三相笼型感应电动机系列电磁设计(课程设计)..

1、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、

2、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

3、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2二、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

4、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141、八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

5、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

6、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

7、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。2一、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

8、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

9、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

10、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。223二、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

11、IKW=3.33AmiUN4效率y=0.815功率因数cos$ 0.826极对数p=27定转子槽数Z仁36Z2=32Z1Z28定转子每极槽数Zp1- = 9Zp2- =8P2pP2p9定转子冲片尺寸221bn.：-TI21219铁心长It10极距11定子齿距12转子齿距13节距14转子斜槽宽15每槽导体数161718 Di1相串联导体数=0.07696m2pDi1=0.00855mt22y =3=0.00956m乙bsk= t1= 0.0145m绕组线规（估算）槽满率（教材图单层线圈Ns1=41N1座=492Nt1Ac1二I1=1.42 mm2a1J111（定子电流初步值）1KW=5.01Ac

12、os10-8）（2）槽有效面积Aef二代-A = 0.00589869 m（3）槽满率SfNt1Ns1d1 0%= 0.78槽面积As4铁心有效长lt=105mm绕组系数Kdp1=Kd1Kp1= 0.959795每相有效串联导体数21N1Kdp1=4772223242526磁路计算每极磁通4KNmKdp1fN12.22fN中G1=0.0068125T其中巳=（1_；L）UN= 203.38v（假设KE = 1-J）极齿部截面积轭部截面积2定子AM= KFeltbt1Zp1= 0.004039m转子A2=KFeltbt2Zp2= 0.003591m2二KFelthj1= 0.001683m定子轭

13、部计算高度转子转子轭部计算高度空气隙面积波幅系数查出Fs）27定子齿磁密28转子齿磁密29定子轭磁密30转子轭磁密31空气隙磁密3233D1- Dj1hj1 -一hs1= 0.01687m23Aj1二KFelthj2= 0.0025805 m2圆底槽r21D2 Di2圆底槽hj2- hs222A. = lef= 0.00808mB=1.3745 （可先假定饱合系数B、av2232dv2= 0.02587m3FsBtiBt2Bj1Bj2K，再从教材图附1-2中Fs=1.53326TAt1Fs=1.58243TAt2=1.45644TAj1*=1.42909TAj2B，J 0.724068T A；

14、.Bj1、Bj2、B5从磁化曲线（教材附录5）中查出齿部磁路计算长度根据Bt1、Bt2、Ht1、Ht2、Hj1、氐定子圆底槽1Lt1 = hn h?1 = 0.0127008m3转子平底槽Lt2二02h22=0.020m5634部磁路计算长度定子二(D1一hj1)1=0.05424m2Lj1二2p转子Lj2 =：(Dhj2)!= 0.02809m22p35有效气隙长度、ef= K K2、= 0.000378m开口槽t(5、bo)=1.324436齿部磁压降定子Ft1=HtiLt1=18.04v转子Ft2= Ht2Lt2= 17.24v37厄部磁压降定子FjCj1Hj1Lj1=25.75v转子F

15、j2二Cj2Hj2Lj2= 9.113v38空气隙磁压降391.64V39饱和系数K匚Ft1耳=1.4307（Ks值与26项中假定的Ks应相符，否则重新假定Ks，并重新计算2639项中各有关量，直至相符。要求精度W1%）40磁压降F0 =Ft1Ft2Fj1Fj 2=367.95V41满载磁化电流Im2pFo0.9m1N1Kdp1=3.4411A42满载磁化电流标么值Imb = 0.75495IKW43励磁电抗标么值Yms1=1.1883Im44参数计算线圈平均半匝长（见教材图附1-4）单层线圈咕Kcy=0.156432m46单层线圈端部平均长IE=2* Kc y=0.067645m47漏抗系数

16、c4fl(N1Kdp1)2|efPNCx2-m1PUN0.263(N1KdpJ2lefPNpuN10=0.03217848定子槽比漏磁导1.35188749定子槽漏抗Xs1 =2m1Plt1s1Cx= 0.0241832乙Kdp1lef无径向通风道时1廿=I廿=0.026813m50定子谐波漏抗2Cx= 0.012063(3 s从图13或表5中宀efKdX查出）51定子端部漏抗单层同心式=0.67(IE0.64 y)Cx=0.005667l K21ef dp15253定子漏抗X二Xs1X1XE1= 0.042033转子槽比漏磁导s2 = U 2川叽2= 1.5812（U2、 L2从教材附录四查

