三相笼型感应电动机电磁设计及其运行性能的有限元电磁场仿真计算毕业论文Word文件下载.docx
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2 s21
s22
hs21+hs22=20mm
5.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
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。
题目8：
Y160L-6 额定数据与性能指标
1、电机型号Y160L-6 2、额定功率 PN=11kW
3、额定频率fN=50Hz 4、额定电压及接法UN=380伏1-Δ
5、极数 2p=6 6、绝缘等级B
7、力能指标：
8、功率因数cos𝜑
=0.78
9、最大转矩倍数T*=2.0
起动性能：
起动电流倍数I*=6.5,起动转矩倍数T*=2.0
st st
主要尺寸
D1=0.26m
Di1
=0.18m
l=0.195md=0.4mm𝐷
𝑖
2=𝑑
1=0.06𝑚
；
转子外径D2
=Di1
-2d=0.18-2´
0.4´
10-3=0.1792m
定子槽形采用斜肩圆底梨形槽：
b01
=3.8mmh01
=0.8mmbs1
=7.4mma=30o,
1
𝑟
21=5.1𝑚
𝑚
ℎ11=1.04𝑚
ℎ21=14.96𝑚
ℎ11+ℎ21=16𝑚
转子采用斜肩圆底槽：
b02
=1mmh02
=0.5mmbs2
=4.2mm𝑟
22=2.1𝑚
a=300
ℎ12=0.924𝑚
ℎ22=24.076𝑚
ℎ12+ℎ22=25𝑚
（一）额定数据和主要尺寸：
1.额定功率：
PN=11kW
2.额定电压：
UN=UNF=380V（1-D接）
3.功电流：
IKW
=PN =
mUNF
11´
103
3´
380
A=9.49A
4.效率:
h¢
=0.87（按照设计任务确定）
5.功率因素：
cosj¢
6.极数：
2p=6
7.定、转子槽数:
Q1=36,Q2=33
8.定转子每极槽数:
定子每极槽数:
QP1
转子每极槽数:
QP2
=Q1
2p
=Q2
=36=6
6
=5.5
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=0.0108ln11-0.013´
3+0.931=0.918
计算功率
P¢
=K
¢
PN =0.918´
=14.881kW
Eh¢
cosj¢
0.87´
0.78
初选
a'
=0.68,K'
=1.095,K'
=0.96,A¢
=25.6´
103A/m，B
=0.67T
p NM dp1 d
假定n¢
=1450r/min
V= 6.1P¢
=
6.1´
14881
=0.00511m3
K'
K'
A¢
B¢
n¢
0.68´
1.095´
0.96´
25600´
0.67´
1450
𝜆
=1.5,𝐷
'
=
𝐷
6×
0.00511
3
2𝑝
𝑉
𝜋
=3 𝑚
=0.187𝑚
1.5𝜋
0.187 𝐷
𝑖
=0.25
𝑚
=0.746𝑚
取𝐷
=0.75𝑚
则𝐷
=𝐷
1×
（
𝐷
）
=0.1875𝑚
铁芯的有效长度:
𝑙
𝑒
𝑓
=
=0.0051=0.145𝑚
0.18752
取铁芯长:
=0.145𝑚
10.气隙的确定
Di1li
d=0.3（0.4+7 ）´
10-3m=0.3（0.4+70.1875´
0.145）´
10-3m=0.47´
10-3m
于是铁芯有效长度lef=li+2d=0.146m
转子外径D2=Di1-2d=0.1866m
转子内径先按转轴直径计算:
Di2=0.0006m
定转子冲片尺寸如下图所示
11.极距
t=pDi1=3.1415´
18cm=9.425cm
p 2p 6
12.定子齿距
t=pDi1=3.1415´
18cm=1.571cm
Q1 36
转子齿距
t=pD2=3.1415´
17.91cm=1.776cm
