Y2-200L-4型电机电磁设计计算,毕业论文

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 摘

 要

 本文主要针对 Y2-200L-4 型电机进行了电磁设计和计算。首先基于设计任务书给定的参数并结合相关的技术条件确定了与 Y2-200L-4 电机的电磁性能有关的主要尺寸,选择定、转子的槽数及槽配合,用 CAD 绘制出定、转子的槽型和线圈尺寸图,槽型分布图及绕组分布图。计算出每相串联导体数,串联匝数,槽满率等基本量,然后据此选定有关的材料。再在 MATLAB 中编程进行该电机的电磁计算,反复调整有关参数,使其技术指标符合任务书的要求, ,最终设计出符合任务书规定技术要求的电机。

 关键词:

 Y2- - 200L- -4 4; 定转子;绕 绕 组分布; 电磁设计计算

 Abstract

 This article mainly about electromagnetic design and calculation of Y2-200L-4 motor. First it determined the main dimensions related to the electromagnetic properties of the Y2-200L-4 motor based on the parameters of dsign task and technical conditions. Then it selected the number of slots of stator and rotor and right slots. I not only used CAD to draw size chart of stator, rotor and coil but also draw distribution of groove and winding. I calculated some basic amount such as the number of conductors in series per phase and slot fill factor. Then I selected the related materials. I have completed the electromagnetic calculations of this motor in MATLAB. Then I adjusted the parameters repeatedly. I did a lot of work to make its technical indicators meet the requirements of the mission statement. In the last I designed the motor that meet the requirements of the mission statement.

 Key Words: Y2-200L-4, stator and rotor, winding distribution, electromagnetic

  摘

 要 ............................................................................................................................................................... 0

 ABSTRACT .......................................................................................................................................................... 1

 1

 绪论 ............................................................................................................................................................. 4

 1.1

  工程背景 .......................................................................................................................................................... 4

 1.2

  设计范围 .......................................................................................................................................................... 4

 1.3

  设计依据 .......................................................................................................................................................... 4

 1.4

  设计目标 .......................................................................................................................................................... 4

 1.5

  本文的主要工作 .............................................................................................................................................. 4

 2

 三相异步电动机主要参数的确定 ................................................................................................................. 5

 2.1

  主要尺寸及气隙长度的确定 .......................................................................................................................... 5

 2.2

  定、转子槽形及槽配合的确定 ...................................................................................................................... 5

 2.2.1

 定、转子槽形的选择 ............................................................................................................................. 5

 2.2.2

  定、转子槽形尺寸的确定 ................................................................................................................... 6

 2.2.3

 槽配合的选取 ......................................................................................................................................... 6

 2.3

  绕组型式及节距的选择 .................................................................................................................................. 7

 2.3.1

 绕组型式的选择 ..................................................................................................................................... 7

 2.3.2

 绕组节距的选择 ..................................................................................................................................... 7

 3

 电磁计算 ...................................................................................................................................................... 7

 3.1

  额定数据及主要尺寸 ...................................................................................................................................... 7

 3.2

  磁路计算 .......................................................................................................................................................... 9

 3.3

  参数计算 ........................................................................................................................................................ 12

 3.4

  性能计算 ........................................................................................................................................................ 15

 3.4.1

 工作性能计算 ....................................................................................................................................... 15

 3.4.2

 起动性能计算 ....................................................................................................................................... 20

 3.5

  程序流程图 .................................................................................................................................................... 22

 结

 论 ............................................................................................................................................................. 24

 致

 谢 ............................................................................................................................................................. 24

 参考文献 ......................................................................................................................................................... 25

 附录 A .............................................................................................................................................................. 26

 源程序 .................................................................................................................................................................... 26

 运行结果 ................................................................................................................................................................ 35

 附录 B .............................................................................................................................................................. 36

 附录 C .............................................................................................................................................................. 38

 1

 绪论

 1.1

 工程背景 三相异步电动机具有结构简单,价格低廉,维修方便等优点,在电网的总负载中,异步电动机的容量约占整个动力负载的85%,是目前工农业生产中使用最广泛的一种电动机,可见其使用的广泛性和重要性 [1] 。此外,异步电动机还派生出了各种防护型式以适应不同环境条件的需要,也具有较高的效率和较好的工作特性。异步电动机可分为鼠笼式异步电动机和绕线式异步电动机,两者相比,鼠笼式异步电动机在运行、维护及成本方面都比绕线式异步电动机更有优势。因此本设计对 Y2-200L-4 型电机进行了电磁设计计算。

 1.2

 设计范围 包括根据相关技术手册确定与电机的电磁性能有关的主要尺寸、槽形及槽配合、绕组型式和节距、线规和材料等,用 MATLAB 编程进行电磁计算,用 CAD 画出定、转子冲片图及绕组分布图。

 1.3

 设计依据 (1) 类似电机的电磁设计资料。

 (2) 国家现行有关设计规程、技术手册,主要包括:

 ① 《实用电机设计计算手册》(黄坚,郭中醒主编)

 Y2 系列三相异步电动机技术条件》(JB/T8680.1-1998) ② 用户提出的产品规格(功率、电压、转速等)及技术要求(如效率、温升等 )。

 1.4

 设计目标 设计出电机的主要性能指标,如起动转矩、最大转矩、起动电流倍数、效率和功率因数等要满足设计任务书的要求。在此基础上,部分性能指标最好有所改善。

 1.5

 本文的主要工作 (1) 三相鼠笼式异步电动机主要参数的确定 根据设计任务书的要求,结合相关的技术手册,确定出与电机电磁性能有关的主要尺寸、槽形及槽配合、绕组型式及节距、线规和材料。

