三相籠型感應電動機系列電磁設計(課程設計).doc

一、設計任務的依據(jù) 《電機設計》的課程設計是電氣工程及其自動化專業(yè)電機電器及其控制方向（本科）、電機制造（?？疲I(yè)的一個重要實踐性教學環(huán)節(jié)，通過電機設計的學習及課程設計的訓練，為今后從事電機設計工作、維護的人才打下良好的基礎。電機設計課程設計的目的：一是讓學生在學完該課程后，對電機設計工作過程有一個全面的、系統(tǒng)的了解。另一個是在設計過程培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)學生查閱表格、資料的能力，訓練學生的繪圖閱圖能力，為今后從事電機設計技術工作打下堅實的基礎。 根據(jù)用戶對產(chǎn)品提出的技術要求及使用特點，結(jié)合設計和制造的可能性而編制。 1設計的指導思想 設計一般用途的全封閉自扇冷、籠型三相異步電動機，應具有高效節(jié)能、起動轉(zhuǎn)矩大、性能好、噪聲低、振動小、可靠性高，功率等級和安裝尺寸符合IEC標準及使用維護方便等優(yōu)點。 2產(chǎn)品的用途 環(huán)境條件：海拔不超過1000米，環(huán)境空氣溫度隨季節(jié)而變化，但不超過400C。 適用于不含易燃、易爆或腐蝕性氣體的一般場所和無特殊要求的機械上。 3.額定數(shù)據(jù) 型號 Y100L1 額定容量 1.5KW 額定電壓 220V 額定電流 5.03A 額定轉(zhuǎn)速 1430r/m 4.主要性能指標 效率 0.81 功率因數(shù) 0.82 起動電流倍數(shù) 7 起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù) 2 最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù) 2.3 4.工作方式 連續(xù)(SI)制 5．結(jié)構與安裝尺寸 外殼防護等級 IP44 安裝結(jié)構 B3 絕緣等級 B級 外型 L1*b/h 轉(zhuǎn)子結(jié)構 鑄鋁熱套 安裝 A*B/ 6.主要標準 （1）Y系列三相電動機產(chǎn)品目錄 （2）Y系列三相異步電動機技術條件 二、設計內(nèi)容： 1.在查閱有關資料的基礎上，確定電機主要尺寸、槽配合，定、轉(zhuǎn)子槽形及槽形尺寸。 2.確定定、轉(zhuǎn)子繞組方案。 3.完成電機電磁設計計算方案。 4.用計算機（手畫也可以）畫出定、轉(zhuǎn)子沖片圖，電機結(jié)構圖。 三、課程設計的基本要求 1．求每位同學獨立完成一種型號規(guī)格電機的全部電磁方案計算過程，并根據(jù)所算結(jié)果繪出定、轉(zhuǎn)子沖片圖、電機總裝圖。 2．要求計算準確，繪出圖形正確、整潔。 3．要求學生在設計過程中能正確查閱有關資料、圖表及公式。 四、指導書、參考資料 指導書：《電機設計》陳世坤主編，機械工業(yè)出版社，2002年出版 參考資料：Y系列三相異步電動機技術設計 小型三相異步電動機技術手冊 五、說明書格式 1．課程設計封面； 2．課程設計任務書； 3．說明書目錄 4．前言 5．三相感應電動機電磁設計特點及設計思想（重點寫）。 6．三相感應電動機定、轉(zhuǎn)子繞組方案。 7．電磁設計設計單。 8．定、轉(zhuǎn)子沖片圖。 9．總結(jié)與體會 10．參考資料。 目 錄 前言1 一、三相感應電機及設計特點及設計思想2 二、三相感應電動機定、轉(zhuǎn)子繞組方案2 三、定、轉(zhuǎn)子沖片圖12 四、總結(jié)與體會14 參考文獻14 前 言 在自然界各種能源中，電能具有大規(guī)模集中生產(chǎn)、遠距離經(jīng)濟傳輸、智能化自動控制的突出特點，而作為電能生產(chǎn)、傳輸、使用和電能特性變化的核心裝備，電機在現(xiàn)代社會所有行業(yè)和部門中也占據(jù)著越來越重要的地位。 