Y132-M4异步电动机设计及磁路计算

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 p1?7.5kw 额定电压 U1?380V 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：Pn?7.5KW

2. 额定电压：UN?UN??380V （?接） 3. 功电流：IkWPN7.5?103??A?6.58A mUN?3?3804. 效率：?'?0.87 5. 功率因素：cos?'?0.85 6. 极对数：p?2 7. 定转子槽数

每相每极槽数取整数q1?3 则Z1?2mpq1?2?3?2?3?36

Z2?32并采用斜肩平底槽 8. 定转子每极槽数 ZZ1p1?2p?364?9 ZZ2p2?2p?324?8 9．确定电机电机主要尺寸 主要尺寸来确定Dil和lef

K'E?0.0108lnPN?0.013p?0.931?0.0108ln7.5?0.013?2?0.931 ?0.927计算功率

P'?K'PNE?'cos?'?0.927?7.5?1030.87?0.85 ?9.4KW 初选a''p?0.68，KNm1.095，K''dp1?0.96可取A?256A0m0，B''??0.67T，假定n?1440rmin。

V?6.11p'a''K'?''?'pKNmdp1AB?n6.119.4?103 ?0.68?1.095?0.96?25600?0.67?1440 ?0.00324m3取??1.5

则D'32pil??V?341.5???0.00324m?0.141m 按定子内外径比求出定子冲片外径

取 D1'?Di?10.141??0.2203m Di1/D0.64 取D1?0.22m

Di1?D1?(Di1D)?0.22/0.64?0.141m 铁心的有效长度：lef? 取铁心长li?0.160m 10．气隙的确定

V0.00324??0.163m 2Di20.1411??0.3(0.4?7Di1li)?10?3 ?0.3?(0.4?70.141?0.160)?10?3m

?0.4?10?3m于是铁心有效长度lef?li?2??(0.160?2?0.0004)m?0.161m 转子外径D2?Di1?2??(0.141?2?0.0004)m?0.140m 转子内径先按转轴直径：Di2?0.048m 11．极距 ???Di12p???0.1414???0.111m

?0.0123m ?0.0161m

12．定子齿距 t1? 转子齿距 t2??Di1Z1??0.14136?D2Z2??0.1403213．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 15.设计定子绕组

并联支路a1?1.每槽导体数Ns1?32

16.每相串联匝数 N?1? 每相串联匝数 N1?17.绕组线规设计

Ns1Z132?36??384 m1a13?1N?1384??192 22 初选定子电密J1'?4.0Amm2，计算导线并绕根数和每根导线截面积的乘积。

I1'8.90 Ni1A???2.22mm2 'a1J11?4.0'c1 其中定子电流初步估计值 I1'?IKW6.58??8.90A ''0.87?0.85?cos? 选用截面积相近的铜线：高强度漆包线，并绕根数Ni1?2，线径

62，d1?1.18mm，绝缘后直径d?1.25mm，截面积Ac'1?1.093mmNi1Ac'1?2.1872mm2

18. 设计定子槽形

bi1min?

?[Di1?2(h01?hs11)]Z136?b1?6.7?10?3

??[0.140?2?(0.8?0.924)?10?3]?5.9?10?3mbi1min?[Di1?2(h01?h22)]π?2r1Z1π[0.141?2?(0.8?14.5)?10?3]??2?4.4?10?3

36?6.17?10?3m取bi1?6.04?10?3m 19. 槽在面积

2r1?bs1'?r12As?(hs2?h)?222?4.4?6.7??4.42??(14.5?0.5)? 按槽绝缘采用DMDM复合绝缘，

22?138.9?10?6m?2?i?0.3mm，槽楔为h?0.5mm，复合板，槽绝缘占面积。

Ai??i(2h12??ri) ?0.0003?(2?0.0145???0.0044) ?12.8?10?6m2Ni1Ns1d22?32?1.252槽满率 Sf???79.4%

Aef126.120. 绕组系数 Kp1?1

qa3?20?sinsin2?2??0.9598 a20?qsin3sin22 Kd12?2?360? 其中a?p??20?

