三相异步电动机的设计计算-修订版(DOC)

1、iEquati on Chapter 2 Sectio n 1题目：丫160-M4型三相异步电动机设计姓 名_学 号_年 级_专 业电气工程及其自动化I目 录.I摘要.II第一章 异步电动机的概述 .11.1 异步电动机的用途及分类 .11-2.定子的结构组成及工作原理 .11.3 电机设计的过程 .21.4 异步电动机主要性能指标 .3第二章电机设计计算准备 .42.1 电机主要尺寸，绕组构成和原理 .42.2 主磁路. 52.3 电抗.62.4 损耗与效率 .72.5 通风散热. 82.6 电机设计要求.8第三章 电机设计计算程序 .113.1 额定数据和主要尺寸 .错误！未定义书签。3.

2、2 磁路计算 . 错误！未定义书签。3.3 参数的计算.错误！未定义书签。3.4 启动性能的计算.错误！未定义书签。3.5 电机设计的分析比较 . 错误！未定义书签。第四章总结.36参考文献.372摘要三相异步电动机又称为三相感应电动机。 感应电动机是基于气隙旋转磁场与 转子绕组中感应电流相互作用产生电磁转矩， 从而实现能量转换的一种交流电动 机。由于转子绕组电流是感应产生的，因此称为感应电动机。与其它电动机相比， 感应电动机具有结构简单，制造、使用、维护方便，运行可靠及重量轻成本低等 优点。此外，感应电动机还还便于派生各防护型式以使用不同环境条件的需要， 也有较高的效率和较好的工作特性。由于

3、感应电动机具有上述许多优点，它是工 业领域中应用最广泛。在中小型轧钢设备、矿山机械、机床、起重运输机械、鼓 风机、水泵和农副产品加工机械大多采用三相异步电动机来拖动。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。相比于单相异步电动机，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

4、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。关键词：三相异步电机 感应电动机 电机设计1第一章异步电动机的概述1.1异步电动机的用途及分类根据电机的可逆原理，异步电机既可用作电动机，也可用作发电机。但其作 发电机运行时性能较差，故很少采用。而用作电动机时具有较好的工作特性，故 其主要用作电动机。异步电动机结构简单，价格低廉，运行可靠，坚固耐用，易 于控制，因而是电动机中应用得最为广泛的一种。异步电动机是一种交流电机， 主要用作电动机，拖动各种生产机械，广泛应用于交通运输、农业生产以及国防、 文教、医疗和日常生活中。异步电动机具有较高的运行效率和较好的工

5、作特性， 从空载到满载范围内接 近恒速运行，能满足大多数工农业生产机械的传动要求。 异步电动机还便于派生 成各种防护型式，以适应不同环境条件的需要。随着电力电子器件以及交流变频 调速技术的发展，由异步电动机和变频调速器组成的交流调速系统的调速性能以 及经济性已可与直流调速系统相媲美，且使用维护简便，因而应用愈来愈广泛。由于异步电动机在运行过程中必须从电网吸收感性无功功率，因此其功率因素较差，总是小于1，此外，异步电动机空载电流大，起动和调速性能都不够理 想，是异步电机的主要缺点。异步电动机的种类很多，从不同的角度考虑，有不同的分类方法。按照相数来分，有单相异步电动机，三相异步电动机。大功率机械

6、拖动时， 一般都用三相异步电动机，日常生活和工业控制装置则多用单相异步电动机。按转子结构分，有鼠笼试异步电动机和绕线式异步电动机两种，其中，鼠笼式异步电动机，又包括单鼠笼式异步电动机、 双鼠笼式异步电动机和深槽式异步 电动机。按机壳的保护方式分，有防护式异步电动机、封闭式异步电动机，以及防爆 式异步电动机。1-2.定子的结构组成及工作原理三相异步电动机由定子和转子两个基本部分构成。转子按其结构可分为鼠笼 型和绕线型两种。定子由定子铁心、机座、定子绕组等部分组成，定子铁心是异步电动机磁路 的一部分，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

7、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。转子由转子铁心、转子绕组、转子支架、转轴和风扇等部分组成，转子铁心 和定子铁2心一样，也是由0.5毫米硅钢片叠压而成。鼠笼型转子的绕组是由安放 在转子铁心槽内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，在内部 星型或三角型。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，在气隙内 产生一个以同步转速ni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，将在导体内产生感

8、应电动势e2,电动势的方向 根据右手定则确定。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e2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根据左手定则，在N极下的所有电流方向为的导体和在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，

9、这就是异步电动机的基本工作原理。1.3电机设计的过程按照一般工业界的编程电机设计的过程可分为三个阶段：准备阶段、电磁设 计与结构设计。准备阶段：通常抱过两方便内容：首先是熟悉国家标准，收集相近电机的产 品样本和技术资料，并听取生产和使用单位的意见与要求； 然后在国家标准有关 规定及分析相应资料的基础上，编制技术任务或技术建议书。电磁设计：本阶段的任务是跟据技术任务书的规定，参相生产实践经验，通 过计算和方案比较，来确定与所设计电机电磁性有关的尺寸和数据，选定有关材料，并核算电磁性能。结构设计：结构设计的任务是确定电机的机械结构，零部件尺寸，加工要求 与材料的规格及性能要求，包括必要的机械计算及