電機包括變壓器和旋轉(zhuǎn)電機，都用于實現(xiàn)機械能和電能之間的轉(zhuǎn)換。旋轉(zhuǎn)電機分為直流電機和交流電機，交流電機又分為異步電機和同步電機。三相異步電動機隸屬交流電動機，又稱感應電機。具有結(jié)構簡單，制造容易，堅固耐用，維修方便，成本低廉等一系列優(yōu)點。因其具有較高的效率及接近于恒速的負載特性，故能滿足絕大部分工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械的拖動要求。 三相異步電動機在國內(nèi)外的生產(chǎn)量、需求量都非常大，我國有許多廠家能生產(chǎn)各類永磁直流電機。對于從事電機設計、生產(chǎn)的工作者來講，在電機設計實踐中經(jīng)常會遇到電機仿制、電機按性能要求進行改制、電機按技術參數(shù)全新設計等問題，因此就需要有一套比較實用的能夠進行永磁直流電機設計的思路和方法，以便有效、簡便、正確地對電機進行設計。 電機設計的任務是根據(jù)用戶提出的產(chǎn)品規(guī)格、技術要求，結(jié)合技術經(jīng)濟方面國家的方針政策和生產(chǎn)實際情況，運用有關的理論和計算方法，正確處理設計時遇到的各種矛盾，從而設計出性能好、體積小、結(jié)構簡單、運行可靠、制造和使用維修方便的先進產(chǎn)品。 電機設計是個復雜的過程，需要考慮的因素、確定的尺寸和數(shù)據(jù)很多。設計要根據(jù)電機用戶對電機各方面性能的要求，能因地制宜，針對具體情況采取不同的解決方法,從而設計出性能好、體積小、結(jié)構簡單、運行可靠、制造和使用維護方便的先進產(chǎn)品。設計一臺小型三相異步電動機的意義在于：首先設計電機是電機原理和實踐電機相結(jié)合的環(huán)節(jié)，是設計者綜合運用所學知識解決所學專業(yè)實際問題能力的檢驗，是學習深化知識和提高的重要過程。其次，三相異步電動機是各行各業(yè)生產(chǎn)過程及日常生活中普遍使用的基礎設備，使用廣泛，值得研究。而本次課程設計的目的就是通過收集各類書籍，雜志，網(wǎng)絡相關資源，了解三相異步電動機在國內(nèi)外的發(fā)展狀況；通過電機設計相關教材，結(jié)合具體情況設計一般用途的全封閉自扇冷、籠型三相異步電動機，應具有高效節(jié)能、起動轉(zhuǎn)矩大、性能好、噪聲低、振動小、可靠性高，功率等級和安裝尺寸符合IEC標準及使用維護方便等優(yōu)點。 一、三相感應電動機電磁設計特點及設計思想 三相感應電動機電磁設計主要的內(nèi)容包括如何確定電機和選擇電機的電磁負荷及定子兩套繞組的極對數(shù)。由于作電動機運行的三相異步電機。三相異步電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速低于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組因與磁場間存在著相對運動而感生電動勢和電流，并與磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)能量變換。電機設計是個復雜的過程，需要考慮的因素、確定的尺寸和數(shù)據(jù)很多。與單相異步電動機相比，三相異步電動機運行性能好，并可節(jié)省各種材料。按轉(zhuǎn)子結(jié)構的不同，三相異步電動機可分為籠式和繞線式兩種?；\式轉(zhuǎn)子的異步電動機結(jié)構簡單、運行可靠、重量輕、價格便宜，得到了廣泛的應用，其主要缺點是調(diào)速困難。