电机及设计.doc

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题目6：

Y160M2-8额定数据与性能指标

1、电机型号Y160M2-82、额定功率PN=5.5千瓦

3、额定频率fN=50赫4、额定电压及接法UN=380伏1-Δ

5、极数2P=86、绝缘等级B

7、力能指标：

效率8、功率因数cos

9、最大转矩倍数

起动性能：

起动电流倍数,起动转矩倍数

主要尺寸

；

定子槽形采用斜肩园底梨形槽：

转子采用斜肩平底槽：

电机设计的具体方案：

（一）额定数据和主要尺寸：

1、额定功率：

2、额定电压及接法：

3、功电流：

4、效率：

5、功率因数：

6、极数：

7、定转子槽数：

；

8、定转子每极槽数：

；

9、确定电机主要尺寸：

求出计算功率：

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、气隙确定：

取

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、定子绕组采用单层叠绕，线圈节距=6，即1-7。

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，于是转子斜槽宽。

15、设计定子绕组：

每相串联导体数：

取并联支路，则每槽导体数

取，于是每线圈匝数为40。

16、每相串联导体数：

每相串联匝数：

17、绕组线规设计：

初选定子电密，由下式计算得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

查附录A表A1选用截面积相近的铜线：

高强度漆包线，并绕根数，线径，漆膜厚度～，取，故绝缘后直径,截面积,。

18、设计定子槽型：

估计定子轭部计算高度：

式中，——定子轭部磁密；因轭部磁路较长，体积较大，因此一般取得比略低，以保证合理的铁心损耗和空载电流。

一般在～之间。

本设计中初选。

一般取槽口宽～。

为了嵌线方便，应比线径大1.2～1.6mm。

槽口高度～。

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，。

图3.1定子槽型图

齿宽计算如下：

齿部基本平行，齿宽（平均值）。

19、计算槽满率：

槽面积：

槽绝缘采用DMDM复合绝缘,,槽楔为h=5mm层压板,槽绝缘占面积:

槽有效面积

槽满率符合要求

20、绕组系数：

其中

每相有效串联导体数

21、设计转子槽型与转子绕组：

转子采用斜肩平底槽：

初步取,估算转子轭部计算高度

槽形的齿宽计算如下:

导条截面积（转子槽面积）

其中由资料查出。

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

1、计算满载电势：

初设,由下式,得

2、计算每极磁通：

初设,Ks`=1.10由图3.3查得,由下式得

图3.3感应电机的及曲线

3、每极下齿部截面积：

4、定转子轭部计算高度：

定子：

转子：

轭部导磁面积

5、一极下空气隙截面积：

6、磁路计算所选的是通过磁极中心线的闭合回路,该回路上的气隙磁密是最大值。

由此计算极弧系数,此求得波幅系数：

。

7、计算气隙磁密：

8、对应气隙磁密最大值处的定子齿部磁密

9、转子齿部磁密

10、对应上述磁密的磁场强度

;

