三相异步电动机设计分解.doc

第三章：三相异步电动机设计已 知：发电机输出功率：PN=6.1KW，效率为90.9%，电动机输出功率：PN=6.1/87%=7.01KW根据已经设计的发电机，可选择Y132M-4作为它的原动机拖动发电。Y132-M4异步电动机设计及磁路计算已知数据：输出功率 额定电压 相数 频率 极数 B级绝缘，连续运行（一）额定数据和主要尺寸：1. 额定功率： 2. 额定电压： （接）3. 功电流： 4. 效率：5. 功率因素：6. 极对数：7. 定转子槽数 每相每极槽数取整数 则 并采用斜肩平底槽8. 定转子每极槽数 9确定电机电机主要尺寸 主要尺寸来确定和计算功率 初选，可取，取，假定。 取 则 按定子内外径比求出定子冲片外径 取 铁心的有效长度： 取铁心长10气隙的确定 于是铁心有效长度转子外径转子内径先按转轴直径：11极距 12定子齿距 转子齿距 13定子绕组采用单层绕组，交叉式，节距1-9，2-10，11-1214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，于是转子斜槽宽15.设计定子绕组 并联支路.每槽导体数16.每相串联匝数 每相串联匝数 17.绕组线规设计 初选定子电密，计算导线并绕根数和每根导线截面积的乘积。 其中定子电流初步估计值 选用截面积相近的铜线：高强度漆包线，并绕根数，线径，绝缘后直径，截面积，18. 设计定子槽形 取19. 槽在面积 按槽绝缘采用DMDM复合绝缘，槽楔为，复合板，槽绝缘占面积。 槽满率 20. 绕组系数 其中 每相有效串联导体数 21.设计转子槽形与转子绕组 预计转子导条电流： 其中由资料查出。 初步取转子导条电密，于是导条的截面积： 导条截面积（转子槽面积）估计端环电流 端环所需面积 其中 端环电密得端环所需面积为（二）磁路计算22. 满载电势 初设 23. 每极磁通初设 由图3-5查得 为计算磁路各部分磁密，需先计算磁路中各部分的磁导截面24. 每极下齿部截面积 25. 定子轭部高度 转子轭部高度 轭部导磁截面积 26. 一极下空气隙截面积 27. 波幅系数 28. 气隙磁密计算 29. 定子齿部磁密： 30. 转子齿部磁密 31. 从D23磁化曲线找出对应上述磁密的磁场强度： 32. 有效气隙长度 其中气隙系数为 33. 齿部磁路计算长度 34. 轭部磁路计算长度 35. 气隙磁压降 36. 齿部磁压降 37. 饱和系数 误差=，合格38. 定子轭部磁密 39. 转子轭部磁密 40. 从D23磁化曲线找出对应上述磁密的磁场强度： 41. 轭部磁压降：其中轭部磁位降校正系数由资料的附图查出 , 于是 ，于是 42. 每极磁势 43. 满载磁化电流： 44. 磁化电流标么值 45. 励磁电抗 （三）参数计算46. 线圈平均半匝长 单层线圈 =0.195+1.2×0.09929=0.314m=0.165+2×0.015=0.195my =0.141+2(0.8+0.924)+(14.5-0.924)×10-3+4.4×10-3/2×2=99.29×10-3m节距比 2/31,取=0.8其中d1是线圈直线部分伸出铁心的长度，取1030mm。kc是经验系数取1.247单层线圈端部平均长 2×0.015+1.2×0.0993=0.150m48漏抗系数 Cx = 4××50×0.4×10-7（0.9598×192）2×0.163×7.5×10-3/3×2×3802 =0.03787 49定子槽比漏磁导 =1×0.410+1×0.830=1.24=0.410 = 0.830 因=1.543 =0.76其中Ku1=KL1=150定子槽漏抗 = =0.440 Cx 51定子谐波漏抗 =0.5877Cx 其中S=0.00952定子端部漏抗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：=0.270Cx53定子漏抗 =（0.440+0.5877+0.27）Cx=1.2977Cx=0.0491 54转子槽比漏磁导 =1.73h/b2=7.6， b1/b2=1.83查表得L=1.33055转子槽漏抗 =0.821Cx56转子谐波漏抗 =0.9023 Cx 查表得R=0.01557转子端部漏抗 XE2* =0.150 Cx58转子斜槽漏抗 =0.29Cx59转子漏抗 =(0.821+0.9023+0.15+0.29)Cx=2.1633 Cx=0.0819 60总漏抗 =0.131 61定子直流电阻 R1=1.19662定子相电阻标幺值 