繞線式三相異步電動機的轉(zhuǎn)子和定子一樣也設置了三相繞組并通過滑環(huán)、電刷與外部變阻器連接。調(diào)節(jié)變阻器電阻可以改善電動機的起動性能和調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。 同時需注意一下三點： (1) 調(diào)速范圍 明確電機轉(zhuǎn)速運行的最大區(qū)間，并應指明電機的常用轉(zhuǎn)速區(qū)間，以便選擇合適的電機數(shù)據(jù)，獲得良好的力能指標。 (2) 負載的性質(zhì) 明確負載需要恒功率調(diào)速或恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，或在整個調(diào)速范圍內(nèi)部分轉(zhuǎn)速區(qū)為恒功率、部分轉(zhuǎn)速區(qū)為恒轉(zhuǎn)矩。這對選擇自然同步轉(zhuǎn)速（即確定pp、pc之和）及控制繞組電源在調(diào)速范圍內(nèi)是否需要改變相序十分重要。 (3) 通風冷卻系統(tǒng) 一般交流電機包括同步電機和感應電機，轉(zhuǎn)子不計算鐵耗，然而該類電機正常穩(wěn)態(tài)運行時，定子繞組產(chǎn)生的2個旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子本體轉(zhuǎn)速存在較大的轉(zhuǎn)差，轉(zhuǎn)子鐵芯損耗不容忽視。不僅電磁設計時，其電磁負荷的選擇應與常規(guī)電機有所區(qū)別，而且對通風冷卻結(jié)構設計應予足夠的重視。 設計要根據(jù)電機用戶對電機各方面性能的要求，能因地制宜，針對具體情況采取不同的解決方法,從而設計出性能好、 體積小、結(jié)構簡單、運行可靠、制造和使用維護方便的先進產(chǎn)品。本次設計共包括四個方案，方案一：復算。方案二:提高其功率因數(shù).方案三:提高其效率.電磁計算中的幾個主要部分包括：主要尺寸與氣隙的確定；定轉(zhuǎn)子繞組與沖片設計；工作性能的計算；起動性能的計算等。 二、三相感應電動機定、轉(zhuǎn)子繞組方案 （一）額定數(shù)據(jù)及主要尺寸 1 輸出功率PN=2.2kW 2額定電壓 Un =380V 3 功電流 =3.33A 4 效率 y=0.81 5 功率因數(shù)cosφ’ =0.82 6 極對數(shù)p=2 7 定轉(zhuǎn)子槽數(shù) Z1=36 Z2=32 8 定轉(zhuǎn)子每極槽數(shù) = 9 =8 9 定轉(zhuǎn)子沖片尺寸 10 極距 = 0.07696m 11 定子齒距 = 0.00855m 12 轉(zhuǎn)子齒距 = 0.00956m 13 節(jié)距 y =3 14 轉(zhuǎn)子斜槽寬 bsk= t1= 0.0145m 15 每槽導體數(shù) 單層線圈 Ns1 =41 16 相串聯(lián)導體數(shù) =492 17 繞組線規(guī)（估算）= 1.42 mm2 I’1（定子電流初步值）= = 5.01A 18 槽滿率（教材圖10-8） 1 槽面積= 0.0081725m2 (2)槽有效面積 = 0.00589869 m2 (3)槽滿率 = 0.78 19 鐵心長lt 鐵心有效長 lt=105mm 繞組系數(shù) = 0.959795 21 每相有效串聯(lián)導體數(shù) =477 （二）磁路計算 22 每極磁通 =0.0068125T 其中 = 203.38v （假設） 23 極齒部截面積 定子 = 0.004039m2 轉(zhuǎn)子 = 0.003591m2 24 軛部截面積 = 0.001683m2 定子軛部計算高度 圓底槽 = 