10、通风和升温计算。1.4异步电动机主要性能指标异步电动机性能指标有：（1）效率：电动机输出机械功率与输入电功率之比。3（2）功率因素：电动机输入有效功率与视在功率之比。（3）起动电流：电动机在额定电压、额定频率和转子起动时从供电回路输 入的最大稳态方均根电流。（4）起动转矩：电动机在额定电压、额定频率和转子起动时说产生的转矩 的最小测得值。（5）最小转矩：电动机在额定电压、额定频率下，在零转速与对应于最大 转矩的转速之间所产生的稳态异步转矩的最小值。（6）最大转矩：电动机在额定电压、额定频率下说能产生的最大稳态异步 转矩。（7）噪声：电动机在空载稳态运行时A计权声功率级（dB），以及在额定负 载

11、运行是时超过空载运行的噪声声功率级增量。（8）振动；电动机在空载稳态运行时振动速率有效值。4第二章电机设计计算准备首先应根据产品通用标准、技术条件设计原始数据，然后进行电磁设计和结 构设计。电磁设计是根据设计技术要求确定电机的电磁负荷，计算转子、定子冲片和铁心各部分尺寸及绕组数据，进而核算电机各项参数及性能，并对设计数据 做必要的调整，直到达到要求，提出电磁设计单。结构设计是根据设计技术要求 及电磁设计确定的有关数据，确定电机总体结构、零部件尺寸、材料及加工要求， 绘制总装图及零部件图，进行必要的机械计算及热计算，提出全套生产图样。电机设计要进行多种方案的分析、 比较，或采用优化设计方法，以权

12、衡电机 性能、运行费用、制造成本、运行可靠性等因素，决定最优的设计。中小型电机 生产量大，使用面广，品种规格繁多，一般都成系列设计及制造。设计时，应充 分考虑到标准化、通用化、系列化的要求。2.1电机主要尺寸，绕组构成和原理主要尺寸指定子铁心外径D1、内径。订以及铁心长度。在已知电机的视在功 率及转速情况下，可借助利用系数的经验值或通过适当地选择电磁负荷，由式（2.1）计算的D/lef分别求得主要尺寸Dil与lef。参照定子内外径比的经验值可 估算定子外径D1。2Dilefn6.1（Z1） PN- pKNmKdqAB对应于系列电机的每一机座中心高， 根据合理利用机座径向空间及考虑硅钢 片的合理

13、套裁等要求，确定合理的定子冲片外径D1。设计时按U估算值或直接 按电机功率及转速，选定某一中心高的机座及与之相适应的外径。电机绕组要求各并联支路具有相同的电动势及阻抗。三相交流绕组要求各相 相轴在空间互差 1200电角度，并有相同的有效匝数，以保正各相电动势对称（即 大小相等、相位互差 1200电角度）。同时要求绕组感应电动势和产生磁动势的基 波分量尽可能大，而谐波分量尽可能小。交流绕组有多种分类方法，按绕组布置分类，有集中绕组及分布绕组；按相 带分类，有 1200、600、300相带绕组及混相绕组；按每极每相槽数q分类，有 整数槽绕组及分数槽绕组（q为整数或分数）；按槽内线圈边层数分类，有单

14、层 绕组、双层绕组及单双层绕组；按线圈形状和端部连接方式分类，有叠绕组、波 绕组以及同心式、链式、交叉式绕组。5直流电枢绕组一般按绕组元件与换向片之间连接规律不同而分为叠绕组、波绕组和蛙绕组。绕组由多个按一定规律连接的线圈构成，每一线圈包括置于于槽 中的有效部分及端接部分。若各相带的某些槽的线圈有规则地改属另一相，即为 混相绕组。双层绕组每槽分上下两层放两个线圈边，双层绕组所有线圈的形状、几何尺 寸相同，端部排列整齐，可选择有利节距以改善电动势和磁动势波形。2.2主磁路空载气隙磁场在直流电机和同步电机中由磁极绕组的直流励磁磁动势建立， 而在异步电机中则由定子绕组的交流磁动势建立。直流电机主极极

15、弧形状通常可分为以下三种：（1）均匀气隙；（2）偏心气隙，极弧与电枢外圆不同心，使气隙从中心至极尖逐渐增大；（3）极尖削角的均匀气隙，气隙从极弧两端约1/6长度处至极尖逐渐增大。 后两种电枢形状可抑制电枢反应所引起的气隙磁场畸变。凸极同步电机的磁极极弧形状大致有两种：（1）沿极弧范围内气隙是变化的，得到接近正弦的磁场分布；（2）气隙均匀，得到近似矩形的磁场分布。磁路计算是按给定的电机端电压求得每极磁通， 进而求取磁路各部分磁通密 度（磁密）和磁位降，计算所需的磁动势、励磁电流以及空载特性。磁路计算方 法的 依据是全电流定律，即总磁动势为磁场强度的线积分。实际计算是通过求 各段磁路，如气隙、齿、

