三相异步电动机设计分解.docx

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三相异步电动机设计分解

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:

输出功率口=7.5kw

额定电压U^38CV相数m=3频率f=50HZ极数P=2

B级绝缘，连续运行

（一）额定数据和主要尺寸:

1.额定功率:

巳=7.5KW

2.额定电压:

Un=U^=38CV（心接）

3.功电流：

7.5咒103

A=6.58A

mUN①3X380

4.效率：

n'=0.875.功率因素：

cos®=0.85

每相每极槽数取整数5=3则乙=2mpq=2x3X2X3=36

8.定转子每极槽数

乙竺=9

乙32=8

9.确定电机电机主要尺寸

主要尺寸来确定Dil和lef

Ke=0.0108lnPn—0.013p+0.931

=0.01081n7.5-0.013咒2+0.931

=0.927

计算功率

P=Kencos©

=0.927咒

0.87x0.85

=9.4KW

初选ap=0.68，KNm1.095，心=0.96可取a'=25600%，取B^0.67T，

假定n'=1440

9.4X103

•

apKNmKdP1AB§n

0.68X1.095X0.96*25600X0.671440

=0.00324m

则D普VF.5“

4X0.00324m=0.141m

按定子内外径比求出定子冲片外径

d1=Di1=0141=0.2203m

Di1/D0.64

取D,=0.22m

Djj=U^（DjJD）=0.22/0.64=0.141m

铁心的有效长度：

l“

V咤=0.163m

0.1412

Di2

取铁心长li=0.160m

0.气隙的确定

右=0.3（0.4+7（9詁」咒10’

=0.3天（0.4+7（0.141x0.160）x10'm

止0.4咒10m

于是铁心有效长度lef=li+26=（0.160+2x0.0004）m=0.16,m

转子外径D2=Dii-25=（0.141-2x0.0004）m=0.140m

转子内径先按转轴直径：

Di2=0.048m

11.极距T=

兀Di1H>^0.141

=0.11im

12.定子齿距

t1=

码1

兀X0.141

36=0.0123m

转子齿距

兀D2

厶2

^^^=0.0161m

13.定子绕组采用单层绕组，交叉式，节距1-9,2-10,11-12

14.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，于是

转子斜槽宽bsk=0.0130m

并联支路a^1.每槽导体数Ns"!

=32

16.每相串联匝数

勺=32空=384

3x1

每相串联匝数

齐192

17.绕组线规设计

初选定子电密

Ji=4.0A

mm2，计算导线并绕根数和每根导线截面积的乘积。

=2.22mm2

其中定子电流初步估计值

1KW

6.58

11"n'cos®'"0.87天0.85"8.90A

选用截面积相近的铜线：

高强度漆包线，并绕根数Nii=2，线径di=1.18mm，

绝缘后直径d=1.25mm，截面积入=1.0936mm2，叫儿=2.1872mm2

18.设计定子槽形

bi1min

叫Di1+2（h01+hs11）]f

兀[0.140+2x（0.8+0.924）X10’]67咒10^

=5.9X10°m

bi1min

」5+2仇1也2）"一2「1

n[O.14怡（0.8+14.护10力亠4.必10」

=6.17X10」m

2兀r,

2x4.4+6.7X（14.50.5）+

兀X4.4

按槽绝缘采用DMD血合绝缘,

=138.9咒10饷/

Ai=0.3mm，槽楔为h=0.5mm,复合板，槽绝缘占面积。

A=A（2hi2+眄）

=0.0003x（2x0.0145+；!

x0.0044）

=12.8^10」口2

槽满率Sf=

Ni1Ns1d2>c32"25=79.4%

Aef

126.1

20.绕组系数Kp1

Kd1-

slnqa

.aqsin一2

3X20sin

=0.9598

3sin

其中

2x360

Kdp1

=Kd1Kp1

=1x0.9598=0.9598

每相有效串联导体数

=Kdpt=384X0.9598=368

21.设计转子槽形与转子绕组

预计转子导条电流:

'3N①kdp1

1—=0.90咒8.90咒

3"368A=245.64A

2r1+bs1'

