第十章-感应电机的电磁设计.课件.ppt
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1、第十章第十章 感应电机的电磁设计感应电机的电磁设计10-1 概述概述主要内容:主要内容: 主要尺寸与气隙的确定;主要尺寸与气隙的确定; 定转子绕组与冲片设计;定转子绕组与冲片设计; 工作性能的计算;工作性能的计算; 起动性能的计算;起动性能的计算; 深槽式、双笼转子感应电机的设计特点。深槽式、双笼转子感应电机的设计特点。一、一、我国感应电机主要系列我国感应电机主要系列 100个系列,个系列,500多个品种,多个品种,5000多个规格多个规格 大型:大型:VUkWPmDmmH6000.300040016301中型:中型:VUkWPmDmmH6000.3000,380)125045()0 . 15
2、 . 0()630355(1小型:小型:VUkWPmDmmH380)13255. 0()5 . 012. 0()31580(1基本系列:基本系列:Y(IP44) 小型三相感应电动机小型三相感应电动机J2,JO2 小型三相感应感应电动机小型三相感应感应电动机JS 三相笼型转子感应电动机(中型)三相笼型转子感应电动机(中型)JR 三相绕线转子感应电动机(中型)三相绕线转子感应电动机(中型)JS2,JSL2 三相感应电动机(中型、低压)三相感应电动机(中型、低压)JR2,JRL2 三相感应电动机(中型、低压)三相感应电动机(中型、低压)Y 三相笼型转子感应电动机(大型)三相笼型转子感应电动机(大型)
3、 YR 三相绕线转子感应电动机(大型)三相绕线转子感应电动机(大型)YK 大型高速感应电动机大型高速感应电动机派生、专用系列:派生、专用系列: YQ 高起动转矩感应电动机(小型)高起动转矩感应电动机(小型) YH 高转差率感应电动机(小型)高转差率感应电动机(小型) YD 变极多速感应电动机变极多速感应电动机 YZ 起重及冶金用感应电动机起重及冶金用感应电动机 YQS 潜水感应电机潜水感应电机 YLB 立式深井泵用感应电动机立式深井泵用感应电动机二、二、感应电动机的主要性能指标和额定数据感应电动机的主要性能指标和额定数据(一)主要性能指标(一)主要性能指标NstIIcosFecu,NMTTmi
4、nTNstTT效率效率起动电流倍数起动电流倍数功率因数功率因数绕组、铁心温升绕组、铁心温升最大转矩倍数最大转矩倍数起动过程中最小转矩起动过程中最小转矩起动转矩倍数起动转矩倍数NPNUNfNnNUNPNNKWUmPI1NNKWNKWPUmIUZ21NNNnPT9550 额定电压额定电压 额定频率额定频率 额定转速额定转速 基值:基值: (二)额定数据(二)额定数据额定功率额定功率电压:电压:电流:电流:功率:功率:阻抗:阻抗:转矩:转矩:10-2 主要尺寸与气隙的确定主要尺寸与气隙的确定主要尺寸和计算功率主要尺寸和计算功率nPCnPABKKlDAdpNmpef11 . 62计算功率:计算功率:1
5、11IEmP 额定功率:额定功率:cos11IUmPNNNNPUEPcos11由前推导(相量图):由前推导(相量图):0),(1NUE引入电势系数引入电势系数LLQPNEXIRIUEK1)(1*1*1*1*11NLPPcos1)1 (设计方法:设计方法:cos,已知,已知,*1*1,XR未知,需先假定一个未知,需先假定一个)1 (L值。值。预估预估95. 085. 0)1 (L,完成磁路参数计算后,偏差,完成磁路参数计算后,偏差%5 . 0)1 ()1 (LL)1 (L2极小型:极小型:经验公式估算:经验公式估算:NLPln0866. 092. 01非非2极小型:极小型:pPNL013. 0l
6、n0108. 0931. 01中型:中型:pPNL01. 0ln0109. 0892. 01二、电磁负荷的选择二、电磁负荷的选择 磁化电流:磁化电流:11109 . 02dpmKNmpFI 每极磁势每极磁势0F主要用来克服主要用来克服F,mI决定于决定于B,ABIIKWmcos,*mIABBAUXIXNKW*ststITTXAB,max*选取方法:选取方法: 中小型:中小型:TBmAA)8 . 05 . 0(/)10501015(33大大 型:型:BA,可略高可略高三、主要尺寸比的选择三、主要尺寸比的选择对于一定的极数,定子铁心外径对于一定的极数,定子铁心外径1D与内径与内径1 iD存在一定比