17、出）54转子槽漏抗Xs22m1 plt2 s2Cx=0.02929Z2lef无径向通风道时lt2二lt2=002979m55转子谐波漏抗X;2Cx =:-efKs0.031493（匕R从教材图4-11或附录9查出）56转子端部漏抗XE20.757(IE-lt2lef%X= 0.00453011.13 2p57转子斜槽漏抗*bsk 2 *Xsk=0.5() X= 0.015132t258转子漏抗59总漏抗60定子直流相电阻X；H =Xs2 X2XE2Xsk=0.080445x =X*1X*2=0.122482NJc对A、E、B级绝缘对F、H级绝缘R1=1.8933Nt1Ad铝匸=0.0346 1

18、0m，铜=0.0217 10m铝=0.0392 10 m，铜= 0.0245 10m61定子相电阻标么值R*=R1IKWUNC0.03933562有效材料定子导线重量二ClcNs1Z1Ac1Nt1= 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，铝为硅钢片重量G/e2.7x103kg/m3，铜为二KFelg、)2匚8.9X103kg/m3=37.678kg (：为冲剪余量，取5mm)8963转子电阻导条电阻折算值2ZKBIB4g(N1Kdp1)R,BB=1.168AB乙端环电阻折算值2CDRZ24g(N1Kdp1)R,R22=

19、0.280942二P2ARZ2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： 紫铜匸=0.0217 10斗m， 黄铜=0.0804 10 m,硬紫铜杆 =0.027810m，铸铝= 0.0434 10 m， 硅铝：:=(0.062 0.0723)10m对于A、E、B级绝缘：紫铜卜-0.0245 10 m，黄铜=0.0908 10m,硬紫铜杆=0.0314 10m，铸铝r = 0.0491 10 m，硅铝 匸=(0.07 0.0816) 106门mIKW=RB= 0.024265UN*RR =RRKW= 0.0058367UNR；RR= 0

20、.030102二1= 1勒=1.0789XmsKE=1 _；L=1_(I；PR* T；QX)= 0.9117此值应与22项假定相符，否则重新假定KE并计算2267项，直至误差小于土0.5%68空载电势标么值1 -；0=1 - ImX门=0.78961 E069空载时定子齿磁密Bt10-Bt1= 1.4293T171利*RB导条电阻标么值端环电阻标么值转子电阻标么值(四)工作性能计算64满载时定子电流有功分量标么值65满载时转子电流无功分量标么值n-=1.2285(假定效率)*2*2lx =GX；66满载时定子I1Q=ImIX= 0.95167满载电势标么值1P1070空载时转子齿磁密Bt 20

21、-Bt2= 1.6874T11SL11空载时定子轭磁密空载时转子轭磁密空载时气隙磁密空载定子齿磁压降空载转子齿磁压降 空载定子轭磁压降 空载转子轭磁压降空载空气隙磁压降空载总磁压降空载磁化电流定子电流标么值定子电流实际值定子电流密度线负荷A1 =转子电流标么值转子电流实际值端环电流实际值转子电流密度定子电气损耗转子电气损耗Bj10Bj20Im0J1I1I10Bj1= 1.3803T1 -L匕一0Bj2=0.76422T1 -；Lj二1-B = 0.6919T1 -；LFtio=HtioLti=25.978vFt 20Fj10Fj20=Ht20Lt2= 151.88v二Hj10Lj1=24.03

22、v二Hj20Lj2= 3.5977VF0Ft102 pF0o=253.12VFt20Fj10Fj 20=458.6v=4.2889A0.9m1N1Kdp1* 2-I1Q= 1.5536I1IKW= 5.173488AI1=6.2968e+006a1Nt1Adm1N1I1 Di1=21463AI2=I2IKW* 2lx= 1.2441凹皿=244.99AZ2Z2IR= I2- = 428.9A2兀p导条电密JB端环电密JRI2=3.42586e+006ABIR=1.78165e+006P；U1二* 2 *IrRr=0.094944wPcu1*-pcu1PN=284.83w*PAI2=* 2 *I