 (2) 电磁计算 根据所确定出的主要参数,编程进行电磁计算,计算可分为四个模块,包括额定数据及主要尺寸计算、磁路计算、参数计算和起动计算。在计算过程中需要反复调整相关参数,直到计算出的主要性能指标达到设计任务书的要求。

 (3) MATLAB 编程 本设计的电磁计算部分工作量大,采用 MATLAB 编程使得计算量大大减小,同时计算的精确度也得到提高。

 (4) CAD 画图 本设计中使用 CAD 画出定、转子冲片图,槽形尺寸图和定子绕组分布图。

 2

  三相异步电动机主要参数的确定 三相异步电动机的主要参数是电机电磁计算的数据依据,只有在选择了合适的主要参数的前提下,才能够正确地进行电磁计算。

 主要参数的选择是以经验公式计算出的数据为基本依据,结合相关的技术手册进行选择。

 2.1

 主要尺寸及气隙长度的确定 电机的主要尺寸包括定子内径i1D和铁芯有效长度effL,只要确定了这两个参数,其他的尺寸(包括定、转子内外径、铁芯长度和气隙长度)就可以以此为根据,参阅相关的技术手册得到。

 但在一般情况下,定子内径i1D和铁芯有效长度effL的计算比较麻烦,通常采用类比法来确定电机的主要尺寸,参照已生产过的同类型相近规格电机的设计和实验数据,直接初选电机的主要尺寸。在本设计中,以厂家已经生产过的 Y2 系列的相近电机作为参考,结合相关技术手册得到本台电机的主要尺寸。

 本台电机主要尺寸结合文献[2]中附录 A 进行选取,详见附录 C 和附录 D。

 2.2

 定、转子槽形及槽配合的确定 2.2.1

 定、转子槽形的选择 (1) 定子槽形的选择

 小型三相异步电动机的定子槽形,一般采用斜口圆底槽[3]。槽口斜角统一规定如下:

 ① 160 机座及以下为 30 ; ② 180~280 机座:2 极为 20 ,4 极为 30 ,6、8 极为 35 ; ③ 315~355 机座:2 极为 20 ,4~10 极为 30 。

 因本台电机机座号为 200,极数为 4 极,所以定子选圆底槽,槽口角度选 30 。详见附录 C。

 (2) 转子槽形的选择 转子采用平底槽、圆底槽、梨形槽、凸形槽(对称和不对称)、刀形槽等 6 种槽形,槽口斜角对梨形槽和刀形槽为 0 ,其他槽形为 30 。采用凸形槽可以在起动转矩和运行性能两方面都有所兼顾,所以 Y2 系列电动机在大机座号中采用凸形槽较多。

 本台电机的机座号较大,因此转子选凸形槽(不对称),槽口斜角为 30 ,详见附录 D。

 2.2.2

  定、转子槽形尺寸的确定 定子的槽形尺寸不仅影响槽满率,而且还影响定子齿部和轭部的磁密,一般在设计时要求齿部和轭部有适当的磁密,齿部有足够的机械强度,轭部有足够的刚度。

 转子的槽形尺寸对电机的各项性能指标,包括起动转矩、起动电流倍数、最大转矩、转差率、效率和功率因数等都有非常大的影响;此外,槽的各部分尺寸对这些性能指标又有不同程度的影响。在实际设计中,一般采用类比法来确定电机定、转子的槽形尺寸。本台电机定、转子槽形尺寸详见附录 C 和附录 D。

 2.2.3

 槽配合的选取 槽配合就是在电机选取转子槽数时,必须与定子槽数有恰当的配合。选择合理的槽配合对于降低电磁噪声,进而降低电动机负载噪声具有特殊的意义[4]。槽配合对电机的性能有很大的影响,若选取不当,可能会导致附加损耗、附加转矩、振动与噪声增加,从而使效率降低,起动性能变差。采用定、转子槽数接近的槽配合,可减小附加损耗。4 极电机一般采用 24/22,36/28、48/38、60/50、72/64。本台电机所选取的槽配合是 48/38。

 2.3

 绕组型式及节距的选择 2.3.1

 绕组型式的选择 考虑到目前的传统生产工艺和机械化下线的可能性,除 71 机座 6 极和 80、90 机座 8极采用双层绕组外,对 160 及以下的机座仍采用单层绕组。对 180 及以上机座,为了提高电机性能和降低电机噪声,在设计时全部采用双层叠绕组。本台电机因机座号为 200,所以选用双层叠绕组。

 2.3.2

 绕组节距的选择 对双层绕组应从电机具有良好的电气性能和节约导线材料两方面来考虑节距的选择。在正常三相异步电动机中,通常选p56y   以便消弱磁势的 5 次和 7 次谐波分量。对于 2极电机,为了便于嵌线和缩短端部长度,除铁芯长度很长的以外,一般取p23y   左右[5]。因本设计是 2 极电机,所以取p1318y   。

 3

 电磁计算 3.1

 额定数据及主要尺寸 (1) 输出功率 30NP kW  。

 (2) 相电压 因为该电机为△接法,所以相电压 380NU V 。

 (3) 功电流 3 3KW10 30 1026.316( )3 3 380NNPI AU    (4) 效率标准值"0.913   。

 (5) 功率因数标准值"cos 0.86   。

 (6) 极数对数 2 p  。

 (7) 频率 50Hz f  。

 (8) 定、转子槽数

 定子槽数148 Z  ,转子槽数238 Z  。

 (9) 定、转子每极槽数 定子每极槽数 :