16、轭、极身等部分磁位降的总和代替积分求得总磁动势。气隙的一边或两边有齿和槽，因此，实际的气隙磁密分布是不均匀的，气隙 磁位降较假定气隙光滑时的大，它的影响用气隙系数k对气隙长度加以修正， 设齿宽为t,槽口宽为bo，则气隙系数(2.2)式中对半闭口或半开口槽,对开口槽,/4.40.75bo.6径向通风道使磁通通过气隙的轴向长度减小，计算气隙磁密时的实际长度为铁心的有效长度lef-k,Nvbv，式中lt为铁心总长，Nv及bv为通风道数及其宽如定转子均有通风道，两者交错时应分别考虑；两者对齐且相等时，kv式中应以2bv代替bv沿齿部磁路不同位置的齿宽bt一般是变化的，不同截面处磁密及磁场强度是 不同的

17、。计算齿磁位降时，沿齿高分段越多，计算结果也越准确。实际计算时常 加以简化，取靠近齿部最窄的1/3齿高处的磁场强度为Ht。若齿宽不连续变化, 则应在不连续处分段计算。根据不同电机的磁路结构，由各部分磁位降之和求取所需的励磁磁动势。隐极同步电机及异步电机F -F Ft!FjiFt2 Fj2(2.3)式(2.3)中，Ftc为主极补偿齿磁位降，F、.j为磁极装配间隙磁位降。对直机，励磁电流(2.4)2.3电抗与初、次级父链的基波互感主磁通在绕组中感应电动势， 直接参与能量转换, 与基波主磁场相对应的电抗称为主电抗。多相交流绕组的每相主电抗、,4f % m(WG)2Xm兀p式中：Ks电机磁路总磁位降与

18、气隙磁位降之比;度,kvbv/(5 bv/、)流励磁的电机，励磁绕组匝数为Wf时，空载励磁电流 IfFWf(A)对异步电动(2.5)(A)7气隙磁导率对异步电机，主电抗即为励磁电抗；对同步电机，主电抗为电枢反应电抗UN/ IN为基准值的主电抗标么值、2%Kdp. A-1-Ks：；ef B从上式可知，主电抗与 成正比，而气隙长度增大，则主电抗减小。Bd漏磁通是绕组产生总磁通的一部分， 一般只与初、次级中一侧交链，不参与 能量转换。它能在绕组中感应电动势，该电动势频率与产生该磁通的电流频率相 同，通常用漏抗压降表示，因而每种漏抗都与某一部分漏磁通相对应，相应的有 槽漏抗、端部漏抗、齿端漏抗。设计中

19、常把某种与初、次级都交链的互感磁通也 归入漏抗，如谐波漏抗。不同的漏抗有不同的来源。例如槽漏抗由横向穿过槽壁的漏磁通引起；端部 漏抗由端部漏磁通引起，与绕组端部结构及尺寸有关，端部越长，和附近的磁性 金属构件越靠近，则端部漏磁导愈大。齿端漏抗是由齿端漏磁通引起，它是从一个齿顶出发，沿气隙到相邻的另一 个齿顶的漏磁通，齿端漏抗随槽口宽度与气隙长度比值的增大而减小。 对气隙较 小的电机，如异步电机可忽略齿端漏抗。谐波漏抗由气隙中高次谐波磁通引起。 有时把谐波漏抗划分为齿谐波漏抗及相带谐波漏抗。2.4损耗与效率损耗包括铜耗、铁耗、铜耗、风摩损耗和杂散损耗等。其中铜耗是电流流过 绕组产生的焦耳热损耗，

20、按我国标准规定绕组电阻应折算到与绕组绝缘等级相对 应的基准工作温度。若电流通过电刷与集电环或换向器，则应包括电刷接触损耗。 对直流电机，除电枢绕组的电阻损耗外，还应包括与之串联的换向极绕组及补偿 绕组的电阻损耗。对带励磁绕组的同步电机或直流电机，应计入励磁绕组的电阻 损耗。基本铁损耗是铁心中主磁通交变引起磁滞及涡流损耗。计算时应分别计算定 子或电枢铁心的齿、轭部铁损耗，然后相加。正常运行时，同步电机的磁极主磁 通不变，异步电机转子的磁通变化频率也很低，基本铁耗均可忽略。风摩损耗包括风扇及通风系统的损耗，电机转子表面与冷却介质的摩擦损 耗、轴承摩擦损耗、电刷摩擦损耗等。杂散损耗包括表面损耗和脉振

21、损耗。前者是由气隙谐波磁通相对与齿或磁极 铁心表面移动而在其表面产生的涡流损耗； 后者是该谐波磁通相对于齿移动， 使 进入齿中的谐波磁通脉动，因而在齿中产生的涡流及磁滞损耗。(2.6)8效率由输出功率P2及在该功率下各种损耗总和a P求得=1(2.7)P2中瓦 P一般考核在额定输出功率PN下的额定效率， 当电机运行在不变损耗和可变损 耗相等的负载时，电机运行效率最高。2.5通风散热电机冷却过程是把电机损耗产生的热量首先传递给一次冷却介质，已升高温 度的一次冷却介质，由新的低温冷却介质不断替换，或者通过某种形式的冷却器 由二次冷却介质加以冷却。常用冷却方式有：表面冷却、通风冷却、循环冷却、 管道