R1*= =0.0207 63有效材料 定子导线重量 =1.05×0.314×32×36×1.0936×10-6×8.9×103=7.393 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1.05为导线密度 硅钢片重量 GFe =0.95×0.163×（0.22+0.005）2×7.8×10-3=61.897 kg 式中为冲剪余量，取5×10-3m64转子电阻导条电阻折算值 RB=1.162 式中KB是叠片不整齐造成导条电阻增加的系数端环电阻折算值 RR=0.03716导条电阻标幺值 RB*= =0.02012 端环电阻标幺值 RR*= =0.00643 转子电阻标么值 R2* =RB* +RR*=0.02655 （四） 工作性能计算65. 满载时定子电流有功分量标么值 I1p*= 66. 满载时转子电流无功分量标么值Ix*=* I1p*21+(* I1p*)2=1.0216×0.13944×(1.1236)2×1+(1.0216×0.1394×1.1236)2 =0.181 =1+ =1.0216 67满载时定子电流无功分量标么值I1Q* =Im*+ Ix*=0.469+0.143=0.65 68 满载电势标么值KE=1=1(I1p*R1 *+ I1Q* *)=1(1.1236×0.0207+0.65×0.0491)=0.942 与22项初设值KE相符69. 空载时电势标么值 1=1Im* *=10.309×0.0419 =0.976 70. 空载时定子齿磁密 Bt10=1.637T 71. 空载时转子齿磁密 Bt20=1.658T 72 空载时定子轭磁密 Bj10=1.502T 73. 空载时转子轭磁密 Bj20=1.287T 74. 空载时气隙磁密 =0.748T75. 空载时定子齿部磁压降 Ft10 =Ht10Lt1=46.8×102×15.97×10-3=74.74A76. 空载时转子齿部磁压降 Ft20=Ht20Lt2=53.4×102×23×10-3=122.82A77. 空载时定子轭部磁压降 Fj10=Cj1Hj10Lj1=0.40 ×20.1×102×78.81×10-3=63.36A78. 空载时转子轭部磁压降 Fj20=Cj2Hj20Lj2=0.43 ×8.90×102×27.69×10-3=10.597A79. 空气隙磁压降 =244.05A 80. 空载总磁压降 =74.74+122.82+63.36+10.597+244.05=504.97A 81. 空载磁化电流 =4.06A （四）工作性能计算82. 定子电流标么值 =1.249 定子电流实际值 1.249×6.58=8.51A 83. 定子电流密度 J1=84. 线负荷 A1= 85. 转子电流标么值 I2* = =1.139 转子电流实际值 I2 = =258.96A 端环电流实际值 IR=A 86. 转子电流密度 导条电密 端环电密 87. 定子电气损耗 =1.2942×0.0207=0.0347 0.0347×7.5×103=260.25W88. 转子电气损耗 =1.1392×0.02655=0.0344 PAl2 = PAl2* PN=0.0344×7.5×103=258W89. 附加损耗铜条转子 Ps*=0.02 Ps= Ps* PN=0.02×7.5×103=150W90. 机械损耗 二级封闭自扇冷式 Pf w = (3/p)2(D1)4×104= (3/2)2×(0.22)4×104=52.7W 机械损耗标么值 Pfw*= Pf w/ PN=52.7/7.5×103=0.00703 91. 定子铁耗(1) 定子轭重量 Gt=4pAt1Lt1=4×2×2.934×10-3×78.81×10-3×7.8×103=14.43(2) 定子齿重量 Gj=2pAj1Lj1=4×2×8.26×10-3×15.97×10-3×7.8×103=4.116(3) 损耗系数 Phet =6.8 Phej=5.1(4) 定子齿损耗 PFet= K1 Phet Gt=2×5.10×14.43=147.2W(5) 定子轭损耗 PFej= K2Phej Gj =2.5×6.80×4.116=69.97W(6) 定子铁耗 PFe= PFet+ PFej=147.2+69.97=217.17W 对于半闭口槽按经验取 K1=2 K2=2.5铁耗标么值 PFe*= PFe/ PN=217.17/7.5×103=0.029 92. 