 1148122 4pZZp  

 转子每极槽数:

 2p23819/ 22 4ZZp  

 (10) 定、转子冲片尺寸 定子外径1327 D mm  ,定子内径i1210 D mm  ,气隙长度 0.7mm   ,转子外径2208.6 D mm  ,转子内径i275 D mm  。

 定子槽形尺寸(见附录 C):

 010.38 b mm  ,011 h mm  ,16.3Sb mm  , =4.5mm R , 21 215 m h m  ,s130 Z   。

 转子槽形尺寸(见附录 D):

 021.5 m b m  ,123.5 b mm  ,224.8 b mm  ,322.4 b mm  ,020.8 m h m  ,1212.2 m h m  ,2222.6 m h m  ,s230 Z   。

 (11) 极距 1210164.852 4iDmmp   

 (12) 定、转子齿距 定子齿距:

 11121013.7448iDt mmZ    

 转子齿距:

 222208.617.2438Dt mmZ    

 (13) 绕组节距 11 1 10 y    。

 (14) 每相串联导体数 1 1Φ1126 482083 3 2SN ZNa    其中,每槽导体数12SN   每圈匝数 2 13 26    ;并联支路数12 a  。

 (15) 绕组线规 根据经验,一般按类比法选取线规,本文中选取的线规为 3 1.108mm  。绝缘后直径d=1.27mm,截面积211.108( )cA mm  。

 (16) 槽满率 槽面积:

    2 26 21s s2 π 2 4.5 6.3 4.521.5 2 181 10 m2 2 2 2SR b RA h h            

 其中,槽楔高度按文献[6]中表 2-7 选取,取 0.2cm h 。

 对于双层叠绕组,槽绝缘所占面积为:

    6 2i i s s12 π 2 0.3 2 21.5 4.5 2 4.5 6.3 21.73 10 A h R R b m               

 其中,槽绝缘厚度i 按表文献[6]中 2-7 查取。

 槽有效面积:

 6 2 6 2ef s i(181 21.73) 10 159.27 10 m A A A m       

 槽满率:

 2 3 21 1f6ef3 26 (1.27 10 )79%159.27 10i SN N dSA       其中,导体并饶根数13tN  ;导体绝缘后外径 1.27 m d m  。

 (17) 铁芯长 铁芯有效长:

 2 19.5 2 0.7 209 mef tL l m       

 净铁芯长:

 Fe Fe= =0.95 19.5=185.25mmtL K l  

 其中,铁芯叠压系数取Fe0.95 K  。

 (18) 每相有效串联导体数 1 dp1208 0.9251 192 N K  

 其中,绕组系数dp1K 的计算详见附录 B 中(1)。

 3.2

 磁路计算 (1) 每极磁通

 设负载电势系数初值"0.931EK  ,"1.183SK  ,参考资料得 1.095NmK  ,则每极磁通为:

 "dp1 1353.780.016254 4 1.095 0.9577 50 104E NNmK UWbK K f N        

 (2) 齿部截面积 定子齿截面积:

 2 6 21 1 10.95 0.195 0.00727 12 16161 10 mi Fe t i pA K l b Z m         

 转子齿截面积:

 " "" 2 6 22 2 20.95 0.195 0.009282 9.5 16335.2 10 mi Fe t i PA K l b Z m         

 "" "" 2 6 22 2 20.95 0.195 0.012039 9.5 21187.1 10 mi Fe t i PA K l b Z m         

 其中,i1b 为定子齿部计算宽度;"2 ib 、""2 ib 为转子齿部计算宽度,一般取靠近齿最狭小的 1/3处的宽度。

 (3) 轭部截面积 定子轭部截面积:

 " 3 2 6 21 10.95 0.195 33 10 6113 10 mj Fe t jA K l h m         

 转子轭部截面积:

 " 3 2 6 22 20.95 0.195 31.2 10 5780 10 mj Fe t jA K l h m         

 其中,定、转子轭部磁路计算高度1 jh和j2h的计算详见附录 B 中(2)。

 (4) 空气隙截面积 2 6 20.16485 0.209 34453 10 mefA l m     

 (5) 波幅系数 从这里开始进行饱和系数计算,一般需要进行多次的循环。这里先假设饱和系数"1.268SK  ,对应的波幅系数S1.427 F  。

 (6) 定子齿磁密 i1 S6i10.016791.4598 1.516716161 10B F TA     (7) 转子齿磁密 "2 S" 620.016791.4598 1.500521187.1 10tiB F TA    

 ""2 S"" 620.016791.4598 1.156921187 10tiB F TA     (8) 定子轭磁密 1610.016790.5 1.37342 6113 10jjB TA    (9) 转子轭磁密 2620.016790.5 1.45252 5789 10jjB TA    (10) 空气隙磁密 S620.016791.4598 0.711516161 10iB F TA     (11) 各部分磁路的磁场强度 根据计算出的各部分磁密,按照磁化曲线可查出各部分磁场强度如下:

 i1H 21.9A/cm,"2 tH 20.1A/cm, "2 tH 5.792A/cm, j1H 11.42A/cm, j2H 15.66A/cm。

 (12) 有效空气隙长度 3 3ef1.254 0.7 10 0.878 10 m K          

 其中气隙系数 K  计算详见附录 B 中(3)。

 (13) 定、转子齿部磁压降 定子齿部磁压降:

 2 3i1 i1 i114.5 10 23 10 33.35 F H L A A       

 转子齿部磁压降:

 " " "" ""i2 2 2 2 232.86i i i iF H L H L A     

 其中,定、转子齿部磁路计算高度"1 iL 、"2 iL 和""2 iL 的计算详见附录 B 中(4)。

 (14) 定、转子轭部磁压降 定子轭部磁压降:

 1j1 1 j1 j10.523 11.42 115 10 68.686jF C H L A A        

 转子轭部所需安匝数:

 1j2 2 j2 j20.348 15.66 41.7 10 22.7317jF C H L A A        

 其中,定、转子轭部磁路计算长度j1L和j2L的计算详见附录 B 中(5);定、转子轭部磁路长度校正系数1 jC 、2 jC 按文献[6]中图 2-15 查取。

 (15) 空气隙磁压降 3601.254 0.7115 0.7 104970.4 10K BF A Au         (16) 饱和系数 i1 i2497 50.37 37.61191.177497SF F FKF     

 由于上述计算出的饱和系数值与假设值较为接近,即满足"0.01S SSK KK ,故可以继续计算,否则必须返回重新计算直至满足要求。

 (17) 每极磁势 0 i1 i2 j1 j2497 50.37 37.612 68.686 22.732 676.399 F F F F F F A          

 (18) 满载磁化电流 0mdp12 2 2 676.399610.415A0.9 1 1 0.9 3 104 0.9251p FI Am N K           (19) 满载磁化电流标幺值 *mmKW10.4150.3957826.316III  

 (20) 励磁电抗标幺值 *mS*m1 12.5270.39578XI  

 3.3

 参数计算 (1) 定子槽漏抗标幺值 *112 21 12 1 2 3 2 0.195 1.08120.2946848 0.9251 0.209t SS x x Xdp efm p lX C C CZ K l               其中,漏抗系数XC 详见附录 B 中(6);定子槽比漏磁导s1 详见附录 B 中(7)。

 (2) 定子谐波漏抗标幺值

 *1 X2 2 2 3 2dp11 3 0.16485 0.005920.335420.878 10 0.9251 1.177x xef Sm SX C C CK K                其中,定子谐波单位漏磁导可查文献[6]中表 2-12 得到:

 S  =0.00592

 (3) 定子端部漏抗标幺值  *E1 X2 2ef 150.57 0.16485 (3 1)0.57 3 16= =0.3940C2 0.209 0.9251 2x xdpX C Cl K          

 (4) 定子漏抗标幺值 * * * *1 1 1 1(0.2947 0.3354 0.3940) 0.054165S E xX X X X C        

 (5) 转子槽漏抗标幺值 *s2S2 X22 1 2 3 2 0.195 4.3824= 1.291238 0.209tx xefm p lX C C CZ l            其中,2L 为转子铁芯长度,因本台电机无径向通风道,故有2L L  ;转子槽比漏磁导s2 的计算详见附录 B 中(8)。

 (6) 转子谐波漏抗标幺值 *2 X2 2 313 0.16485 0.0070.33942π 0.878 10 1.177x xef Sm RX C C CK            其中,转子谐波单位漏磁导可查文献[6]中表 2-13 得到:

 0.007 R 。

 (7) 转子端部漏抗标幺值 *E2 Xef0.757 0.757 0.1600.144882 0.209 4Rx xDX C C Cl p       其中,转子导条长度BL L  ;端环直径R 2 r1.5 18.5 1.5 3.6 13.1(cm) D D h       。

 (8) 转子斜槽漏抗标幺值 22* *SKSK 220.01731240.5 0.5 0.33942 0.171140.01724x xbX X C Ct             其中,斜槽度SKb 详见附录 B 中(9)。

 (9) 转子漏抗标幺值 * * * * *2 S2 2 E2 SK1.94664 0.10296xX X X X X C      

 (10) 定、转子总漏抗标幺值

 * * *1 20.054165 0.10296 0.1571227 X X X      

 (11) 定子绕组直流电阻 61" 61 1 12 1 0.0217 10 2 104 0.42780.290453.324 10 2ct cN lRN A a            其中,导线电阻系数 按文献[6]中表 2-9 查取;线圈平均半匝长cl 详见附录 B 中(10);

 (12) 定子相电阻标幺值 *KW1 10.29045 26.3160.0201145380NIR RU   

 (13) 有效材料用量 定子铜的重量:

 "Cu 1 1 1 16 31.05 0.4278 26 48 3.324 10 8.9 1016.584kgc S c t CuG C l N Z A N               其中, C 为考虑导线和引线质量的系数,漆包圆铜线C=1.05;3 28.9 10 / kg m  为铜的密度。

 硅钢片的重量:

 2 2 3Fe Fe 1( ) 0.95 0.195 (0.327 7) 7.8 10 161.19FeG K l D kg              (14) 转子电阻 导条电阻:

 6 2B60.0434 10 1.04 0.24 4 3 (104 0.9251)0.25524124.06 10 38R         端环电阻:

 6 2R2 60.0434 10 0.16 4 3 (104 0.9251)0.0464562 2 660.628 10R          其中, 60.043 10 m   ;对于铸铝转子B1.04 K  。

 导条电阻标幺值:

 *KWB B26.3160.25524 0.01768380NIR RU    

 端环电阻标幺值:

 *KWR R26.3160.046456 0.00322380NIR RU    

 转子电阻标幺值:

 * * *2 B R0.01768 0.00322 0.020897 R R R      3.4

 性能计算 3.4.1

 工作性能计算 (1) 满载电流有功分量标幺值 从这里开始进行效率的计算,一般需要进行多次的循环。这里先假定效率初值0.92 ,则 *1P1 11.086960.92I   (2) 满载电抗电流标幺值     2 2* * * * *X 1 1P 1 1P2211.02144 0.15712 1.08696 1 1.02144 0.15712 1.086960.19538I X I X I                    其中,*11*0.0541651 1 1.021442.5267mSXX      。

 (3) 满载电流无功分量标幺值 * * *1Q m X0.39578 0.19538 0.59116 I I I      (4) 满载电势系数    * * * *1P 1 1 11 1 1.08696 0.0201145 0.59116 0.054165 0.59116E QK I R I X            

  (5) 空载电势系数 * *0 m 11 1 0.39578 0.054165 0.9786EK I X         (6) 空载定子齿磁密 010 i10.97861.5167 1.56870.9461EiEKB B TK    

 (7) 空载转子齿磁密

 " "E020 20.97861.5005 1.55200.9461i iEKB B TK    

 "" ""E020 20.97861.1569 1.19660.9461i iEKB B TK    

 (8) 空载定子轭磁密 0j10 j10.97861.3734 1.42060.9461EEKB B TK    

 (9) 空载转子轭磁密 0j20 j20.97861.4525 1.50240.9461EEKB B TK    

 (10) 空载气隙磁密 000.97860.7115 0.73590.9461EEKB B TK     

 根据上述计算出的各部分空载磁密,按照文献[6]中附表 3 的热轧硅钢片 DR510 牌号磁化曲线,查取各部分磁路所对应的磁场强度,然后继续进行计算。所查得的结果为:i1030.153 H  A/cm ,"2027.06iH  A/cm ,""206.444iH  A/cm ,j1013.636 H  A/cm ,j2020.364 H  A/cm。

 (11) 空载时定子齿部磁压降 2 3i10 i10 130.153 10 23 10 69.35iF H L A      

 (12) 空载时转子齿部磁压降 " " "" ""i20 20 20 20 2 20 21(27.06 12.2 6.44 22.6) 10 47.5766i i i i i iF H L H L H LA           (13) 空载时定、转子轭部磁压降 1j10 1 j10 j10.43977 13.636 115 10 68.9621jF C H L A        

 1j20 2 j20 j20.3158 20.364 41.7 10 20.817jF C H L A        

 (14) 空载气隙磁压降 300601.254 0.7 10 0.7359516.09860.4 10K BF Au        (15) 空载时每极磁势

 00 i10 i20 j10 j20 069.35 47.5766 68.9621 20.8171 516.0986722.80F F F F F BA         (16) 空载磁化电流 00m0dp12 2 2 722.8011.1299A0.9 1 1 0.9 3 104 0.9251p FIm N K         (17) 定子电流 * * 2 * 2 2 21 1P 1Q1.08696 0.59116 1.2373 I I I     

 *1 1 KW1.2373 26.316 32.5608A I I I     

 (18) 定子电流密度 211"i1 132.56084.8978A/mm2 3.324cIJa N A     (19) 线负荷 1 11i113 208 32.5608307.97A/cmπ 18.7m N IAD      (20) 转子电流 导条电流:

 * * 2 * 2 2 22 1P X1.08696 0.19538 1.10438 I I I     

 Φ1 dp1 *2 2 KW213 208 0.92511.10438 26.316 441.497A28m N KI I IZ        

 端环电流:

 2R 238441.497 1335.06A2π 2 3.14 2ZI Ip       (21) 转子电流密度 导条电密:

 22BB441.4973.5587 A/mm124.06IJA   端环电密:

 2RR1335.06221.9498A/mm684.71BIJA  

 (22) 定子铜耗 * *2 * 2cu1 1 11.2373 0.0201145 0.03079 P I R     

 * 3cu1 cu10.03079 30 10 923.7WNP P P       (23) 转子铝耗 * *2 * 2Al2 2 21.10438 0.020897 0.0254871 P I R      * 3Al2 Al20.0254871 30 10 764.613WNP P P       (24) 杂散损耗 杂散损耗的大小与设计参数和工艺情况有关,目前尚难以准确计算,故以推荐值为主。这里推荐:

 *sP =0.02 * 3s s0.02 30 10 600WNP P P      

 (25) 机械损耗 根据经验,一般按类比法选取机械损耗。这里参照文献[6]中表 2-15 选取,其取值如下:

 24 4fw 124 431030.327 10 257.262P DpW            *fwfw3257.260.008575430 10NPPP   (26) 铁耗 定子轭部铁耗:

 Fej 22 4.3624 43.8669 382.7299hej jP K P G W       

 定子轭部重量:

 6 3 3j1 j14 4 2 6113 10 115 10 7.8 1043.8669jG p A L FeKg               定子齿部铁耗:

 Fei 12.5 5.9618 11.597 172.847Whei iP K P G       

 定子齿部重量:

 61 12 2 2 16161 23 7.8 10 11.597i i i FeG p A L Kg           

 其中, hejP 和heiP 可根据10 jB 和10 iB 查资料可得,按经验取1K =2.5,2K =2。

 (27) 总铁耗 Fe382.7299 172.847 555.5774WFej FeiP P P     

  (28) 总铁耗标幺值 FeFe3555.57740.0185230 10NPPP   (29) 总损耗标幺值 * * * * * *cu1 Al2 s fw Fe0.03143 0.0233238 0.02 0.0085754 0.01852=0.10185P P P P P P           (30) 输入功率标幺值 * *N11 1 0.10185 1.10185 P P     

  (32) 效率 **10.101851 1 0.911.10185NPP      由于上述计算出的效率值与假设的效率初值相差很小,即满足"0.005  ,故可继续计算,否则需要重新假设初值,直到满足要求为止。

 (33) 功率因数 *1*11.0989cos 0.88541.24993pII   

 (34) 转差率 旋转铁耗:

 3Fejr Feir *Fer(0.5 382.73 0.6 172.85) 100.00983630NP PPP     

 *Al2* * * *Al2 fw S Fer0.02332380.01871 1 0.0233238 0.009836 0.02 0.0085NPSP P P P          (35) 转速   60 50 1 0.0187 60(1 ) 1471r/min2N Nfn Sp      

 (36) 最大转矩倍数    ** *2 *2 2 21 11 1 0.01873.49462 2 0.0201145 0.0201145 0.10296NmSTR R X         3.4.2

 起动性能计算 (1) 起动电流假定初值 从这里开始进行电流的循环计算,一般需进行多次的循环,起动电流假定初值为:

 *si KW(2.5 ~ 3.5) =3 3.912 26.316 308.8AmI T I     

 (2) 起动时定子槽漏抗标幺值 s1(si) * *s1(si) s1s10.891060.2947 0.24291.0812x xX X C C    

 其中,起动时定子槽比漏磁导s1(si) 详见附录 B 中(11)。

 (3) 起动时定子谐波漏抗标幺值 * *1(si) Z 10.417 0.3354 0.13986x xX K X C C     

 其中,起动时漏磁路饱和系数ZK 取 0.417。

 (4) 定子起动漏抗标幺值 * * * *1(si) s1(si) 1(si) E1(0.2429 0.13986 0.394) 0.77676 0.04108x xX X X XC C        (5) 起动时转子槽漏抗标幺值 s2(si) * *s2(si) s2s23.01561.2912 0.88854.3824x xX X C C    

 其中,起动时转子槽比漏抗s2(st) 详见附录 B 中(12)。

 (6) 起动时转子谐波漏抗标幺值 * *2(si) Z 20.417 0.3394 0.1415x xX K X C C     

 (7) 起动时转子斜槽漏抗标幺值 * *(si) Z sk0.417 0.17114 0.07137k x xX K X C C    

 (8) 转子起动漏抗标幺值 * * * * *2(si) s2(si) 2(si) sk(si) E2(0.8885 0.1415 0.07137 0.14488) 1.2462 0.0659x xX X X X XC C         

 (9) 起动时定、转子总漏抗标幺值 * * *(si) 1(si) 2(si)0.04108 0.0659 0.10699 X X X      

 (10) 转子起动电阻标幺值 * * *2(si) B R4.79 0.01768 0.00322 0.0879FR K R R       

 其中,电阻增加系数FK 取 4.79。

 (11) 起动总电阻标幺值 * * *si 1 2(si)0.0201145 0.0879 0.1080 R R R     

 (12) 起动总阻抗标幺值 * *2 * 2 2 2si si (si)0.108 0.10699 0.152 Z R X      

 (13) 起动电流 KWsi*si26.316185.1A0.14217IIz  

 起动电流倍数:

 sisi1185.15.6332.89IiI  

 由于上述计算出的起动电流倍数与假设的初值相差很小,即"0.01si sisiI II ,故可以继续计算,否则需要重新假设起动电流倍数的初值,直至满足要求。

 (14) 起动转矩    *2(si) *si*2 2si0.05561 1 0.022 2.690.14217NRT SZ      

 表 3.1 将计算出来的本台电机的主要性能指标与文献[4]中附录 A 给出的主要性能指标做了比较,结果表明该台电机各项性能指标均符合技术要求,并且最大转矩、起动电流倍数得到了明显地改善。

  表 3.1 主要性能指标对比 主要性能指标 标准值 计算值 效率 0.9223 0.9100 功率因数 0.868 0.885

 最大转矩 2.88 3.49 起动电流倍数 6.66 7.68 起动转矩 2.41 3.67

 3.5

 程序流程图 因电动机的电磁计算是一个比较复杂的过程。首先,磁路参数是非线性参数;其次,计算程序中有些公式是经验公式。因此计算中有些参数需先依据经验公式假设,然后再核算。如计算结果和假设及技术要求不符,需重新调整参数反复计算。因此本文按照“中小型三相感应电动机电磁计算程序”,用 MATLAB 语言编写了中小型三相感应电动机电磁计算程序,程序及运行结果见附录 A。前面所带数据是调整好的数据,程序流程图如图 3.1所示。