22、通风冷却等。风扇常作为驱使冷却介质循环所需要的动力，它应能产生足够的压力以克服 电机冷却通道中的压力降落，并输送足够的介质流量通过电机。 常用的风扇有离 心式和轴流式两种。电机绝缘结构按其耐热性分为AE、B F、H五个等级，不同耐热等级的极 限温度如下表：耐热等级AEBFH极限温度C)105120130155180电机绕组温升限值基本上取决于其绝缘结构耐热等级及环境温度，同时与温度测量方法有关，常用的方法有电阻法、温度计法及埋置检温法4。2.6电机设计要求丫系列电动机为全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，是按照国际电工委员 会(IEC)标准设计的，具有国际互换性的特点。用于空气中不含易燃、易炸或

23、腐 蚀性气体的场所。适用于无特殊要求的机械上，如机床、泵、风机、运输机、搅 拌机、农业机械等。也用于某些需要高起动转矩的机器上，如压缩机。通用丫系列的设计数据如表2-1所示。表21丫系列电动机的技术数据电动机型号额定功率KW满载转速(r/mi n)堵转转矩/额 定转矩最大转矩/额 定转矩同步转速1500r/min，4极Y801-40.5513902.22.2Y802-40.7513902.22.2Y90S-41.114002.22.29Y90L-41.514002.22.2Y100L-42.214202.22.2Y100L-4314202.22.2Y112M-4414402.22.2Y132S

24、-45.514402.22.2Y132M-47.514402.22.2Y160M-41114602.22.2Y160L-41514602.22.2Y180M-418.514702.02.2Y180L-42214702.02.2Y200L-43014702.02.2Y225S-43714801.92.2此外，国际电工委员会还设计的相应的安装代号，如表2-2所示表22Y系列电动机安装代号安装型式基本安装型由B3派生安装型B3V5V6B6B7B8示意图1a中心高（mm）8028080160安装型式基本安装型由B5派生安装型基本安装型由B35派生安装型口B5V1V3B35V15V36示意图11$- W

25、t中心高（mm）8022580280801608028080160综上所述，本文设计的Y160-M4型三相异步电动机基本数据如下：额定功率FN=4kW（似乎没有对上，下文应当以11KW的额定功率重新计算）（若待设计电机的额定功率为4KW/Y112M-4型中心高112mm推荐气隙为0.3mm而非下文的0.5mn），额定相电压UN=380V,相数m=3额定频率fN=50HZ,极对 数p=2，额定转速n=1460r/min，B级绝缘，连续运行，圭寸闭自冷式。输出功电 流（相）：IKW=3.51A。下文将根据标准确定定转子铁芯主要尺寸。由丫系列(IP44)三相异步电动机技术条件(H80-280毫米)(

26、JB3074-82), 待设计电机型号是丫160M-4丫系列的这种三相异步电动机中心高H是160mm。10查表知道定子外径D=260mm内径Di=170mm转子内径D2=60mm气隙长度g=0.5mm定、转子槽配合Q/Q2为36/28，绕组形式是单层绕组11第三章电机设计计算程序3.1额定数据和主要尺寸1.额定功率：PN=4.0KW2.额定电压：UN= UN：.：-380V（二接）3.功电流：LW=PN-4.0 10A-3.51AmUN3汇3804.效率：效率标准值=0.845.功率因素：功率因素标准值 cos = 0.826.极对数：p=27.定转子槽数定子槽数Q=36转子槽数Q2=268.

27、定转子每极槽数Qp1Qp29确定电机电机主要尺寸定、转子冲片尺寸定子外径D =260mm=26cm定子内径 Di1=170mm=17cm转子外径 D2=Di12* g =17 2* 0.5=16cm转子内径D2=6cm12R1bs1zsib01hsihr0br1ihr12br2示。Zsi=30Zs2=30图31三相异步电动机的定子槽型中小型异步电机定子槽型通常采用半闭口梨形槽。较小的槽开口可以减少铁芯表面损耗和齿部脉振损耗，并使气隙系数较小，以减小励磁电流；同时使得槽面积利用率高，冲模寿命较长；槽绝缘的弯曲程度较小，不易磨损，如图3-1所定子槽尺寸有bo1=0.32cmhso= 0.08cmb

28、s1= 0.51cmbs2= 0.73cmhs12=1.29cm图32三相异步电动机的转子圆底槽型 转子槽尺寸有b02=0.1cmhr。二0.05cmbn = 0.57cmbr2= 0.22cm2 szb0213hr12= 1.75cm图33槽绝缘结构示意图10气隙的确定气隙长度g =0.5mm=0.05cmDi11711.极距.p 26.70cmp2Di1汎；1712.疋子齿距t1-1.48cmQ136宀 elD2二16转子齿距t2-1.93cmQ22613.绕组节距定子绕组采用单层绕组，交叉式，节距1-9,2-10,18-11故绕组节距 y =(8 8 7)/3 =7.67通常，绕组节距y