23、2R2=0.046591wPAI2*pAi2PN= 139.77w7172737475767778798081828384858687121388附加损耗铸铝转子：p二=0.025（2极），0.02（4极），0.015（6极），0.01（8极和10极）铜条转子：p*= 0.005或参考相近规格的实测值Ps= P；PN=6089机械损耗参考实际试验值或按下列公式计算3二极防护式：=5.5（）2（D2）3103= 11.435WP机械损耗标么值P：= -PfW= 0.0064827WPN90定子铁损耗 定子齿重量Gt=2卩人丄廿，Fe=3.4325kg定子轭重量Gj=4pAj1Lj1Fe=7.27

24、47kg 定子齿损耗PFet=PhetGt= 121.17损耗系数Phet根据Bt10查表4得到 定子齿损耗卩尸引=PhejGj= 62.972损耗系数Phej根据Bj10查表4得到 定子铁损耗pFk1pF ek2PF e= 184.15W铁耗校正系数k1=2.5（半闭口槽），3.0（开口槽）k2=2.0（半闭口槽）2.5（开口槽）二 * * *R二Pcu1PAl2PsPfwPFe= 0.229414定子铁损耗标么值pFepFePN=0.06138291总损耗标么值92输入功率93效率P；1= 1ip*= 1.2294W1=0.822005PN1此值应与64项假定值相符，否则重新假定并计算64

25、93项，直至误差小于0.5%94功率因数95转差率96转速COS孚=0.80217911PAI2* * * *1PAI2PsPfwPFer*pFetrpFejrpFer= 0.03473PN60fnN=0.044(1 SN)= 1434.66r/min15(五)起动性能计算Ist= (2.5 3.5)TmIKW= 41.461A99起动时定转子槽磁势平均值Fst=I0.707(KU1KdiKp!1) J-；o= 2454.9TaiZ2%Fst100空气隙中漏磁场的虚拟磁密BL- - = 4.7234T2耶c= 0.64 2.5= 0.93301tit2由BL查教材图10-18可得漏抗饱合系数K

26、Z=0.512101齿顶漏磁饱合引起的定子齿顶宽度的的减少Cs1=魚_b01)(1 _ Kz)= 0.0049248T102齿顶漏磁饱合引起的转子齿顶宽度的的减少Cs2=(t2_b02)(1 _ Kz)= 0.0066965T103起动时定子槽比漏磁导G(st)二Kui(ui-八比ui) KLILI= 1.1261T= ui= 0.20269T*Asi (st) *104起动时定子槽漏抗Xsi(st)Xsi=0.020495上si* *X(st)= KzX& = 0.0054746X.-i(st=Xsi(st) X-i(st) XEI= 0.031756107考虑集肤效应，转子导条相对

27、高度疋A/ bB f匕=0.9870 hBB f= 1.5512叽PB式中：hB转子导条的高度，对铸铝转子不包括槽口高度h2竝一一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bs2为0.9;?B导条的电阻率。对A、E、B级绝缘，铝为0.0434 10 m，铜为0.0217 10 m；对F、H级绝缘，铝为0.0491 10m，铜为0.0245 10m最大转矩Tm=2.851598起动电流假定值105起动时定子谐波漏抗106起动时定子漏抗16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4-231091101111

28、12113114115116117118119KFRoX-=0.95X。起动时转子槽比漏磁导起动时转子槽漏抗起动时转子谐波漏抗起动时转子斜槽漏抗起动时转子漏抗起动时总漏抗起动时转子总电阻起动时总电阻起动时总阻抗起动电流s2( st)= (U2一U2)Kx，L2= 0.9821TXs2(st)-s2 (st) *Xs2= 0.02023X摩(st)=KzX舁=0.014293Xsk(st)二KzXsk=0.0068677X；2(st) =Xs2(st) X；2(st)XE2Xsk(st)=0.045921X；g)= X.-1(st) X.-2(st)= 0.077677R；(st)=KF()(吐旦)疋；RR= 0.034955IBRst二R1- R2(st)= 0.07429Zst* 2 * 2二-RstX.(st)= 0.10748IKW=41.642AZst此值应与98项假定值相符，否则重新假设并计算98118项，直至误差小于土起动电流的倍数起动转矩的倍数三、定、转子冲片图3%istIst=5.65375I*R2 _Tst二2(1SN)= 2.1375-2( st)* 2Zst17图4-1电机定子磁路图图4-2电机定子绕线图18图4-3电机转子子图转轴定子铁心定于绕组风扇轴承轴承盖端盖接线盒机座、转子铁转子铁心心图图1 (a)三相鼠笼式电动机的结构示