  开始额定数据和主要尺寸假设电势系数

 和饱和系数"EK"SF"( )/ 0.001S S SF F F  阻抗计算假设效率

 的值""( ) / 0.001E E EK K K  效率计算"( ) / 0.001     

  计算*cos , , ,N N mS n T 假设起动电流倍数

 初值"siI起动阻抗计算起动电流计算"( ) / 0.001si si siI I I  起动转矩计算结束磁路计算是否是是是否否否

  图 3.1 程序流程图

  结

 论 三相鼠笼式异步电动机的电磁设计是决定该电机电磁性能好坏的重要因素,也是整个电机设计中最重要的环节。电机的电磁设计不同于结构设计,首先,需要确定电机的主要参数,参数的确定对整个电磁设计很重要,决定电机主要性能指标。其次,应该严格按照电磁计算步骤进行计算,在计算过程中,反复调整相关参数,使性能指标满足要求。

 本设计是对 Y2-200L-4 型异步电动机的电磁设计。通过查阅相关技术手册,确定该电机的主要参数,包括定、转子内外径,气隙和铁心长度,节距和绕组型式,槽形、槽形尺寸和槽配合,以及所需材料等。设计结果表明,所确定的主要参数和选用的材料均符合设计要求。由于本设计的计算量大,为了减少人工计算带来的误差,所以计算过程采用MATLAB 编程,使计算量大大减小。通过电磁计算得到的该电机的主要性能指标,包括起动转矩、最大转矩、起动电流倍数、效率和功率因数等均符合设计任务书的要求。其中,起动转矩、最大转矩、起动电流倍数和功率因数均得到了改善。为了使定、转子冲片图和绕组分布图清晰美观、尺寸标注准确,本次设计使用 CAD 画图。

 致

 谢 本设计(论文)的工作是在田莉老师的悉心指导下完成的,田莉老师严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢田莉老师对我的关心和指导。

 在长达三个月的毕业设计期间,很庆幸能身处于一个团结友善的团队中,正是因为在本次设计中,大家集思广益、刻苦钻研,才能使毕业设计顺利完成。非常感谢我们组内同学在设计期间给我的热情帮助和诚挚建议。在即将毕业之际,借此机会也向四年大学生活中教育、帮助和关心过我的各位领导、任课教师以及同学表示由衷的感谢,谢谢你们陪我度过了一段充实、美好、难忘的大学生活。这段美好时光将成为我人生中最珍贵的记忆。同时,也要感谢我的父母,是你们给予了我生命,抚育我成长,谢谢你们多年来对我的支持与鼓励。

 在撰写毕业设计(论文)期间,韩登存、杨小荣、杨秋明、马淑倩等同学对我设计工作给予了热情帮助,在此向他们表达我的感激之情。

 参考文献 [1]

 汤藴璆,史乃.电机学[M].北京:机械工业出版社,2007:125-387.

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 彭友元.电机绕组手册[M].辽宁:辽宁科学技术出版社,1995:38-56. [3]

 关恩禄.计算机辅助电机设计[M].北京:机械工业出版社,1990:21-48. [4]

 戴文进,张景明.电机设计[M].北京:清华大学出版社,2010:53-160. [5]

 陈世坤.电机设计[M].西安:西安交通大学出版社,1982:1-280. [6] [7] [8]

 附录 A 源程序 %第一部分

 额定数据和主要尺寸 PN=30000;

 UN=380;

 UNf=UN; f=50;

  cosf1=0.86;

  eta1=0.913 ;

 m1=3;

 p=2; Z1=48;

 Z2=38;

  q1=4;

  q2=54/6;

  %基本数据 Zp1=12;

 Zp2=9.5; IKW=PN/(m1*UNf);

 %功电流 D1=0.327 ;

 Di1=0.210; D2=0.2086;

 Di2=0.075;

  %定转子内外径 lt=0.195;

 drta=0.0007;

  %铁心长度及气隙值 lef=lt+2*drta; tao=pi*Di1/(2*p);

 %

  极距 t1=pi*Di1/Z1;

  t2=pi*D2/Z2;

  %定转子齿距 bsk=1.26*t1;

 A_1=30000; Nf1_1=(eta1*cosf1*pi*Di1*A_1)/(m1*IKW);

  a1=2;

 Ns1_1=(m1*a1*Nf1_1)/Z1;

  Ns1=26;

  Ndrta=Ns1/2; Nf1=(Ns1*Z1)/(m1*a1);

 %每相串联导体数 N1=Nf1/2;

  %每相串联匝数 I1_1=IKW/(eta1*cosf1);

  % 定子电流初步估计值

 J11=5.0;

 Ni1Ac11=I1_1/(a1*J11);

 %导线并绕根数和每根导线截面积的乘积 Bdrta1=0.78; Kfe=0.95;

 Bj1_1=1.38;

 h01=0.001;

 h11=0.0011; h21=0.0215; hs1=0.026;hs2=0.0356;

 h02=0.0008;

 h12=0.0012;

 h22=0.0011; b01=0.0038; b02=0.0015;

 b11=0.0063;

 b12=0.0035; b22=0.0035;

 r21=0.0045; bt11=pi*(Di1+2*h01+2*h11+2*h21)/Z1-2*r21;

 bt12=pi*(Di1+2*h01+2*h11)/Z1-b11; bt1=(bt11+bt12)/2;

 %定子齿宽 drtai=0.0003; hs_1=0.0215; h=0.002; As=(2*r21+b11)*(hs_1-h)/2+pi*r21*r21/2;

  %定子槽面积 Ai=drtai*(2*hs_1+pi*r21+2*r21+b11);

  %绝缘占的面积 Aef=As-Ai;

 %槽有效面积 Nt1=3; d=0.00127;

  Sf=Nt1*Ns1*d*d/Aef;