29、的取值根据绕组的类型(单层或者双层)确定。对于本题的单层绕组，在计算时绕组短距系数Kp1时去整数，即 Kp1=1.014.转子斜槽度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，转子斜槽度 bsK般以与定子齿距t1的比值来表示，转子斜槽尺寸 BSK如下：BSK二bsK1.4 1.48二2.07cm15.定子绕组每槽导体数14并联支路a1=1.对于单层绕组，此题每槽导体数 乙=521517.绕组线规设计根据经验，一般按照类比法选取线规。当不合适时，应进行多次选取，直 至所选取的线规满足效率，启动性能和满槽率的要求等。计算本例所选取的线规为1 -G1.0。18.槽满率的计算先计算

30、槽面积Ss=笃1伽2h)2 0.365 0.510.3652(1.29-0.2)2=0.885cm式中，槽楔高度按表选取的，h=0.2cm对于单层绕组，槽绝缘所占面积S =G(2hs12二R)-0.025 (2 1.29二0.365)2=0.0931cm式中，槽绝缘厚度按表选取，Ci= 0.025cm2 2槽满率 Sf二N1 Z1 d=1521.879.59%Se0.7919 00019.铁心长铁心有效长 Leff=L 2g -12 2 0.05 =12.1cm净铁心长 LFe=KFeL =0.95 12 =11.4cm20.绕组系数对于单层绕组，其绕组的短距系数KP1恒等于1,即卩 Kp1

31、=116.每相串联导体数侶二邑叟624mla13 1R2216 43 20sin( ) sin( )Kd1=- 0.9620 ) q sin()3sin(2 2其中:=p=20=20Qi36所以绕组系数Kdp1= Kd1Kp1=0.96 1.0 =0.96每相有效串联导体数N叮1 = Kdpi N；1=384 0.9598 = 36821.每相有效串联导体数Z;iKdpi=Z;iKdpi= 624 0.96 = 5993.2磁路的计算22.满载电势ke1U11082.22 f Z；1kdp10.9061 380 108wb2.22 50 624 0.9598= 5.175 105Wb通常从这里

32、开始进行负载电势系数的循环计算，23.每极下齿部截面积定子齿截面积 ST1:Q2362ST1二 bT1LFe0.471 11.496.4cmp2转子齿截面积Q2262ST2=bT2LFe0.607 11.490.0cm2p224.定子、转子轭部磁路计算高度定子轭部计算高度般需要进行多次的循环设设负载电势系数初值= 0.9061172 2Sg =PLeff= 26.70 12.1m323.07cm从这里开始进行饱和系数的循环计算，一般需进行多次的循环。先假定饱 和系数 FT=1.30，则波幅系数查表为【2】Fs=1.45128.气隙磁密计算29.定子齿部磁密:30.转子齿部磁密25.26.DDi

33、1-hsR3226 -170.3651.735 +cm23=2.89cm转子轭部计算高度he 2X 1.91 竺2=3.13cm轭部导磁截面积定子轭部导磁截面积转子轭部导磁截面积一极下空气隙截面积 2Sci = hciLFe=2.89 汉 11.4 = 32.95cm 2SC2二hc2LFe= 3.13 11.4 = 35.68cm27.波幅系数BgSgJ =匚451 5175 105Gs二2324.2GS二0.2324323.07亦ST1U51 5175 105Gs = 7789.3Gs“7789T96.418BT2SST2J二4515.175 105GS= 83433GS二0.8343T9

34、0.0195定子轭磁密 Bci二-0.55.175 10Gs 二 7852.8GS 二 0.7853T2 Sci32.955转子轭磁密 BC2=10.55.175 10GS= 7251.9GS7253T2 Sc235.68根据上述计算出的BT1、BT2、Bc1、Bc2,按所采用硅钢片DR510牌号的磁化曲线 分别查取各部分磁路每厘米单位长度所需的安匝数atT1和atT2即为【3，at =27.64atT2=26.92atc1=12.0atc2=10.1734.有效气隙长度定子为半闭口槽，其卡式系数为1Xb(4.4g +0.75b1)Kc12-t1(4.4gO.75b01)-b11.48x(4.

35、4x0.05 +0.75x0.32)1.48 (4.4 0.05 0.75 0.32)-0.322= 1.618转子为半开口槽，其卡式系数为t2(4.4g0.75b2)t2(4.4g 0.75b2) _b021.93 (4.4 0.05 0.75 0.1)21.93 (4.4 0.05 0.75 0.1) -0.12= 1.0179有效空气气隙长度gg KC1KC2=0.05 1.618 1.0179 = 0.082335.齿部磁路计算长度定子齿部磁路计算长度hT11 1hs2产 .55235。.心十仙31.32.33.各部分磁路所需单位安匝数:Kc2hT1=hs120转子齿部磁路计算长度hT

36、22111hT2=hri+hr2+2=0 136 +0 614 + x 0.11cm = 1.79cm3336.轭部磁路计算长度定子轭部磁路计算长度LC1转子轭部磁路计算长度37.齿部所需安匝数AT二 athF =27.64 1.41 =39.0ATT2= atT2hT2= 26.92 1.79 = 48.238.定子轭部所需安匝数ATc1=C1atc1Ld =0.504 12 18.15 =109.7739.转子轭部所需安匝数ATc2=C2ate2Lc2= 0.381 10.17 2.15=8.33其中定子定轭部磁路校正系数C1二0.504和转子轭部磁路校正系数C2二0.381都是由查得。4