0.01687m 轉(zhuǎn)子 = 0.0025805 m2 轉(zhuǎn)子軛部計算高度 圓底槽 = 0.02587m 25 空氣隙面積 = 0.00808m2 26 波幅系數(shù) = 1.3745（可先假定飽合系數(shù)K’s，再從教材圖附1-2中查出Fs） 27 定子齒磁密 =1.53326T 28 轉(zhuǎn)子齒磁密 = 1.58243T 29 定子軛磁密 = 1.45644T 30 轉(zhuǎn)子軛磁密 = 1.42909T 31 空氣隙磁密 = 0.724068T 32 根據(jù)Bt1、Bt2、Bj1、Bj2、Bδ從磁化曲線（教材附錄5）中查出Ht1、Ht2、Hj1、Hj2 33 齒部磁路計算長度 定子 圓底槽 = 0.0127008m 轉(zhuǎn)子 平底槽 =0.020m 34 部磁路計算長度 定子 = 0.05424m 轉(zhuǎn)子 = 0.02809m 35 有效氣隙長度 = 0.000378m 開口槽 = 1.3244 36 齒部磁壓降 定子 =18.04v 轉(zhuǎn)子 = 17.24v 37 厄部磁壓降 定子 =25.75v 轉(zhuǎn)子 = 9.113v 38 空氣隙磁壓降 = 391.64V 39 飽和系數(shù) = 1.4307 （值與26項中假定的應相符，否則重新假定，并重新計算26～39項中各有關量，直至相符。要求精度≤1%） 40 磁壓降 =367.95V 41 滿載磁化電流 =3.4411A 42 滿載磁化電流標么值 = 0.75495 43 勵磁電抗標么值 =1.1883 （三） 參數(shù)計算 44 線圈平均半匝長（見教材圖附1-4） 單層線圈 =0.156432m 46 單層線圈端部平均長 =0.067645m 47 漏抗系數(shù) = 0.032178 ?? 48 定子槽比漏磁導 = 1.35188 49 定子槽漏抗 = 0.024183 ?? 無徑向通風道時 =0.026813m 50 定子諧波漏抗 = 0.012063?? （從圖13或表5中查出） 51 定子端部漏抗 單層同心式 =0.005667?? 52 定子漏抗 = 0.042033 ?? 53 轉(zhuǎn)子槽比漏磁導 = 1.5812（、從教材附錄四查出） 54 轉(zhuǎn)子槽漏抗 = 0.02929 ?? 無徑向通風道時 =0.02979m 55 轉(zhuǎn)子諧波漏抗 = 0.031493??（從教材圖4-11或附錄9查出） 56 轉(zhuǎn)子端部漏抗 = 0.0045301?? 57 轉(zhuǎn)子斜槽漏抗 = 0.015132 ?? 58 轉(zhuǎn)子漏抗 = 0.080445 ?? 59 總漏抗 = 0.12248 ?? 60 定子直流相電阻 =1.8933 ?? 對A、E、B級絕緣 鋁，銅 對F、H級絕緣 鋁，銅 61 定子相電阻標么值 = 0.039335?? 62 有效材料 定子導線重量 = 3.9602kg 式中C為考慮導線絕緣和引線重量的系數(shù)，漆包圓鋁線取1.1，漆包圓銅線取1.05； 為導線密度，鋁為2.7103kg/m3，銅為8.9103kg/m3 硅鋼片重量 = 37.678kg (為沖剪余量，取5mm) 63 轉(zhuǎn)子電阻 導條電阻折算值 =1.168 ?? 端環(huán)電阻折算值 =0.28094 ?? 