Q2 33
每相每极槽数取整数q1=2
则Z1=2mpq1=2´
3´
2´
3=36
Z2=33并采用斜肩圆底梨形槽
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=0.0157m
15.设计定子绕组每相串联导体数
f1
N¢
=h¢
pDi1A¢
=0.87´
0.78´
p´
0.1875´
25600=359
m1IKW
3´
9.49
并联支路数a1=2.每槽导体数
Ns1=
m1a1Nf¢
Q1
=3´
359=60,于是每线圈匝数为60
36
每相串联导体数确定为
N =NS1Q1=60´
36=360
m1a1 3´
2
16.每相串联匝数
N=Nf1=360=180
1 2 2
17.绕组线规设计
定子电流初步估计值
I¢
IKW =
h¢
9.49
0.87´
=13.98A
初选定子电密J¢
=5.0A/mm2，计算导线并绕根数和每根导线截面积的乘积。
1
NA¢
=I¢
=13.98=1.398mm2
i1C1
aJ¢
2´
5
选用截面积相近的铜线：
高强度漆包线，并绕根数Ni1=4，线径d=0.6mm，漆膜厚度范围是0.05~0.09mm，选择0.06mm，绝缘后直径d=0.66mm，
A =
C1
截面积:
¢
0.3495mm2
18.设计定子槽形
r21
h21
hδ1
b11
h11
h01
𝑏
1,𝑚
𝑛
（𝐷
1+2ℎ01+2ℎ11+2ℎ21）
= 𝑍
–2𝑟
=𝜋
（0.1875+2×
0.000
21 [
𝑎
𝑥
=0.0090946𝑚
1+2ℎ01+2ℎ11）
0.0008+2×
–𝑏
11= 36
齿部基本平行，齿宽
–0.0074𝑚
= 0.0092835𝑚
=0.0090946+0.0092835𝑚
=0.009189𝑚
i1
-定子齿磁密，范围在1之.4间~1，.6T取
（平均值）。
1.5T
KFe—铁芯叠压系数，KFe=0.92（涂漆）,KFe=0.95（不涂漆），本设计选择KFe=0.95（不涂漆）
bi1=
t1B¢
d
KFeB¢
=0.01571´
0.670.95´
1.5
m=0.00739m
按下式估计定子轭部计算高度
Bj1¢
—定子轭部磁密；
因轭部磁路较长，体积较大，因此一般B¢
j1取得比Bi¢
1略低，以保证合理的铁心损耗和空载电流。
一般在1.1～1.5T之间，初选B¢
j1=1.25T
h¢
=tpap¢
m=0.09425´
0.68´
0.67m=0.0181m
¢
j1
2KB
0.95´
1.25
Fej1
一般取槽口宽b01=2.5～4.0mm。
为了嵌线方便，b0¢
1应比线径大
1.2～1.6mm。
槽口高度h01=0.5～2.0mm。
按齿宽和定子轭部计算高度的估算值作出定子槽形如图3.1，槽形尺寸参考类似产品决定，取b01=3.8mm，
h01=0.8mm。
19.槽在面积
𝐴
𝛿
2𝑟
21+𝑏
11
= 2
（ℎ'
‒ℎ）+
212
=2×
5.1+7.4
（16‒0.5）+
×
h=0.5mm,即槽楔为0.5mm层压板。
按槽绝缘采用DMDM复合绝缘，∆1=0.5𝑚
，槽楔为ℎ=0.5𝑚
复合板，槽绝缘占面积。
=∆1（2ℎ'
+𝜋
21）=0.0005×
（2×
0.016+𝜋
0.0051）=24.01×
10‒6𝑚
槽有效面积
=𝐴
‒𝐴
=138.9×
槽满率
𝑁
1𝑁
𝑠
1𝑑
4×
60×
（0.66×
10‒3）2
𝑆
=
=75.27%
138.9×
10‒6
20.绕组系数𝐾
𝑝
1=1
𝐾
𝑑
sin𝑞
𝛼
sin2×
30°
30°
=0.9659
𝑞
sin2 2sin2
其中
=2𝜋
=3×
360°
=30°
𝑍
1 36
1=𝐾
1𝐾
1=1×
0.9659=0.9659
每相有效串联导体数𝑁
Φ1𝐾
1=360×
0.9659=348
21.设计转子槽形与转子绕组
按下式转子导条电流：
k1=0.83（由资料查出）
𝐼
=𝐾