37、0.空气隙所需安匝数ATg=0.8Bgge= 0.8 0.2324 0.0823 = 0.015341.饱和系数误差=FT汗T=1.304 僖=0.31%1%，合格FT1.304其中，FT=1.30 在第27步里比较的二 Q -也)2p二(26 - 2.89)4cm = 18.15cm二(Di2-hc2)2p(3J3)c 2.254cm定子齿部所需安匝数转子齿部所需安匝数AT+ATT2+ATgFT=ATg39.0 48.2 286.9286.9=1.3042242.总安匝数23AT 二 ATTIATT2AT ATC2ATg二 39.0 48.2 109.77 8.33 0.0153 二 205

38、.3243.满载磁化电流:44磁化电流标么值45.励磁电抗Xm二丄=6.920411|m3.3参数的计算46.估计线圈平均半匝长线圈直线部分长度 LBLB= L 2 ch =122 1.5 =15cm线圈实际跨距为心_JID|1 +2(hs0+ hsJ + hs2+R pP3.14 17 2 (0.08 0.055) 1.235 0.365=-疋0.8522-17.22式中，按照单层交叉式绕组线圈跨距多的实际情况取平均值，即单层线圈平均半匝长 LZLZ=LBKs .y=15 1.16 17.22 =35cm47单层线圈端部平均长Ls=2 Ksy=2 1.5 1.16 17.22 = 23cm2

39、22ATP222 20532 2A = 0.5073A3Z oKdpi3 599订=丄=0.5073=0.14453.511kW: 一7.6679二0.8522448.漏抗系数252.63f(N：.：iKdpJ2LeffP2p U12103 * 52.63 50 599212.10 4252 3802105= 0.0790749定子槽比漏磁导0.082 0055=0.32 0.32 0.51=0.382对于圆底槽，按查得L1=.970【5】所以定子槽比漏磁导为=1X0.382+1X0.970 =1.352其中KU1二KL1=150.定子槽漏抗(3 26.70)(2)二 0.0823=0.022

40、4其中S=0.0129查表可得52.定子端部漏抗boi(boi bsi)Xd1(：2I/对1SFTCX3LpS1CXQ1Kdp1eff0.01290.95982 1.3040.0790726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：(23-0.64 17.22)0.9598212.10=0.057053.定子漏抗=0.0192+0.0224+0.0570=0.092354.转子槽比漏磁导s2二u2= 0.5 1.3288二1.8288式中，U2、L2是查表可得U2二虹二空3 4 5=0.5bg20.1L2=1.328855.转子槽漏抗3 乂 12.02 父 1.828826D2.1

41、0=0.033156.转子谐波漏抗Xel= 0.67(Ls0.64.y)2dpiCXLeff=0.670.0790727=0.1010查表得R=0.01693L2p(2Q2leffCX0.079073p- R2ge)FTCX(3 26.7)(2丿0.08230.01690.079071.3042857转子端部漏抗对于铸铝转子电机，一般转子导条长度LB= L端环平均直径 DR的取值是：DR= D2-1.2hr=16 -1.2 1.91=13.708=0.5 域(2.%.93)221010=0.058159.转子漏抗X2 =xs2Xd2Xe2XSK=0.0331+0.101+0.0339+0.05

42、81=0.226160.定、转子总漏抗x2=0.0923 0.2261=0.318461.定子直流电阻三相异步电机定子相电阻 R1:P LZZQfR1-a1S1N1100= 0.0217乂35汉6240.757xe2 :Leff(士L玉)Cx1.13 p0.75712.1012.0 -12.0(13.708) 0.079072=0.033958.转子斜槽漏抗XSK- .5(Xd2291 0.785 1 10030=6.037门62定子相电阻标幺值|KW二R1Ui=0.055863.有效材料用量定子铜线用量的近似计算Gcu =CLZZiQ1N 10*=1.05 35 52 36 0.785 1

43、8.9 10=4.8064 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 为导线密度硅钢片用量的近似计算2_3GFe二KFeL D127.8 10=0.95 12 2627.8 10=60.110kg64.转子电阻导条电阻折算值KB込SBQ2=3.19421端环电阻折算值2DR*RR= K (R2)=6.0373.513801.053 5992101.04 12.0 0.0434)0.702 2631兀 P SR32=3.3543门导条电阻标幺值端环电阻标幺值转子电阻标么值r2=rBrR=0.02295 0.0310=0.0539565.满载时定子电流有功分量标么值从这里进行效率的

44、循环计算，一般需进行多次的循环计算，先假定效率的初值=0.8517，那么i/，= 10.8511.174166.满载时转子电流无功分量标么值ix二Kmx (iP)21 (Kmx iP)2=1.0133X0.3184X(1. 1741)2X1+(1. 0133X0. 3184X1.1 741)2=0.2034其中，Km=1+im刘=1 + 0.1440.0923=1.013367满载时定子电流无功分量标么值iR=打匚=0.1445+0.2034=0.347968满载电势标么值kel=1 -L=1 - 任二 i；x1)=1-(1.1741X0. 0558+0.4994X0.0923) =0.906