As二一1^%-h）+2

其中k1=0.90由资料查出。

初步取转子导条电密Jb=3.5A/mm2，

于是导条的截面积：

AB亡二響血小伽亦

bi2max

[D^2（hs2^hs02）h_bs21

[0.14-2"1.30+0.护10「_5110」口

bi2min

=7.89x10」m

[D2—2（hs21+hs02+hs22）]江

—bs22

竺空0空归_3沢沪m

=6.13X10%

bi2=bi21=bi2max中3（bi2max—b2min）

=6.13天10'+1（7.89X10'-6.13天10'）m=6.72x10'm

导条截面积（转子槽面积）

A/b02+也2丄/bs12+bs22\i_

Ab=（）hs12+（）hs22

2）".30+（3+55

）x（23-1.30）m2

=96.45<10^m2

估计端环电流

IR=12Z2=245.64咒

2叩

32A=625.5A

端环所需面积

AR=Jr讐mm2=297.9mm2其中端环电密Jr=0.6Jb=2.1Amm2得端环所需面积为氏=250"0"口2

（二）磁路计算

22.满载电势

初设kE=（—L）=0.940

Ei=（1-亂）UN①=0.940%380V=357.2V

23.每极磁通

初设ks=1.25

由图3-5查得kN^1.090

①=

4kNmkdp1fN1

357.2

=Wb

4x1.090x0.9598x50x192

=0.00889Wb

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

A1=kFelibi1Zp1=0.95天0.160咒6.04咒10」x9=8.26x10'm2

Ai^kFeli^2Zp2=0.95咒0.160x6.72咒10^x8=8.17x10'm2

25.定子轭部高度

h厂呼七2+号^

=0.22-O.141（0.8+14.5+4.4）天10；十44冥［o^m

=19.3xi0'm

转子轭部高度

hj2=D2-Di2_hs2=0・140-0.048一（23+0.5）X10」=22.5X10'm

轭部导磁截面积

Ajj^kFeljhjj=0.95x0.160x19.3x10'm2=2.934X10'm2

Aj2=kFelihj2=0.95X0.160X22.5xi0"m2=3.42xi0”m2

A§=ilef=0.111x0.163m2=0.01809m2

27.

波幅系数

沽/.47

28.

气隙磁密计算

CFs*1.47天0.00889T

BE==I

°0.01809

=0.722T

29.

定子齿部磁密:

oF^1.47X0.00889T

Bit==-Q—丨

A18.26x10

=1.561T

30.

转子齿部磁密

aFs*1.47X0.00889T

Bi2W8.17皿T

=1.578T

31.

从D23磁化曲线找出对应上述磁密的磁场强度:

Hii=32.6A/cm

Hi^37.8A'cm

32.有效气隙长度

df=k^=1.025x0.4x10°m=0.41x10」m

其中气隙系数为

k_t1（4.46+0.75b01）

「1（4.46+0.75b01）七1

0.0123X（4.4X0.4X10+0.75^3.5咒10）

=Z313=3~2

0.0123>44.4%0.4>M0+0.75咒3.5咒10）-（3.5咒10）

=1.023

k_t2（4.46+0.75bo2）

&"t2（4.46+0.75bb2）-b02

_0.0161咒（4.4".4咒1070.75仆10心

"0.0161x（4.4x0.4x10+0.75x1x10j）—（1X10°）2=1.0025

=14.5+1咒4.4m=15.97X10Am

=23x10f

Lj1

叭O.22一19.3切九-78.87沢10」m」

Lj1

兀（Di-hji）1

巩OQ/e10九亠78.8*0计

35.气隙磁压降

卩0

“25“.722"斗1O」A=235.57A

0.4兀咒10』

36.齿部磁压降

Fi1=Hi1Li1=32.6x1O2>d5.97x1O」A=52.O6A

吒2=Hi2Li2=23咒102x37.8x10'3A=86.94A

37.饱和系数

k_F6+Fi1+Fi2235.57+52.06+86.94258

235.57

=kgk禺=1.023x1.0025=1.025

33.齿部磁路计算长度

--1

Li1=（01+h21）+3r21

Li2=（h12+h22）+—「21

34.轭部磁路计算长度

误差J.258-1'25=0.63%<1%，合格

1.258

38.定子轭部磁密

Bj1_-=O.。

0889J=1.45OT

j2Aj12x2.934x10

39.转子轭部磁密

—=O.。

0889.242T

j2Aj22x3.42X10

40.从D23磁化曲线找出对应上述磁密的磁场强度:

Hjj=15.5AcmHj2=73.8Acm

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

hj1

19.3x10“

0.111"gBj-1.450T于是Cj-0.410

Fj1

hj1

22.5x10

0.111』203，Bj-1.242T于是Cj-0.410

-CjjHj丄j,=0.410x15.5x102x78.81x10’=50.08A

Fj2

=Cj2Hj2Lj2=0.410x7.38x102>c27.69x103=8.991A

42.每极磁势

F^=+Fi1+Fi2+Fj1+Fj2

=（22.741+33.86+54.51+50.08+8.99）A

=374.85A

43.满载磁化电流:

Im=

2pF口

4咒374.85

0.9m1N1kdp1

0.9天3x192X0.9598A"3.014人

44.磁化电流标么值

Im=

Im3.014=0.458

IkW

6.58

45.励磁电抗

mt]（N1kdp1）

ksP

4x50x0.4兀咒10上x3x（192x0.9598）2x0.167x0.111c

兀咒1.258咒2咒0.41X10’

=146.460

X*=XIkw146.46X6.58

Xms—Xms

=2.536

（三）参数计算

46.线圈平均半匝长

单层线圈

Ic=Ib+Kciy=0.195+1.2X0.09929=0.314m

Ib=lt+244=0.165+2X0.015=0.195m

Ty^[Di1+2（h0+h1）+h21+r21]P/2p

=n[0.141+2（0.8+0.924）+（14.5-0.924）X10-3+4.4X10-3]P/2X2

=99.29X10-3m

节距比2/3

其中d1是线圈直线部分伸出铁心的长度，取10~30mm

kc是经验系数取1.2

47.单层线圈端部平均长

Ie=24+KcTy=2X0.015+1.2X0.0993=0.150m

48.漏抗系数

^=4刊0（口&p1）2lefPN/m1pUn,

=4X；iX50X0.4兀X10-7（0.9598X192）2X0.163X7.5X10-3/3X2X

3802

=0.03787

49.定子槽比漏磁导

=1X0.410+1X0.830=1.24

b01（61+61）0.8丄2X0.924

=十

3.53.5+6.7

和=0.830

因邑1

2r21

=（14.5-0.924）=1.543

2x4.4

b11

2r21

=-6^=0.76

2咒4.4

其中Kui=K.i=1

50.定子槽漏抗

Xs1

_2m1ph）£1CX

—2

乙Kdp1ef

2x3x2x0.160x1.24xCx

3^0.9598^0.163

=0.440C

51.定子谐波漏抗

XE1

*g吃SCx

54.转子槽比漏磁导

=）勺2中几L2=°.5+1.73=2.23

打2=皿=空=0.5

b021

2h12

（b02+b12）+入L

2x1.30

=1.73

（1+5.5）+1.330

h/b2=7.6,bi/b2=1.83

查表得入l=1.330

55.

2miP^2兀s1CX

Xs2

转子槽漏抗

乙lef

2x3x0.160x2.23Cx

32X0.163

=0.821C

56.转子谐波漏抗

*mill送RCx

3x0.111x0.0150Cx

2二

兀X0.41X10

=0.9023CX

查表得2R=0.015

57.转子端部漏抗

*l举—lt2DqCy、，*

Xe2“75“条.13%p）l严

0.757x0.132Cx

0.163咒4

58.转子斜槽漏抗

Xs「=0.5（b%）2X$

=0.5（0.01%.0161）2x0.9023Cx

=0.29G

59.转子漏抗

X浮=Xs2+X餐+Xe2+Xsk

=（0.821+0.9023+0.15+0.29）CX=2.1633C=0.0819

60.总漏抗

=0.131

61.定子直流电阻

R-P2N1lc

Nt1Ac1%0.0217X10kx2x192x0.314

2x1.0936>M0»x1

=1.1960

62.定子相电阻标幺值

R*=R11kw

UN（t）

1.196X6.58

380

=0.0207

63.有效材料

定子导线重量

Gw=ClcNs1Z1Nt1AF

=1.05X0.314X32X36X1.0936X10-6X8.9X103

p'为导线密度

硅钢片重量

Ge=Kfelt（DI+》PFe

=0.95X0.163X（0.22+0.005）2X7.8X10-3=61.897kg

式中6为冲剪余量，取5X10-3m

64.转子电阻

导条电阻折算值

R'=PKBLB4m1（N1Kdp1）2

Ab乙

0.0434咒10上咒1.04咒0.195x4%3x（192%0.9598）2

96.4^10-^x32

=1.1620

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

d_PDRZ2m1（N1Kdp1）2

2叩2ArZ2

_0.0434X10上天32天0.132咒4咒3^（192咒0.9598）2

2咒3.14^4天250^10厘咒32

=0.037160

导条电阻标幺值

R*=RbLw=1^1^=0.02012

Un©380

端环电阻标幺值

吐rRIkw丿3716“.58=0.00643

Un©380

转子电阻标么值

R2=RB+RRR=0.02655

（四）工作性能计算

65.满载时定子电流有功分量标么值

11p*=/->0.8r1.1236

66.满载时转子电流无功分量标么值

〔X=円I1p[1+（W丨1p）^

=1.0216X0.13944X（1.1236）X[1+（1.0216X0.1394X1.1236）]