总损耗标么值 p*= Pcu1* +PAl2* +Pfw* +Ps* +PFe* =0.0347+0.0344+0.02+0.00703+0.029 =0.1251 93. 输出功率 PN1*=1+p*=1+0.1251=1.1251 94. 效率 =1p*/ PN1*=10.1251/1.1251=0.869% (87%86.9%)/87%=0.115%<0.5%95. 功率因数 =I1p*/I1*=1.1249/1.294=0.87 96. 转差率 SN= = =0.0319 PFer*=0.015497. 转速 nN=(60f/p)(1SN)=60×50/2×(10.0319)=1452r/min 98. 最大转矩倍数 Tm*=2.74 (五)起动性能计算99. 起动电流假设值 Ist=(2.53.5) Tm*Ikw=3×3.157×6.58=59.1A 100. 起动时定转子槽磁势平均值 Fst= Ist(Ns1/a1)0.707Ku1+Kd12Kp1(Z1/Z2) =59.1×32×0.707×1+0.95982×1×(36/32)×=2836.5A101空气隙中漏磁场的虚拟磁密BL=0 Fst/2=0.4×10-6×2836.5/2×0.4×10-3×0.9367=4.757T =0.64+2.5=0.64+2.5=0.9367 由BL查得漏抗饱和系数Kz=0.44102齿顶漏磁饱和引起的定子齿顶宽度的减少CS1=(t1b01)(1Kz)=(12.3-3.5)×(10.44)=4.93×10-3m 103.齿顶漏磁饱和引起的转子齿顶宽度的减少CS2=(t2b02)(1Kz)=(16.11)×(10.44)=8.456×10-3m104.起动时定子槽比漏磁导=Ku1()+KL1= (0.410-0.185)+ 0.83=1.055 = =0.185105.起动时定子槽漏抗 Xs1(st)* = ()Xs1*=(1.055/1.24)×0.440CX=0.3743CX106.起动时定子谐波漏抗 X1(st)*=KZ X1*=0.44×0.5877 CX =0.2586CX107.起动时定子漏抗 X1(st)*= Xs1(st)*+ X1(st)*+XE1*=(0.3743+0.2586+0.270) CX =0.0342 108.考虑集肤效应转子导条相对高度 =1.987×10-3hB=1.987×10-3×23×10-350/0.0434×10-6 =1.551 hB转子导条高度 hB=23×10-3mbB/bS2导条宽和槽宽之比 bB/bS21109.转子电阻增加系数和电抗减少系数 KF=1.7 KX=0.90110.起动时转子槽比率磁导 =（0.5-0.447）+0.90×1.73= 1.61=(h02/b02)CS2/(CS2+b02)=(0.5/1)×8.456/(8.456+1)=0.447111.起动时转子槽漏抗Xs2(st)* = ()Xs2*=(1.61/2.23)×0.821 CX=0.593CX112.起动时谐波漏抗 X2(st)*=KZ X2* =0.44×0.9023 CX =0.397CX113.起动时转子斜槽漏抗 XSK(st)*=KZ XSK* =0.44×0.29CX =0.1276CX114.起动时转子漏抗 X2(st)*= Xs2(st)*+ X2(st)*+XE2*+ XSK(st)* =(0.593+0.397+0.1276+0.150) CX=0.048 115.起动时总漏抗 X(St)* =X2(St)* +X1(St)*=0.0342+0.048=0.0822 116.起动时转子总电阻 R2(st)*=KFRB*+RR*=1.7×0.02012+0.00643=0.0406 117.起动时总电阻 Rst* =R1* +R2(st)*=0.0207+0.0406=0.0613 118.起动时总阻抗 Zst*=0.1121119.起动电流Ist=Ikw/Zst*=6.58/0.1121=58.6A 误差=0.676%ist= Ist/I1=58.6/8.69=6.75 120.起动时转矩倍数TSt*=( R2(st)*/ Zst*2)(1SN) =(0.0406/0.11212)×(10.0319) =2.458 下面将本台电机的主要性能指标与技术条件中的标准作一比较：标准值计算值偏差1.效率0.870.869-0.115%2功率因数0.850.87+2.3%3最大转矩倍数2.22.74+19.7%4起动转矩倍数2.22.458+10.5%5起动电流倍数76.75-3.6%