𝐼
3𝑁
1=0.83×
13.98×
3×
360×
0.9659=366.798𝐴
2 𝐼
1
𝑍
2 33
其中KI=0.83,由资料查出。
表3.5KI与cosj的关系
cosj
0.65
0.70
0.75
0.80
0.85
0.90
0.95
KI
0.74
0.77
0.82
0.985
𝐽
=3.5𝐴
/𝑚
初步取转子导条电密𝐵
，
于是导条的截面积：
𝐵
𝐼
2=
'
366.798
3.5
=1.3𝑇
2=104.799𝑚
初步取
,估算转子齿宽
𝑡
𝐵
0.02468×
0.67
𝛿
0.95×
1.3
=0.013389𝑚
=1.21𝑇
𝐹
𝑖
初步取𝑗
,估算转子轭部计算高度
𝜏
𝑎
0.09425×
0.68×
ℎ'
𝑝
𝑝
𝛿
=0.0188𝑚
𝑗
2𝐾
𝐹
'
2×
0.95×
1.21
齿壁不平行的槽形的齿宽计算如下:
r22
b12
h22
hδ2
h12
h02
pé
D
-2´
2（h+h+h）ù
bi2=
ë
ê
3 02 12 22
Z2
û
-b12
ú
é
（0.1886-4´
0.0255）
=ê
3 -
ù
=0.01052m
33
0.0042ú
m
ú
ë
û
导条截面积（转子面积）
b+b pr2
A=（02 12）h
+bh
+22
B 2 12 1222 2
=é
0.0005+0.0042
p´
0.00212ù
2
（ 2 ）´
0.000924+0.0042´
（0.025-0.000924）+ 2 ú
=1.10217´
10-4m2
估计端环电流
=𝐼
=366.798×
33=642.1𝐴
𝑅
22𝜋
2𝜋
3
端环所需面积
642.1
2.1
2=305.788𝑚
=0.6𝐽
=2.1𝐴
其中端环电密𝑅
𝐵
（二）磁路计算
22.满载电势
初设𝐾
=（1‒𝜀
）=0.918
𝐸
𝐿
Φ
则𝐸
𝑈
=0.918×
380=348..84𝑉
23.计算每极磁通
=1.14 𝐾
=1.10
初设𝑠
,由图3.3查得
𝑁
𝑀
,由下式得
KNm
1.12
1.10
a¢
p
a¢
4
0.8
1.080.76
m
KN
1.06 0.72
1.040.68
1.02
1.00
0.64
s
0.601.0 2.0 3.0 K
图3.3 感应电机的a¢
p=f（Ks）及KNm=f（Ks）曲线
348.84
4𝐾
𝜙
𝐾
= 𝑊
=0.009120086𝑊
1 4×
1.10×
0.9659×
50×
180
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
1𝑍
1=0.95×
0.214×
0.009189×
6=0.01120874𝑚
2=𝐾
2𝑍
2=0.95×
0.01052×
5.5=0.0111815𝑚
定子轭部计算高度
1‒𝐷
= ‒ℎ
𝑟
21 0.26‒0.1875 0.0051
+ = ‒0.0168+ 𝑚
=0.02115𝑚
1 2
1 3 2 3
转子轭部高度，斜肩圆底槽,𝑑
2为转子轴向径向通风孔直径，取0.07239m
ℎ
2‒𝐷
= 2 ‒ℎ𝛿
2+
22
3‒
2
𝑣
0.1886‒0.0006‒0.0255+
0.0
轭部导磁截面积
1=𝐾
ℎ'
=0.02094𝑚
=0.95×
0.02115𝑚
2=4.300×
10‒3𝑚
𝑙
=0.95×
0.02094𝑚
2=4.257×
26.一极下空气隙截面积
=𝜏
=0.09425×
0.2148𝑚
2=0.0202449𝑚
27.波幅系数
1 1
28.气隙磁密计算
= = =1.47
0.68
29.定子齿部磁密：
=1.47×
0.009120086𝑇
=0.662𝑇
0.0202449
1=
=1.196078𝑇
0.01120874
30.转子齿部磁密
2= =
1.47×
=1.198991𝑇
0.0111815
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