=0.181

W=1+X/*=Vh0.0491^536=1.0216

/Xms

67.满载时定子电流无功分量标么值

I1Q=Im+Ix=0.469+0.143=0.6568满载电势标么值

K=1-亂

=1—（11pR+11QX白）=1—（1.1236X0.0207+0.65X0.0491）=0.942

与22项初设值Ke相符

69.空载时电势标么值

1—先=1—Im*xj=1—0.309X0.0419=0.976

70.空载时定子齿磁密

Bt10=（

^f^）Bt1=（0.97%.942P<1.58=1.637T

71.空载时转子齿磁密

B20=（^^）Bt2=（0976）x1.60=1.658T

1—%0.942

72空载时定子轭磁密

B1o=（匸至）Bm=（0976）x1.45=1.502T

10.942

B20=（g^）Bj2=1.287T

1-®L0.942

74.

空载时气隙磁密

%=（总）盼（0I>0.722=0.748T

75.

空载时定子齿部磁压降

Ft10=Hl10Lt1=46.8X10X15.97X10-=74.74A

76.

空载时转子齿部磁压降

Ft2o=H2oLt2=53.4X102x23X10-3=122.82A

77.

空载时定子轭部磁压降

Fjio=GiHioLji=O.4OX20.1X102X78.81X10-3=63.36A

78.

空载时转子轭部磁压降

Fj20=C2H20Lj2=0.43X8.90X102X27.69X10-3=10.597A

79.

空气隙磁压降

1.025x0.748x0.4x10“a

=6=244.05A

0.4兀X10上

80.

空载总磁压降

F00=Ft10+Ft20+Fj10+Fj20+F0

=74.74+122.82+63.36+10.597+244.05

=504.97A

81.

空载磁化电流

I_2pF00

m0"0.9xm1N1Kdp1

二2"X504.97

0.9天3"92咒0.9598

=4.06A

（四）工作性能计算

82.定子电流标么值

定子电流实际值

I^I1Ikw=1.249X6.58=8.51A

83.定子电流密度

J1=,

a1Nt1代1

=8.51=3.89A/mm2

1x1.0936

84.线负荷

A1=mN1L

兀Di1

=竺3?

0空=22132Am

3.14x0.141

85.转子电流标么值

I2=J（I*2口+I*2x

=J（1.12362+0.18432）

=1.139

转子电流实际值

I_*叶N0Kdp1

12=>2Ikw

=1.139咒6.58严湖心598

=258.96A

端环电流实际值

I*=258^32=659"

2④2X3.14X2

86.转子电流密度

导条电密

Jb亠签外2.685A

2mm

端环电密

Jr二6594=2.64A/

Ar250

mm2

87.定子电气损耗

**2*2

PCrrR=1.294X0.0207=0.0347

Ruj-Pc^Pn=0.0347X7.5X103=260.25W

88.转子电气损耗

**2*2

FAl2=I2R2=1.139X0.02655=0.0344

Pai2=PAl2*Pn=O.O344X7.5X10=258W89.附加损耗

铜条转子

Fs*=0.02

Ps=Fs*Fn=0.02X7.5X103=15CW

90.机械损耗

二级封闭自扇冷式

Pfw=（3/p）2（Di）4X1O4=（3/2）2x（0.22）4X1O4=52.7W

机械损耗标么值

Pfw*=Pfw/PNF52.7/7.5X1O3=O.OO7O3

91.定子铁耗

（1）

定子轭重量

G=4pA1Lt1PFe=4X2X2.934X10-3X78.81X10-3X7.8X103=14.43kg

定子齿重量

G=2pA1Lj1‘PFe=4X2X8.26X10-X15.97X10-X7.8X10=4.116kg

损耗系数

Phet=6.8Phej=5.1

定子齿损耗

PFet=K1PhetGt=2X5.10X14.43=147.2W

定子轭损耗

PFe=KPhejG=2.5X6.80X4.116=69.97W

定子铁耗

PFe=PFet+PFej=147.2+69.97=217.17W

对于半闭口槽按经验取

Ki=2K2=2.5

铁耗标么值

PFe*=PfJPn=217.17/7.5X10=0.02992.总损耗标么值

******

2P=Pcu1+P\I2+Ffw+R+PFe

=0.0347+0.

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