11、有效气隙长度

其中气隙系数按下式计算

12、齿部磁路计算长度按下式计算：

13、按下式计算轭部磁路计算长度

14、计算气隙磁压降：

15、齿部磁压降：

16、饱和系数：

与初设值相比较,误差，合格。

17、定子轭部磁密：

18、转子轭部磁密：

19、对应上述磁密强度：

20、计算轭部磁压降,其中轭部磁位降校正系数如图3.4所示。

，，于是

，，于是

21、每极磁势：

22、计算满载磁化电流：

23、磁化电流标幺值：

34、励磁电抗按下式计算：

（三）参数计算

1、线圈平均半匝长：

定子线圈节距

定子线圈图

其中节距比：

直线部分长度：

其中，是线圈直线部分伸出铁心的长度，取10～30mm，本设计中0.02m。

平均半匝长：

其中是经验系数，2极取1.16，4、6极取1.2，8极取1.25。

2、端部平均长：

3、漏抗系数：

4、定子槽比漏磁导：

其中：

5、定子槽漏抗

6、定子谐波漏抗：

其中由，可查表得。

7、定子端部漏抗：

8、定子漏抗标幺值：

9、转子槽比漏磁导：

其中：

由、得。

10、转子漏抗标幺值：

11、转子谐波漏抗标幺值：

其中：

。

12、转子绕组端部漏抗标幺值：

13、转子斜槽漏抗：

14、转子漏抗标幺值

15、定转子漏抗标幺值之和：

16、定子绕组直流电阻：

其中为B级绝缘平均工作温度75°时铜的电阻率。

17、定子绕组相电阻标幺值：

18、有效材料的计算：

定子铜的重量

其中C是考虑导线绝缘和引线重量的系数，漆包圆铜线C=1.05，是铜的密度。

硅钢片重量

其中是冲剪余量;是硅钢片密度。

19、转子电阻：

导条电阻折算值

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

导条电阻标幺值

端环电阻标幺值

转子电阻标么值

（四）、工作性能计算

1、满载时定子电流有功分量标么值

2、满载时转子电流无功分量标么值

3、满载时定子电流无功分量标么值

4、满载电势标么值

与22项初设值KE相符

5、空载时电势标么值

6、空载时定子齿磁密

7、空载时转子齿磁密

Bt20==1.3157T

8、空载时定子轭磁密

Bj10==0.6656T

9、空载时转子轭磁密

Bj20==0.5293T

10、空载时气隙磁密

==0.7061T

11、空载时定子齿部磁压降

Ft10=Ht10Lt1=46.8×102×15.97×10-3=74.74A

12、空载时转子齿部磁压降

Ft20=Ht20Lt2=53.4×102×23×10-3=122.82A

13、空载时定子轭部磁压降

Fj10=Cj1Hj10Lj1=0.40×20.1×102×78.81×10-3=63.36A

14、空载时转子轭部磁压降

Fj20=Cj2Hj20Lj2=0.43×8.90×102×27.69×10-3=10.597A

15、空气隙磁压降

=244.05A

16、空载总磁压降

=74.74+122.82+63.36+10.597+244.05

=504.97A

17、空载磁化电流

=

=4.06A

（五）工作性能计算

1、定子电流标么值

===1.527

定子电流实际值

1.527×4.82=7.36A

2、定子电流密度

J1=

3、线负荷

A1=

4、转子电流标么值

I2*=

=

=1.2293

转子电流实际值

I2=

=

=249.74A

端环电流实际值

IR=A

5、转子电流密度

导条电密

端环电密

6、定子电气损耗

=1.5272×0.0385=0.0898

0.0898×5.5×103=493.9W

7、转子电气损耗

=1.22932×0.0328=0.0496

PAl2=PAl2*PN=0.0496×5.5×103=272.6W

8、附加损耗

铜条转子

Ps*=0.02

Ps=Ps*PN=0.02×5.5×103=110W

9、机械损耗

二级封闭自扇冷式

Pfw=（3/p）2（D1）4×104=（3/4）2×（0.27）4×104=29.89W

机械损耗标么值

Pfw*=Pfw/PN=29.89/5.5×103=0.00543

9、定子铁耗

（1）定子轭重量

Gt=4pAt1Lt1=4×2×0.006362×25×10-3×7.8×103=19.85㎏

（2）定子齿重量

Gj=2pAj1Lj1′=4×2×4.063×10-3×47.92×10-3×7.8×103=24.30㎏

（3）损耗系数

Phet=6.8Phej=5.1

（4）定子齿损耗

PFet=K1PhetGt=2×5.10×19.85=202.47W

（5）定子轭损耗

PFej=K2PhejGj=2.5×6.80×24.30=413.1W