因疊片不整齊造成導條電阻增加而引入系數(shù)KB ，鑄鋁轉(zhuǎn)子為1.04，銅條轉(zhuǎn)子為1.0 對于A、E、B級絕緣：紫銅，黃銅, 硬紫銅桿，鑄鋁， 硅鋁 對于A、E、B級絕緣：紫銅，黃銅, 硬紫銅桿，鑄鋁， 硅鋁 導條電阻標么值 = 0.024265 端環(huán)電阻標么值 = 0.0058367 轉(zhuǎn)子電阻標么值 = 0.030102 （四）工作性能計算 64 滿載時定子電流有功分量標么值 = 1.2285（假定效率） 65 滿載時轉(zhuǎn)子電流無功分量標么值 = 0.19604 =1.0789 66 滿載時定子電流無功分量標么值 = 0.951 67 滿載電勢標么值 = 0.9117 此值應與22項假定相符，否則重新假定KE并計算22～67項，直至誤差小于0.5% 68 空載電勢標么值 =0.7896 69 空載時定子齒磁密 Bt1=1.4293T 70 空載時轉(zhuǎn)子齒磁密 = 1.6874T 71 空載時定子軛磁密 Bj1= 1.3803T 72 空載時轉(zhuǎn)子軛磁密 = 0.76422T 73 空載時氣隙磁密 = 0.6919T 74 空載定子齒磁壓降 =25.978v 75 空載轉(zhuǎn)子齒磁壓降 = 151.88v 76 空載定子軛磁壓降 =24.03v 77 空載轉(zhuǎn)子軛磁壓降 = 3.5977v 78 空載空氣隙磁壓降 = 253.12v 79 空載總磁壓降 =458.6v 80 空載磁化電流 = 4.2889A 81 定子電流標么值 = 1.5536 定子電流實際值 = 5.173488A 82 定子電流密度 = 6.2968e+006 83 線負荷 =21463A 84 轉(zhuǎn)子電流標么值 = 1.2441 轉(zhuǎn)子電流實際值 =244.99A 端環(huán)電流實際值 = 428.9A 85 轉(zhuǎn)子電流密度 導條電密 =3.42586e+006 端環(huán)電密 = 1.78165e+006 86 定子電氣損耗 = 0.094944w =284.83w 87 轉(zhuǎn)子電氣損耗 = 0.046591w = 139.77w 88 附加損耗 鑄鋁轉(zhuǎn)子：0.025（2極），0.02（4極），0.015（6極），0.01（8極和10極） 銅條轉(zhuǎn)子：0.005 或參考相近規(guī)格的實測值 =60 89 機械損耗 參考實際試驗值或按下列公式計算 二極防護式： = 11.435w 機械損耗標么值 = 0.0064827w 90 定子鐵損耗 1 定子齒重量 =3.4325kg 定子軛重量 =7.2747kg 2 定子齒損耗 = 121.17 損耗系數(shù)根據(jù)查表4得到 3 定子齒損耗 = 62.972 損耗系數(shù)根據(jù)查表4得到 4 定子鐵損耗 = 184.15w 鐵耗校正系數(shù) 2.5（半閉口槽），3.0（開口槽） 2.0（半閉口槽）2.5（開口槽） 定子鐵損耗標么值 = 0.061382 91 總損耗標么值 = 0.2294 92 輸入功率 = 1.2294w 93 效率 =0.822005 此值應與64項假定值相符，否則重新假定并計算64～93項，直至誤差小于0.5% 94 功率因數(shù) = 0.802179 95 轉(zhuǎn)差率 = 0.044 = 0.03473 96 轉(zhuǎn)速 = 1434.66 r/min 最大轉(zhuǎn)矩 = 2.8515 （五） 起動性能計算 98 起動電流假定值 = 41.461A 99 起動時定轉(zhuǎn)子槽磁勢平均值 = 2454.9T 100 空氣隙中漏磁場的虛擬磁密 = 4.7234T = 0.93301 由查教材圖10-18可得漏抗飽合系數(shù)Kz=0.512 101 齒頂漏磁飽合引起的定子齒頂寬度的的減少 = 0.0049248T 102 齒頂漏磁飽合引起的轉(zhuǎn)子齒頂寬度的的減少 = 0.0066965T 103 起動時定子槽比漏磁導 = 1.1261T = 0.20269T 104 起動時定子槽漏抗 =0.020495 ?? 105 起動時定子諧波漏抗 = 0.0054746 ?? 