Z136 Kdp1?Kd1Kp1?1?0.9598?0.9598 每相有效串联导体数

N?1?Kdp1?384?0.9598?368 21.设计转子槽形与转子绕组 预计转子导条电流： I?kI'2'113N?1kdp1Z2?0.90?8.90?3?368A?245.64A 36 其中k1?0.90由资料查出。

初步取转子导条电密Jb'?3.5Amm2，

*Xms?XmsIkW146.46?6.58??2.536 UN?380（三）参数计算

46. 线圈平均半匝长 单层线圈

lc?lB?Kc?y=0.195+1.2×0.09929=0.314m

lB?lt?2d1=0.165+2×0.015=0.195m

τ

y

=?[Di1?2(h0?h11)?h21?r21]?/2p

=π[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 2/3≤?≤1,取?=0.8

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

lE?2d1?Kc?y?2×0.015+1.2×0.0993=0.150m

48．漏抗系数

Cx =4?f?0(N1Kdp1)2lefPN/m1pUN?2

= 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

?s1?Ku1?u1?KL1?L1

=1×0.410+1×0.830 =1.24

?u1?=

h012h11? b01(b01?b11)0.82?0.924 ?3.53.5?6.7=0.410

?L1 = 0.830 因

h21(14.5?0.924)?=1.543 2r212?4.4b116.7?=0.76 2r212?4.4其中Ku1=KL1=1 50．定子槽漏抗

X*s12m1plt?1?s1CX?2Z1Kdp1lef

=

2?3?2?0.160?1.24?CX 236?0.9598?0.163=0.440 Cx

51．定子谐波漏抗

X?1?*m1??SCX??efKdp1Ks22

=

3?0.111?0.009CX 2?32??0.41?10?0.9598?1.368=0.5877Cx

其中?S=0.009

52．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：

X*E1?0.47(lE?0.64?y)CXKdp1lef2

=

0.47(0.150?0.64?0.0993)CX0.163?0.95982

=0.270Cx

53．定子漏抗 X?1?Xs1?X?1?XE1***

=（0.440+0.5877+0.27）Cx =1.2977Cx =0.0491

54．转子槽比漏磁导

?s2??u2??L2?0.5?1.73?2.23

?u2?h020.5??0.5 b0212h12

(b02?b12)??L?L2?=

2?1.30=1.73

(1?5.5)?1.330h/b2=7.6， b1/b2=1.83 查表得λL=1.330 55．转子槽漏抗 Xs2*2m1plt?2?s1CX?Z2lef=

2?3?0.160?2.23CX

32?0.163=0.821Cx

56．转子谐波漏抗

X?2?*m1??RCX?2?efKs

=

3?0.111?0.0150CX

?2?0.41?10?3=0.9023 Cx

查表得?R=0.015 57．转子端部漏抗

XE2?0.757(=

*l条?lt21.13?DRCX*

XE2 )2plef0.757?0.132CX

0.163?4=0.150 Cx

58．转子斜槽漏抗

*b Xsk?0.5(skt2)2X?2*

=0.5(0.013=0.29Cx

)2?0.9023CX0.0161

59．转子漏抗

X?2?Xs2?X?2?XE2?Xsk*****

=(0.821+0.9023+0.15+0.29)Cx =2.1633 Cx =0.0819

60．总漏抗

X??X?1?X?2=0.131

***

61．定子直流电阻 R1=

?2N1lc

Nt1Ac1?10.0217?10?6?2?192?0.314= ?62?1.0936?10?1=1.196?

62．定子相电阻标幺值

R1*= =

R1IkwUN?

1.196?6.58

380=0.0207 63．有效材料

定子导线重量

?1?? GW?ClCNs1Z1Nt1Ac=1.05×0.314×32×36×1.0936×10×8.9×10=7.393 kg

-63

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 =Kfelt(Dl??)2?Fe=0.95×0.163×（0.22+0.005）2×7.8×10-3 =61.897 kg 式中?为冲剪余量，取5×10-3m 64．转子电阻

导条电阻折算值

RB=

′

?KBLB4m1(N1Kdp1)2ABZ2

0.0434?10?6?1.04?0.195?4?3?(192?0.9598)2= ?696.45?10?32=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