（6）定子铁耗

PFe=PFet+PFej=202.47+413.1=615.57W

对于半闭口槽按经验取

K1=2K2=2.5

铁耗标么值

PFe*=PFe/PN=615.57/5.5×103=0.112

10、总损耗标么值

Σp*=Pcu1*+PAl2*+Pfw*+Ps*+PFe*

=0.0898+0.0496+0.02+0.00543+0.112

=0.16483

11、输出功率

PN1*=1+Σp*=1+0.16483=1.16483

12、效率

=1－Σp*/PN1*=1－0.16483/1.16483=0.8585

（85%－85.85%）/85%=-1%<0.5%

13、功率因数

=I1p*/I1*=1.1764/1.527=0.77

14、转差率

SN=

=

=0.0455

PFer*=

=

=0.0154

15、转速

nN=（60f/p）（1－SN）

=60×50/4×（1－0.04545）

=715r/min

16、最大转矩倍数

Tm*=

=

=1.8516

（六）起动性能计算

1、起动电流假设值

Ist′=（2.5~3.5）Tm*Ikw=3×1.8516×4.82=26.77A

2、起动时定转子槽磁势平均值

Fst=Ist′（Ns1/a1）0.707[Ku1+Kd12Kp1（Z1/Z2）]

=26.77×（40/0.69）×0.707×[1+0.96592×1×（48/44）]×

=2144.03A

3、空气隙中漏磁场的虚拟磁密

BL=μ0Fst/2

=0.4π×10-6×2144.03/2×0.4×10-3×0.6824

=3.9542T

=0.64+2.5

=0.64+2.5

=0.6824

由BL查得漏抗饱和系数Kz=0.44

4、齿顶漏磁饱和引起的定子齿顶宽度的减少

CS1=（t1－b01）（1－Kz）

=（11.3-3.2）×（1－0.44）

=4.536×10-3m

5、齿顶漏磁饱和引起的转子齿顶宽度的减少

CS2=（t2－b02）（1－Kz）

=（12.3－1）×（1－0.44）

=6.102×10-3m

6、起动时定子槽比漏磁导

=Ku1（－）+KL1

=（0.25-0.2359）+0.367

=0.3811

=

=0.2359

7、起动时定子槽漏抗

Xs1（st）*=（）Xs1*

=（0.3811/0.617）×0.3291CX

=0.2033CX

8、起动时定子谐波漏抗

Xδ1（st）*=KZXδ1*

=0.44×1.9447CX

=0.855668CX

9、起动时定子漏抗

Xσ1（st）*=Xs1（st）*+Xδ1（st）*+XE1*

=（0.2033+0.855668+0.2702）CX

=0.0528

108.考虑集肤效应转子导条相对高度

=1.987×10-3hB=1.987×10-3×23×10-3√50/0.0434×10-6=1.551

hB—转子导条高度hB=23×10-3m

bB/bS2—导条宽和槽宽之比bB/bS2≈1

109.转子电阻增加系数和电抗减少系数

KF=1.7KX=0.90

110.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）]=0.447

111.起动时转子槽漏抗

Xs2（st）*=（）Xs2*=（1.61/2.23）×0.821CX=0.593CX

112.起动时谐波漏抗

Xδ2（st）*=KZXδ2*=0.44×0.9023CX=0.397CX

113.起动时转子斜槽漏抗

XSK（st）*=KZXSK*=0.44×0.29C=0.1276CX

114.起动时转子漏抗

Xσ2（st）*=Xs2（st）*+Xδ2（st）*+XE2*+XSK（st）*=（0.593+0.397+0.1276+0.150）CX=0.048

115.起动时总漏抗

Xσ（St）*=Xσ2（St）*+Xσ1（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*===0.1121

119.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）（1－SN）=（0.0406/0.11212）×（1－0.0319）=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

0.85

0.8585

-0.115%

2．功率因数

0.74

0.77

+2.3%

3．最大转矩倍数

2.0

1.8516

+19.7%

4．起动转矩倍数

2.2

2.458

+10.5%

5．起动电流倍数

7

6.75

-3.6%