106 起動時定子漏抗 = 0.031756 ?? 107 考慮集膚效應，轉(zhuǎn)子導條相對高度 = 1.5512 式中：hB ——轉(zhuǎn)子導條的高度，對鑄鋁轉(zhuǎn)子不包括槽口高度h02 ——轉(zhuǎn)子導條與轉(zhuǎn)子槽的寬度之比，對鑄鋁轉(zhuǎn)子其值為1，窄長的銅條其值為0.9 ——導條的電阻率。 對A、E、B級絕緣，鋁為，銅為； 對F、H級絕緣，鋁為，銅為 f ——轉(zhuǎn)子電流頻率，起動時其等于定子電流的頻率 108 轉(zhuǎn)子電阻增加系數(shù)和電抗減少系數(shù) KF、Kx 查教材圖附1-10及教材圖4-23 = 1.2 = 0.95 109 起動時轉(zhuǎn)子槽比漏磁導 = 0.9821T 110 起動時轉(zhuǎn)子槽漏抗 = 0.02023 ?? 111 起動時轉(zhuǎn)子諧波漏抗 = 0.014293 ?? 112 起動時轉(zhuǎn)子斜槽漏抗 =0.0068677 ?? 113 起動時轉(zhuǎn)子漏抗 = 0.045921 ?? 114 起動時總漏抗 = 0.077677 ?? 115 起動時轉(zhuǎn)子總電阻 = 0.034955 ?? 116 起動時總電阻 = 0.07429 ?? 117 起動時總阻抗 = 0.10748 ?? 118 起動電流 = 41.642A 此值應與98項假定值相符，否則重新假設并計算98～118項，直至誤差小于3% 起動電流的倍數(shù) = 5.65375 119 起動轉(zhuǎn)矩的倍數(shù) = 2.1375 三、定、轉(zhuǎn)子沖片圖 圖4-1 電機定子磁路圖 圖4-2 電機定子繞線圖 圖4-3 電機轉(zhuǎn)子子圖 圖4-4 Y132電機裝配圖 五、設計總結(jié)與體會 本次課程設計歷時一周半，在這個過程中感覺計算太復雜，記住了這個，又忘記了那個。在計算后面的數(shù)據(jù)時，有時又要找前面算出來的數(shù)據(jù)，有時候找得很煩躁，不過最后還是堅持下來了。 在領設計題目時，認真地聽取了杜老師的指導，積極找同組同學討論。為盡可能地把所學知識應用到課程設計中，盡力做到理論和實際相結(jié)合,于是仔細觀察、綜合分析、細節(jié)分析、獨立思考、深入研究、親身動手。 本次的課程設計就是為了培養(yǎng)運用所學知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程.此次課程設計至今我仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論到實踐，在整整兩星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學到很多很多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固……通過這次課程設計之后，一定把以前所學過的知識重新溫故。 回想這設計過程，比原先想的有些難度，實際動手跟理論完全是兩碼事。動手還得考驗你的心態(tài)，因為有很多時候不是一兩次就能做好的，這樣肯定心情比較煩躁，直接影響下面的操作。所以不管步驟多煩，只有保持良好的心態(tài)去面對，都能游逆而解。 通過這次設計明白了做人的道理，以后工作不可能都是一帆風順的，肯定會遇到困難重重，那時不能煩躁，一定要保持良好的心態(tài)，勇敢得去面對，那樣才能克服困難，走向成功。 參考文獻 [1] 陳世坤．電機設計．機械工業(yè)出版社． [2] 李年?。姍C設計．清華大學出版社 [3] 湯蘊璆．電機學．機械工業(yè)出版社 [4] 方日杰．電機工藝制造學．機械工業(yè)出版社 [5] 林筱泓．中小型電機手冊．上海電科所