?DRZ2m1(N1Kdp1)2RR=

2?p2ARZ2′

0.0434?10?6?32?0.132?4?3?(192?0.9598)2= ?62?3.14?4?250?10?32=0.03716? 导条电阻标幺值

?RBIkw1.16?6.58RB= ==0.02012

UN?380*

端环电阻标幺值

RR*=

?IKW0.3716?6.58RR==0.00643

380UN?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*=1???10.89?1.1236 66. 满载时转子电流无功分量标么值

Ix*=?1X?* I1p*2[1+(?1X?* I1p*)2]

=1.0216×0.13944×(1.1236)2×[1+(1.0216×0.1394×1.1236)2] =0.181

?1 =1+

X?1Xms* =1?0.0491=1.0216

2.53667．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－?L

=1－(I1pR1 + I1Q X?1)

=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－?0=1－Im* X?1*=1－0.309×0.0419 =0.976

70. 空载时定子齿磁密 Bt10=(1??0)Bt1=(0.976)?1.58=1.637T

0.9421??L****

71. 空载时转子齿磁密

Bt20=(1??00.976)Bt2?()?1.60=1.658T 1??L0.94272 空载时定子轭磁密

Bj10=(1??00.976)Bj1?()?1.45=1.502T 1??L0.94273. 空载时转子轭磁密

Bj20=(1??00.976)Bj2?()?1.242=1.287T 1??L0.94274. 空载时气隙磁密

1??00.976B?0=()B??()?0.722=0.748T

1??L0.94275. 空载时定子齿部磁压降

Ft10 =Ht10Lt1=46.8×102×15.97×10-3=74.74A 76. 空载时转子齿部磁压降

Ft20=Ht20Lt2=53.4×102×23×10-3=122.82A

77. 空载时定子轭部磁压降

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

78. 空载时转子轭部磁压降

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

79. 空气隙磁压降

F?0?K??B?0?01.025?0.748?0.4?10?3=244.05A ?0.4??10?680. 空载总磁压降

F00?Ft10?Ft20?Fj10?Fj20?F?0

=74.74+122.82+63.36+10.597+244.05 =504.97A

81. 空载磁化电流

Im0?=

2pF00

0.9?m1N1Kdp12?2?504.97

0.9?3?192?0.9598=4.06A

（四）工作性能计算

82. 定子电流标么值

*I1=(I*21p?I*21Q)=(1.12362?0.652)=1.249

定子电流实际值

I1?I1Ikw?1.249×6.58=8.51A

83. 定子电流密度 J1=

I18.51??3.89Amm2 ?11?1.0936a1Nt1Ac*84. 线负荷

A1=

m1N?1I1?Di1?3?320?8.51?22132Am

3.14?0.14185. 转子电流标么值

I2* =(I*21p?I*2X)

= (1.12362?0.18432) =1.139 转子电流实际值

I2 =I2Ikw*m1N?1Kdp1Z2

=1.139?6.58?=258.96A

3?384?0.9598

32 端环电流实际值

IR=

I2Z2258.96?32??659.4A 2?p2?3.14?286. 转子电流密度

导条电密

JB?I2258.96??2.685Amm2 AB96.45端环电密

JR?IR659.4??2.64Amm2 AR25087. 定子电气损耗

**2*2

Pcu1?I1R1=1.294×0.0207=0.0347

Pcu1?Pcu1PN?0.0347×7.5×103=260.25W 88. 转子电气损耗

2

PAl2?I2R2=1.139×0.02655=0.0344

***2* PAl2 = PAl2* PN=0.0344×7.5×103=258W 89. 附加损耗

铜条转子 Ps*=0.02

Ps= Ps PN=0.02×7.5×10=150W 90. 机械损耗

二级封闭自扇冷式

*3

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

-3-33

Gt=4pAt1Lt1?Fe?=4×2×2.934×10×78.81×10×7.8×10=14.43㎏

(2) 定子齿重量

?=4×2×8.26×10-3×15.97×10-3×7.8×103=4.116㎏ Gj=2pAj1Lj1′?Fe(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