7、例(表存在一定比例(表10-3)11iDD变动范围在变动范围在5%左右。左右。 四、主要尺寸的确定四、主要尺寸的确定efiNLlDBAnPP21,110, 210cos1)1 (选择表参考图1、VnPABKKlDdpNmpefi11 . 621 KNm 气隙磁场波形系数,当气隙磁场正弦分布时;气隙磁场波形系数,当气隙磁场正弦分布时;11. 1NmK双层单层定子基波绕组系数92. 096. 01dpK p 计算极弧系数;计算极弧系数;饱和正弦不饱和)71. 066. 0(637. 02BBavp2、参考表、参考表10-2选择选择值,值,pDlief21VDpDlDiiefi3131212312p
8、VDi初步计算初步计算211111313102iefiiiDVlDDDDpVD按标准外径调整达式参考表五、空气隙的确定五、空气隙的确定1、影响:、影响:cosmI温升损耗影响机械可靠性过小,maxTTXst2、气隙、气隙基本上决定于定子内径、轴直径、轴承间的转子长度。基本上决定于定子内径、轴直径、轴承间的转子长度。3、经验公式:、经验公式:小功率电机:小功率电机:铁心长度:10)74 . 0(3.031ttilmlD大、中型电机:大、中型电机:mpDi3110)291 (10-3 定子绕组与铁心的设计定子绕组与铁心的设计定子槽数的选择定子槽数的选择pmZq2111q1、值大小对电机的参数、附加
9、损耗、温升、绝缘材、值大小对电机的参数、附加损耗、温升、绝缘材料耗量等有影响料耗量等有影响1q大大定子谐波磁场减小,定子谐波磁场减小,adpX 每槽导体数减少,每槽导体数减少,ssssXbhZX,1槽中线圈边总散热面积槽中线圈边总散热面积,利于散热,利于散热绝缘材料用量、工时绝缘材料用量、工时,槽利用率,槽利用率2、 一般感应电动机:一般感应电动机:1q=(26) 取整数取整数极数少,功率大电机:极数少,功率大电机:1q取大些取大些 (2极取极取 =(69) 1q极数多电机:极数多电机:1q取小些取小些二、二、定子绕组型式和节距的选择定子绕组型式和节距的选择(一)单层绕组(一)单层绕组优点:优
10、点: 槽内无层间绝缘,槽利用率高;槽内无层间绝缘,槽利用率高; 同槽内导线同相,不会发生相间击穿;同槽内导线同相,不会发生相间击穿; 线圈总数比双层少一半,嵌线方便。线圈总数比双层少一半,嵌线方便。缺点:缺点: 不易做成短距,磁势波形较双层为差;不易做成短距,磁势波形较双层为差; 电机导线粗时,绕组嵌放和端部整形较困难。电机导线粗时,绕组嵌放和端部整形较困难。同心式绕组:同心式绕组: 嵌线容易,易实现机械化,嵌线容易,易实现机械化,1q=4,6,8二极电机;端部用铜多,一极相组中二极电机;端部用铜多,一极相组中各线圈尺寸不同,制作复杂;各线圈尺寸不同,制作复杂;链式绕组:链式绕组: 各线圈大小
11、相同,嵌线困难,各线圈大小相同,嵌线困难,1q=2 的的4,6,8极电机;极电机;交叉式绕组:交叉式绕组:可以节省端部接线,可以节省端部接线,1q为奇数电机。为奇数电机。(二)双层绕组(二)双层绕组适用于功率较大的感应电动机适用于功率较大的感应电动机 优点:优点: 可选择有利的节距以改善磁势、电势波形,可选择有利的节距以改善磁势、电势波形,使电机电气性能好;使电机电气性能好; 端部排列方便;端部排列方便; 线圈尺寸相同,便于制造。线圈尺寸相同,便于制造。 缺点:绝缘材料多,嵌线麻烦缺点:绝缘材料多,嵌线麻烦(三)单双层绕组和(三)单双层绕组和Y-混合绕组混合绕组1、单双层绕组:短距时,某些槽内
12、上下层导体属于同一相,、单双层绕组:短距时,某些槽内上下层导体属于同一相,而某些槽内上下层属于不同相。把属于同相上下层导体合起而某些槽内上下层属于不同相。把属于同相上下层导体合起来,用单层绕组代替,而不同相的仍保持原来的双层,按同来,用单层绕组代替,而不同相的仍保持原来的双层,按同心式绕组端部形状将端部连接起来。心式绕组端部形状将端部连接起来。2、Y-混合绕组:把普通混合绕组:把普通60相带三相绕组分成两套三相带三相绕组分成两套三相绕组;其空间相位互差相绕组;其空间相位互差30电角度,一套电角度,一套Y,一套,一套;电;电流在时间相位上互差流在时间相位上互差30。(四)绕组节距的选择(四)绕组
13、节距的选择双层绕组双层绕组正常电机:正常电机:65y削弱削弱5、7次谐波次谐波两极电机:两极电机:32y便于嵌线,缩短端部长度便于嵌线,缩短端部长度单层绕组:单层绕组: 一般用整距一般用整距分布系数:分布系数:槽距电角111122sin)2sin(ZpqqKd短距系数:短距系数:11112sinqmyKp基波绕组系数:基波绕组系数:111pddpKKK三、每相串联导体数、每槽导体数计算三、每相串联导体数、每槽导体数计算KWiKWiImADNIIDINmA11111111coscos线负荷1N大小影响大小影响AB、数值。数值。1NABcosmaxTstTstI, 设计时常通过改动设计时常通过改动