45、0由于上述值与22项初设值KE较为接近相符，即有:23 5991042 13.708 0.043423.14 23.040.001RB1kw= 3.1942x3.51=380=0.02295rRRR1KWU13.3543 3.51380=0.031033所以可以继续进行下面的计算空载时电势系数ke0 = 1 - 0= 1 -imX1=1.0一0.1445 0.0923=0.9867空载时定子齿磁密keo0 9867BT10e_B =（） 0.7789=0.8483Tkei0.9060空载时转子齿磁密BT20=空BT（0.9867）0.8343=0.9086Tke10.9060空载时定子轭磁密k

46、e00 9867BC10亠 BC1=（） 0.7953=0.8661Tke10.9060空载时转子轭磁密ke00.9867BC20BC2 =（） 0.7253=0.7899Tke10.9060空载时气隙磁密空载时定子齿部所需安匝数AT二 2 at hT1=55.34X1.41=78.0空载时转子齿部所需安匝数ATT2二 2 atT2hT2=54.18X1.79=97.0空载时定子轭部所需安匝数ATc1=C1atc1LC1=0.47X12.0X18.15=102.4式中，定子轭部磁路长度校正系数，按查取，0二0.47空载时转子轭部所需安匝数ATC2=C2aLC2=0.33X10.17X2.254

47、=7.669.70.71.7273.74.75.76.77.78.79.Bg 0ke00.9867需Bg珂站）0.2324=0.2531T34式中，转子轭部磁路长度校正系数，按查取，C2=0.33空气隙所需安匝数35ATg=0.8Bgge=0.8 2324 0.0823 =153.080.空载总所需安匝数AT = AT ATr2ATC1ATC2ATg=78.0+97.0+102.4+7.6+153.0=438.081.空载磁化电流I2.22 p ATm0=3 Z.；1=2.2汉2汇4383 624 0.96=1.0724A82.定子电流标么值i (ipiR)= . (1.174120.3479

48、2) =1.2245定子电流实际值hkw=1.2245X3.51=4.2981A83.定子电流密度 2 2i2 =,(jpiX)=(1.174120.20342) =1.192转子电流实际值I2flkw3KdP1Q2I1L1 =a1N1S1空95.4753A mm21 1 0.78584.线负荷A1=3 Z：1h兀 Di13 6244.2983.14 17=301.46 A cm85.转子电流标么值36端环电流实际值I=28926=H97.20AAn p 3.14x2Pcu1勺2r -1.224520.0558 =0.0837FCupCU1P2103=0.0837 4.0 103=334.8W

49、 0.0347X7.5X103=260.25WPA1Z二 i；2r2=1.19220.05395 =0.0767PAI2二 PAI2P2103=0.0767 4.0 103=306.8W89.杂散损耗杂散损耗的大小与设计参数和工艺情况有关，目前尚难以确定，故以推荐值为主。这里推荐的为Ps=0.0058Ps = PsP2103=0.0058 4.0 103=23.2W90.机械损耗根据经验，一般类比法选取，参照机械损耗的取值如下:二级封闭自扇冷式Pfw= 40W= 1.1923.51=289.17A35992686.转子电流密度导条电密I2289.17-B =70.2SB= 4.119 A. m

50、m2端环电密AIR1197.20=R =SR304= 3.938 A. mm287.定子电气损耗88.转子电气损耗37机械损耗标么值Pfw40Pfw33=0.010P2104.0 x10定子铁耗定子齿部体积VTI= p Si，hTi=2x96.4x1.41 = 271.85定子轭部体积Vci=2p SciLei =22 32.95 18.15 =2392.17单位比铁耗91.根据空载磁密BT10、Bei0查的DR51C损耗曲线，得【10】pTi=0.048W/cm3pci=0.039W / cm3定子齿部铁耗PTi =PTiVT1=0.048 271.85 =13.05(5)定子轭部铁耗Pci

51、= pciVei=0.039 2392.17 = 93.29(6)定子总的铁耗根据经验，铁耗修正系数去ki=3.0、k2=2.5，故PFe=kiPTik2Pci=3.0 13.05 2.5 93.29=272.18(7)总铁耗标么值PFePFeP2103272.184 103= 0.0683894.总损耗比P0.2442p -0.1963P11.244295.效率= 1.0- B=1 -0.1963 = 0.8517验证：(85.17%84%)/85.17%=1.37%5%96.功率因数巾1.01.0cccccos0.828iin 1.2245汇0.851797.转差率Sn _PAl 2_1.

52、0 PAI2PsPFePfw=0.07671 +0.0767 +0.0058 +0.0415 +0.010=0.0423其中，旋转铁耗 APFe为PFe(PT1+ PC1).：PFe :PN272.18 (13.05 93.29)34.0 103=0.041598.转速n_120f(1.0S)92.总损耗标么值_ _ _ P =pcui +PAI2 +PFe+Ps+ Pfw= 0.08370.07670.068 0.00580.010= 0.244293.输入功率Pi=1 P =1 0.2442=1.244239P120 50 (1.0 -0.0423)4=1452r/mi n99.最大转矩1