Σp*= Pcu1* +PAl2* +Pfw* +Ps* +PFe*

=0.0347+0.0344+0.02+0.00703+0.029

=0.1251 93. 输出功率

PN1*=1+Σp*=1+0.1251=1.1251 94. 效率

?=1－Σp*/ PN1*=1－0.1251/1.1251=0.869%

(87%－86.9%)/87%=0.115%<0.5% 95. 功率因数

cos?=I1p/I1=1.1249/1.294=0.87 96. 转差率

**SN=

PAl*****1?PAl2?Ps?PFer?Pfw =

0.0344

1?0.0344?0.02?0.0154?0.007 =0.0319

PFer*=PFetr?PFeirPN =

(1?0.5)?147.2?(1?0.4)?69.97

7.5?103=0.0154

97. 转速

nN=(60f/p)(1－SN) =60×50/2×(1－0.0319) =1452r/min 98. 最大转矩倍数

Tm*=

1?SN2(R?(R*1*21?X?))*2

=

1?0.03192?(0.0207?(0.0207?0.131))22

=2.74

(五)起动性能计算

99. 起动电流假设值

Ist′=(2.5~3.5) 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)0.707[Ku1+Kd12Kp1(Z1/Z2)](1??0)

=59.1×32×0.707×[1+0.95982×1×(36/32)]×0.976

=2836.5A

101空气隙中漏磁场的虚拟磁密

BL=μ0 Fst/2??C

=0.4π×10-6×2836.5/2×0.4×10-3×0.9367 =4.757T ?C=0.64+2.5

?t1?t2

=0.64+2.5=0.9367

0.4

12.3?16.1 由BL查得漏抗饱和系数Kz=0.44

102齿顶漏磁饱和引起的定子齿顶宽度的减少

CS1=(t1－b01)(1－Kz) =(12.3-3.5)×(1－0.44) =4.93×10-3m

103.齿顶漏磁饱和引起的转子齿顶宽度的减少

CS2=(t2－b02)(1－Kz)

=(16.1－1)×(1－0.44) =8.456×10-3m

104.起动时定子槽比漏磁导

?S1(St)=Ku1(?u1－??u1)+KL1?L1

= (0.410-0.185)+ 0.83 =1.055

??u1?(h01?0.58h11CS1)()

b01CS1?1.5b01 =(0.8?0.584.93)()

0.9244.93?1.5?3.5 =0.185 105.起动时定子槽漏抗 Xs1(st)* = (

?S1(St)?S1)Xs1*

=(1.055/1.24)×0.440CX =0.3743CX

106.起动时定子谐波漏抗 Xδ1(st)*=KZ Xδ1* =0.44×0.5877 CX

=0.2586CX 107.起动时定子漏抗 Xσ1(st)*= Xs1(st)*+ Xδ1(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

?=1.987×10-3hBbBf bs2?B=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=1.7 KX=0.90 110.起动时转子槽比率磁导

?S2(St)?(?u2???u2?KX?L2)=（0.5-0.447）+0.90×1.73= 1.61

??u2=(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)* = (

?S2(St)?S2)Xs2*

=(1.61/2.23)×0.821 CX =0.593CX

112.起动时谐波漏抗 Xδ2(st)*=KZ Xδ2*

=0.44×0.9023 CX =0.397CX 113.起动时转子斜槽漏抗 XSK(st)*=KZ XSK* =0.44×0.29CX =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*=(Rst(St)?X?(St))

=(0.06132?0.8222) =0.1121 119.起动电流

*2*2***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*)(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： 1.效率 2．功率因数 3．最大转矩倍数 4．起动转矩倍数 5．起动电流倍数 标准值 0.87 0.85 2.2 计算值 0.869 0.87 2.74 偏差 -0.115% +2.3% +19.7% **22.2 2.458 +10.5% 7 6.75 -3.6%

。

TSt=( R2(st)/ Zst*)(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： 1.效率 2．功率因数 3．最大转矩倍数 4．起动转矩倍数 5．起动电流倍数 标准值 0.87 0.85 2.2 计算值 0.869 0.87 2.74 偏差 -0.115% +2.3% +19.7% **22.2 2.458 +10.5% 7 6.75 -3.6%

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