14、1N来取得若干不同设计方案进行优化。来取得若干不同设计方案进行优化。每槽导体数:每槽导体数:每相串联匝数双层单层111111111112:NNNNNNZNamNsss四、电流密度的选择及线规、并绕根数和并联支路数的四、电流密度的选择及线规、并绕根数和并联支路数的确定确定1、电密:、电密:寿命和可靠性降低降低成本节省材料pAJc,1大、中、小型铜线电机:大、中、小型铜线电机:2661/)105 . 6104(mAJ对大型电机:参考极距对大型电机:参考极距的大小来选择的大小来选择1AJ(热负荷)。(热负荷)。2、线规:、线规:并联支路数导线并绕根数定子额定相电流11111111aNIJNaIAtt
15、c3、并联支路数:、并联支路数:双层:双层: 条件条件12ap=整数,整数,pa2max1单层:单层:paqpaqmax11max112奇数偶数小型电机:线径小型电机:线径8,68. 11tNmmD根,极数少电机取较大根,极数少电机取较大 ;大型电机:扁导线大型电机:扁导线 导线宽厚比导线宽厚比)0 . 45 . 1 (ab,槽口、槽宽、槽高尺寸适当;,槽口、槽宽、槽高尺寸适当; 每根导线截面积每根导线截面积 152mm步骤:步骤:计算导线截面计算导线截面11111JNaIAtc 查标准线规表查标准线规表 选标准导线选标准导线 圆线直径、扁线宽厚圆线直径、扁线宽厚五、五、定子冲片的设计定子冲片
16、的设计(一)槽形:(一)槽形:半闭口槽(梨形槽、梯形槽)半闭口槽(梨形槽、梯形槽)半开口槽半开口槽开口槽开口槽(二)槽满率:(二)槽满率: 导线有规则排列所占的面积与槽有效面积之比。导线有规则排列所占的面积与槽有效面积之比。槽绝缘所占面积槽面积槽有效面积绝缘导线直径isiseffefstfAAAAAdSAdNNS)%8075(%100211)2()()22()(2)(22211121212211121rhiAbrrhiArhhbrAsisiss单层双层(三)槽形尺寸的确定(三)槽形尺寸的确定考虑因素:考虑因素: 槽满率槽满率fS 齿部和轭部磁密要适当;齿部和轭部磁密要适当; 齿部有足够机械强度
17、,轭部有齿部有足够机械强度,轭部有足够刚度;足够刚度; 槽形尺寸深宽比对电机参数的槽形尺寸深宽比对电机参数的影响。影响。1、半闭口槽、半闭口槽 假定一个齿距内的气隙磁通全部进入齿内,则定子齿宽假定一个齿距内的气隙磁通全部进入齿内,则定子齿宽TBKZDttBKBtbtFeitFet)6 . 14 . 1 ()(95. 0),(92.011111111定子齿磁密不涂漆涂漆铁心叠压系数定子齿距 每极磁通经齿部后分两部分进入轭部,定子轭部计算高度每极磁通经齿部后分两部分进入轭部,定子轭部计算高度)68. 0()5 . 11 . 1 ()(21111pptjjFepjTBBBKBh计算极弧系数定子轭部磁
18、密 槽口宽度:槽口宽度: 01b机械嵌线时,槽口还需适当放宽。机械嵌线时,槽口还需适当放宽。=2.5-4.0mm,比线径大,比线径大1.2-1.6mm; 槽口高度:槽口高度:01h=0.52.0 mm1角:角: 30左右左右根据估算和选用数据,作图确定尺寸,核算槽满率,必要调整根据估算和选用数据,作图确定尺寸,核算槽满率,必要调整2、平行槽、平行槽槽形尺寸和扁线尺寸及绝缘结构尺寸结合考虑,不须核算槽槽形尺寸和扁线尺寸及绝缘结构尺寸结合考虑,不须核算槽满率。满率。1111)5 . 55 . 3()62. 045. 0(sssbhtb最后需核验齿部最小磁密最后需核验齿部最小磁密TBt0 . 2ma
19、x10-4 转子绕组与铁心的设计转子绕组与铁心的设计一、一、笼型转子的设计计算笼型转子的设计计算(一)转子槽数的选择及定转子槽配合问题(一)转子槽数的选择及定转子槽配合问题1、槽配合对附加损耗的影响、槽配合对附加损耗的影响2、槽配合对异步附加转矩的影响、槽配合对异步附加转矩的影响3、槽配合对同步附加转矩的影响、槽配合对同步附加转矩的影响4、槽配合对振动和噪声的影响、槽配合对振动和噪声的影响5、感应电机定、转子槽配合的选择、感应电机定、转子槽配合的选择原则:原则: 为减小附加损耗,应采用少槽近槽配合;为减小附加损耗,应采用少槽近槽配合; 为避免起动过程中较强的异步附加损耗,使为避免起动过程中较强
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