53、.0 -sn401 -0.04232 (0.0058 .(0.005820.31842)=2.6023.4启动性能的计算100.起动电流假定初值从这里开始进行启动电流的循环计算，一般需进行多次的循环。先设定启 动电流倍数假定初值为 2=5.83 倍。那么启动电流的假定初值为：Ist=ist订KW=5.83 1.2245 3.51 -25.06A101.起动时磁路饱和引起的漏抗变化系数启动时产生漏磁的每槽安匝数Z12Q1:ATst=1st0.707 KU1(Kd1)2KP1keoaQ2= 25.065- 0.7071.0 0.9621.0竺.0.98671 26=1991.3气隙与定转子齿距比值

54、不同时的修正系数：冷=0.64 2.5.g= 0.9427空气隙中漏磁场的虚拟磁密rATstBL:1.6gc1991.31.6 0.05 0.9247= 26918由BL可查得漏抗饱和系数KZ=0.486【11.t1- t241102.齿顶漏磁饱和引起的定子齿顶宽度的减少42Csi=(ti- boi) (1 - Kz)=(1.48-0.32)X(1-0.486)=0.596103.齿顶漏磁饱和引起的转子齿顶宽度的减少CS2= (t2一b02)(1 - Kz)=(1.93-0.10)X(1-0.486)=0.941104.起动时定子槽比漏磁导AS1(St)= Ku1(Au1_.U1)- KLi；

55、L1=1.0 (0.382 -0.142) 1.0 0.970=1.21式中，按查取，定子槽漏抗的减少值为hS00.58hS1 /)(b01CS1(0.08 0.58 0.055)0.32(0.596(0.596 1.5 0.32=0.1937105.起动时定子槽漏抗s 1 ( st )1.352=0.0171106.起动时定子谐波漏抗xd 1( st)二KzXd 1=0.486 0.0224=0.0109107.起动时定子漏抗U1 =(CS11.5b1xs 1 ( st )=Xs11.2100.019243x1(st)二Xs1(st)Xd1(st) Xe144=0.0171+0.0109+0

56、.0570=0.0849108.考虑集肤效应转子导条相对高度=1.2544109.转子集肤效应系数按查取集肤效应系数为【13】rx 1.12,0.95roX0110.起动时转子槽比率磁导- L2(st)X0= (0.5 -0.452)0.95 1.3288= 1.3100.05 /0.941、x( )0.10.941 0.1二0.452111.起动时转子槽漏抗1.8288-0.0237=01987 1.8650一4.34S2(St)=U 2(st)：. V.L2(st)式中，按查取，转子槽漏抗的减少值为【14】hr0( )b02Cs2b2_hs2(st)xs 2( st)Xs2；=0.1987

57、hB45112.起动时谐波漏抗xd 2 ( st) = Kz xd 2=0.486X0.1010=0.0491113.起动时转子斜槽漏抗XSK(st)二Kz xSK=0.486X0.0581=0.0282114.起动时转子漏抗X2(st) =Xs2( st) Xd2(st) XSK(st) Xe1=0.0237+0.0491+0.0282+0.0570=0.158115.起动时总漏抗Xst二X1(st)X2(st)=0.0849+0.158 =0.2429116.起动时转子总电阻=1.12X0.0274+0.0310 =0.341117.起动时总电阻rst = r1 r2(st)=0.0558

58、+0.0341 =0.0899118.起动时总阻抗=.(0.089920.24292)zst=- (ret/X(st)r2(st)=(L-)L- LL-r-rR46=0.2589119.起动电流zst=3.510.2589=13.56A误差=0.676%启动电流倍数1st13.56ist =-114.2891120.起动时转矩倍数r2（st）Tst2（S - Sn）Zst=（0.341/0.25892）X（10.0423）=4.872（本结果似乎有些问题，并非表中所列的2.248）3.5电机设计的分析比较在我们的电机设计中，电机的一些重要数据和尺寸是可以初步确定，但是这些数据是不是符合技术条件

59、的要求，还需要经过核算，如果计算结果不能满足国家标准或者用户的特殊要求时，则需要找出原因。调整设计，直到各项性能指标 都达到技术条件要求，电磁设计方案才能确定下来。而在这些方案中，为了达到 某种性能指标要求，会得到不同的优化设计方案。14表3-1电磁方案的调整调整项目调整措施提咼效率（1）降低定子绕组电阻；（2）降低转子绕组电阻；（3）降低定子 铁心磁密；（4）减小机械损耗以及杂散损耗提咼cos（1）降低效率；（2）减小满载磁化电流；（3）降低满载电抗电流节省材料（1）缩短铁心长；（2）同时修改铁心长、线规以及每槽导体数；1stIKW=3.16倍47F面将本台电机的主要性能指标与技术条件中的标

60、准作比较如表3-2所示:表3-2本设计方案与标准电机比较标准值计算值偏差1.效率0.840.8517-1.39%2功率因数0.820.828+0.97%3.最大转矩倍数2.22.602+18.27%4起动转矩倍数2.22.248+10.5%5.起动电流倍数3.53.16-9.7%结果分析：改变铁心长，线规，转子宽度，转子的高度以及每槽导体数，槽 满率上升了，定子导线重增加了，而硅钢片重减小了，效率减低的同时功率因素 上升了，起动电流倍数，起动转矩倍数，最大转矩倍数都相应的下降了。一些小Tips（1）按照流程手工计算，完成异步电动机的电测设计，是比较经典的方法； 在验证槽满率、起动转矩倍数检验等