有足够的机械强度.所以绕组的绑扎、固定很重要.a.1.定子绕组(1

52、) 散嵌绕组散嵌绕组的端部是否需要绑扎取决于浸渍工艺、端部尺寸及电机的运行方式.假设采用真空加压浸渍无溶剂漆,或者端部轴向长度较短,就不必绑扎.否那么,假设采用常压下浸渍有溶剂漆的工艺,且端部较长(如较大容量的2、4极电机),或者是经常起动的电机,端部就应该用玻璃丝带或玻璃丝绳进行绑扎.槽部靠槽楔紧固即可.当浸漆质量好,特别是采用真空加压浸渍无溶剂漆时,槽楔可以用压成“形的0.5mm厚的绝缘纸板代替,并可以提高槽的利用率.(2) .成型绕组成型绕组的端部务必绑扎牢固,线圈之间要用尺寸适宜的绝缘垫块垫好再绑扎.线圈喇叭口的外缘应该有玻璃钢一类的绝缘端箍,或包绝缘的金属端箍.对于大容量的电机,端箍

53、要固定在绝缘支架上,支架那么固定在定子压圈上.线圈与垫块、端箍均可用涤纶绳或涤纶带绑扎.端箍截面以圆形为好,根据电机的端部尺寸,直径可在1016mmi间选取.成型端箍的径,应按线圈计算结果用作图法求取.对于大型2极电机,应安放2个端箍.槽部需用槽楔绝缘垫条塞紧,垫条与线圈间的间隙能保证正常嵌线即可,不要留得过大,此间隙通常用中垫的厚度来调整.a.2.转子绕组因运行时转子绕组除受到电磁力、热应力的作用外,还要承受离心力的作用,所以转子绕组的绑扎不容无视.目前端部一般都采用无纬丝带扎紧；也有采用扎钢丝扎紧的.容量很小的低速电机亦可用涤纶绳或玻璃丝绳扎紧.它们都是在浸漆前扎紧,浸漆后与绕组容为一体.

54、9-4.铁心异步电机的铁心按用途可分为定子铁心和转子铁心,按冲片外形可分为整圆冲片外径小于1000mm湫心和扇形片铁心外径大于1000mm,按铁心风道的设置方式可分为轴向、径向、轴径向混合及没有风道等四种铁心,按装配方式又可分为装压和外装压两种铁心.a.定子铁心1 .外装压铁心借助于扣片厚为1.52.5mm勺薄钢板及由lmm薄钢板冲成的定子端板将冲片紧固成铁心,嵌线后压入机座中,再用穿越机座的顶丝将其再次紧固铁心与机座的磨擦力已经起到紧固作用.扣片先压成弧形,展平后应比冲片上的鸽尾槽略宽宽0.10.3mm,这样,放入压紧的铁心上的鸽尾槽中将它打平,会牢牢地将铁心紧,端部打弯后使铁心成一整体.除

55、容量稍大的频繁起动的或正、反转的电机采用顶丝后还要用铁心键作为周向的再次紧固外,一般只用顶丝固定即可.因外装压可以平行作业；机座上无装压用的环形键槽,不必增加机座的厚度,嵌线方便及浸烘设备利用率高,节省漆等优点,近年来逐步扩大其应用围,国已逐步向冲片外径为500mmU上的机座号推进：国外,如德国西门子公司,在冲片外径大于1000mm勺机座上也采用外装压.2 .装压铁心装压铁心周向用键,轴向用嵌入机座环形槽中的弧形键固定.铁心两端除端板外还有压圈.弧形键可与机座或压圈点焊在一起.装压因嵌线后绕组不易受损伤,冲片无鸽尾槽；铁心和机座变形小等优点,在少量的试制性产品及容量较大的产品上仍用的较多.b.转子铁心转子有铸铝及嵌线叠装型两种.1 .铸铝转子铸铝转子与轴配合有三种一一滚花、热套及键.前两种可用于小容量的电机上.中、大型低速电机的铸铝转子也有用支架与轴配合在一起的,此时支架与轴及支架与铸铝转子在周向、