 %槽满率 Kp1=sin(10*pi/(m1*q1*2)); erfa=p*2*pi/Z1;

 bta=10/(m1*q1); Kd1=sin(q1*erfa/2)/(q1*sin(erfa/2));

 Kdp1=Kd1*Kp1;

  %绕组系数 N2=Nf1*Kdp1;

  %每相有效串联导体数 Ki=0.91;

 I2_1=Ki*I1_1*3*Nf1*Kdp1/Z2;

  %转子导条电流 JB_1=3.5;

 AB=(0.0048+0.0024)*0.0226/2+0.0035*(0.012-0.0011547)+0.0025*0.0011547; %转子槽面积

  IR_1=I2_1*Z2/(2*pi*p);

 %端环电流 JR_1=0.6*JB_1;

 AR=IR_1/JR_1;

 %端环所需面积

  Bt2_1=1.525; Bdrta_1=0.7797;

 bt2_1=t2*Bdrta_1/(Kfe*Bt2_1);

 %转子上部齿宽

 ap_1=0.701; Bj2_1=1.4579;

  Bt2_2=1.1758;

  bt2_2=t2*Bdrta_1/(Kfe*Bt2_2);

 %转子下部齿宽

  %第二部分

 磁路计算

 KE_1=0.946;KE=0.931; while (KE_1-KE)/KE>0.001 E1=KE_1*UNf; Ks_1=1.149587;

 Knm=1.0906; W1=10; while

  W1>1 fei=E1/(4*Knm*Kdp1*f*N1); ap=0.681; Ai1=Kfe*lt*bt1*Zp1; Ai2_1=Kfe*lt*bt2_1*Zp2;

  %每极下齿部截面积 Ai2_2=Kfe*lt*bt2_2*Zp2; hj1_1=(D1-Di1)/2-hs1+r21/3;

  %定转子轭部计算高度 hj2_1=(D2-Di2)/2-hs2; Aj1=Kfe*lt*hj1_1;

  %轭部导磁截面积 Aj2=Kfe*lt*hj2_1; Adrta=tao*lef ;

 %一极下空气隙截面积 Fs=1/ap;

  %波幅系数 Bdrta=Fs*fei/Adrta;

  %气隙磁密 Bi1=Fs*fei/Ai1;

 %定子齿磁密 Bi2_1=Fs*fei/Ai2_1;

  %转子上部磁密

 Bi2_2=Fs*fei/Ai2_2;

 %转子下部磁密 Hi1=1432.654;

 Hi2_1=2188.04;

 Hi2_2=597.771;

 %查表可得

 Kdrta1=t1*(4.4*drta+0.75*b01)/(t1*(4.4*drta+0.75*b01)-b01*b01); Kdrta2=t2*(4.4*drta+0.75*b02)/(t2*(4.4*drta+0.75*b02)-b02*b02); Kdrta=Kdrta1*Kdrta2; drtaef=Kdrta*drta;

  %有效气隙长度 Li1=h11+h21+r21/3;

  %定子齿部磁路计算长度 Li2_1=0.0122;

 Li2_2=0.0226;

  %转子齿部磁路计算长度

 Lj1_1=pi*(D1-hj1_1)/(2*2*p); Lj2_1=pi*(Di1+hj2_1)/(2*2*p);

 %轭部磁路计算长度 u0=0.4*pi*10^(-6); Fdrta=Kdrta*Bdrta*drta/u0;

  %气隙磁压降 Fi1=Hi1*Li1;

 %定子齿部磁压降 Fi2=Hi2_1*Li2_1+Hi2_2*Li2_2;

  %转子齿部磁压降

  Bj1=fei/(2*Aj1);

  %定子轭部磁密 Bj2=fei/(2*Aj2);

  %转子轭部磁密 Hj1=1005.155;

  Hj2=1617.976;

 %查资料可得 x=hj1_1/tao; Cj1= 0.572 ;

  %由 x 和 Hj1 查表可得 Fj1=Cj1*Hj1*Lj1_1;

 %定子轭部磁压降 y=hj2_1/tao; Cj2= 0.298 ;

  %由 y 和 Hj2 查表可得 Fj2=Cj2*Hj2*Lj2_1;

  %转子轭部磁压降 F0=Fdrta+Fi1+Fi2+Fj1+Fj2;

  %每极磁势 Ks=(Fdrta+Fi1+Fi2)/Fdrta;

  %饱和系数 W1=(Ks_1-Ks)*100/Ks;

 %误差率 Ks_1=Ks-(Ks-Ks_1)/3; end; Im=2*p*F0/(0.9*m1*N1*Kdp1);

  %满载磁化电流 Im_=Im/IKW;

  %满载磁化电流标幺值 Xms=4*f*u0*(m1/pi)*((N1*Kdp1)^2/(Ks*p))*lef*(tao/drtaef);

 %励磁电抗 Xms_=Xms*IKW/UNf;

 %励磁电抗标幺值

  %第三部分

  参数计算

 taoy=pi*(Di1+2*(h01+h11)+h21+r21)*bta/(2*p);

  %定子线圈节距 d1=0.0225;

  %查资料得

 lB=lt+2*d1;

  %直线部分长度 Kc=1.2;

 %经验系数 lc=lB+Kc*taoy;

 %平均半匝长 lE=2*d1+Kc*taoy;

 %端部平均长 Cx=4*pi*f*u0*N1*N1*Kdp1*Kdp1*lef*PN/(m1*p*UNf*UNf);

 %漏抗系数 Kv1=(3*bta+1)/...

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