异步电机设计课件.pptx

1、 异步电机电磁设计电磁计算步骤 电磁计算是根据电机设计数据、电磁参数、性能等物理量之间的关系式，核算电磁设计方案是否满足要求。然后根据计算结果，调整设计数据及电磁参数，使性能满足设计要求，且材料用量较省。电磁设计内容 一 主要尺寸的确定 二 空气隙的确定 三 定子绕组设计（每极每相槽数q1） 四 铁心的设计（定转子槽数及槽形的选择） 五 磁路计算 六 参数计算 七 性能计算电机设计时通常给定下列数据 （1）额定输出功率 PN（kW） ； （2）额定电压UN（V） ； （3）额定电流IN （A） ； （4）额定频率f（Hz）； （5）额定转速nN （r/min）； （6）转子绕组开路电压U2N（

2、V） 仅对绕线转子电动机； （7）转子额定电流I2N （A） 仅对绕线转子电动机；感应电动机的主要性能指标感应电动机的主要性能指标 1）性能指标）性能指标 1、效率、效率 2、功率因数、功率因数cos 3、最大转矩倍数、最大转矩倍数 4、起动转矩倍数、起动转矩倍数 5、起动电流倍数、起动电流倍数 6、绕组和铁心温升、绕组和铁心温升 7、最小转矩、最小转矩 8、噪声、噪声 9、振动、振动一、主要尺寸的确定2121(1),.(2),(3):,0.96,0.926.1(4),NdpdpdpiefiefpnmdpPPnA BKKKD l nD lPKK AB先根据电机的额定功率利用公式得出计算功率确定

3、电机转速由经验选取电磁负荷计算对于交流电机 当采用单层绕组时双层绕组时以上数据代入得出111111(5),(6)/,(7).iefiDiiefDlDDDDl根据所选的 值 分别求得与根据定子内外径与定子外径D间的比值K确定定子外径将计算值调整至标准值.再对定子内径与铁心长度进行必要调整二、气隙长度的选择 确定气隙长度考虑以下因素：确定气隙长度考虑以下因素：1、为降低励磁电流，改善功率因数，气隙应尽量小；、为降低励磁电流，改善功率因数，气隙应尽量小；2、气隙小时，谐波磁场及谐波漏抗增大，使起动转矩降低，、气隙小时，谐波磁场及谐波漏抗增大，使起动转矩降低，杂散损耗增加；杂散损耗增加；3、为避免气隙

4、不均匀而引起定、转子相擦，气隙不能太小。、为避免气隙不均匀而引起定、转子相擦，气隙不能太小。小型异步电机气隙一般不应小于小型异步电机气隙一般不应小于0.25mm。小型异步电机气隙可根据极数和机座号来选取。小型异步电机气隙可根据极数和机座号来选取。三、绕组设计三、绕组设计 1、绕组型式的选用、绕组型式的选用 功率较小的小型电机常选用单层绕组。功率较小的小型电机常选用单层绕组。当每极每相槽数当每极每相槽数q=2时，为单层链式绕组，时，为单层链式绕组， q=3时，为单层交叉式绕组，时，为单层交叉式绕组， q=4时，为时，为单层同心式绕组。功率较大的小型电机及单层同心式绕组。功率较大的小型电机及大中型

5、电机选用双层叠绕组。大中型电机选用双层叠绕组。单层同心式单层链式单层交叉式 q1=3，p=1，y=8/9 =82、绕组节距选择、绕组节距选择: 绕组节距绕组节距y的选择应使基波绕组短距系数较的选择应使基波绕组短距系数较高，并应考虑削弱甚至消除某些影响较大的相带谐波磁动势。高，并应考虑削弱甚至消除某些影响较大的相带谐波磁动势。3、并联支路数及每槽导体数、并联支路数及每槽导体数: 定子绕组并联支路数定子绕组并联支路数a及每槽导体及每槽导体数数Ns1确定了每相串联导体数确定了每相串联导体数N1， Ns1应为整数，应为整数， N1一般应一般应为偶整数。根据选定的气隙磁密，可估算出每相串联导线数：为偶整

6、数。根据选定的气隙磁密，可估算出每相串联导线数：81110N =2;EdpefEK UfKl BK式中:U -相电压; 满载电动势比值111.sNNaN一般应使绕组每相串联导线数尽量接近估算值的要求确定 和 功率较小的电机一般采用功率较小的电机一般采用a=1，对功率较大的电机可选，对功率较大的电机可选用多路并联。用多路并联。4 导线并绕根数及线径11J由选定的定子绕组导线电流密度 或定子热负荷AJ 可求得导线截面积估算值:11211111()csciIAaJZ NIAD AJa或:22()()mmmm111,.1.6,1,cccccAdNdmmmmA根据参照电磁线规格表 确定导线线径规格及导线

7、并绕根数对采用圆导线的散嵌绕组,其导线直径应小于较小功率的电机导线直径往往小于如所需导线截面较大时可用多根并绕.对采用扁导线的成型绕组,其导线截面ab一般应小于3mm 8mm,且1.5b/a5,a,b尺寸应结合定子槽形尺寸选定.四四 铁心设计铁心设计 1、定子槽数、定子槽数 选择定子槽数时应考虑：选择定子槽数时应考虑：（1）为减少谐波磁动势，除极数较多或在系列设计中两种）为减少谐波磁动势，除极数较多或在系列设计中两种极数冲片通用的情况外，每相每极槽数极数冲片通用的情况外，每相每极槽数q1一般取为整数。一般取为整数。（2）为降低杂散损耗及提高功率因数，应选用较多的槽数。）为降低杂散损耗及提高功率

8、因数，应选用较多的槽数。槽数增多时，槽中线圈边总散热面积增加，有利于散热。槽数增多时，槽中线圈边总散热面积增加，有利于散热。但绝缘材料用量和加工工时增加，槽利用率降低，对高但绝缘材料用量和加工工时增加，槽利用率降低，对高压电机尤其显著。压电机尤其显著。 对一般感应电动机，对一般感应电动机，q1可在可在26之间，极数多、功率小的之间，极数多、功率小的电机取较小值，反之电机取较小值，反之q1可取得大些。可取得大些。 2 转子槽数转子槽数 转子槽数转子槽数Z2应与定子槽配合确定。应避免选择会产生应与定子槽配合确定。应避免选择会产生同步附加转矩及电磁振动噪声的槽配合。同步附加转矩及电磁振动噪声的槽配合

9、。 异步电动机采用少槽异步电动机采用少槽近槽配合，即转子槽数接近近槽配合，即转子槽数接近且少于定子槽数，可减少齿谐波磁通在铁心齿中产生的且少于定子槽数，可减少齿谐波磁通在铁心齿中产生的脉振损耗以及在斜槽笼型铸铝转子导条间的横向电流损脉振损耗以及在斜槽笼型铸铝转子导条间的横向电流损耗，因此对降低杂散损耗和温升比较有利。但少槽耗，因此对降低杂散损耗和温升比较有利。但少槽近槽配合容易产生电磁振动和噪声，也可能会产生同步近槽配合容易产生电磁振动和噪声，也可能会产生同步附加转矩。可参考表附加转矩。可参考表“三相笼型异步电动机推荐槽配三相笼型异步电动机推荐槽配合合”。槽配合对同步附加转矩的影响槽配合对同步

10、附加转矩的影响 如果定子某一个谐波磁场感应于转子中的电流所建立的某一如果定子某一个谐波磁场感应于转子中的电流所建立的某一谐波磁场的极对数，等于另一个定子谐波磁场的极对数，则在某谐波磁场的极对数，等于另一个定子谐波磁场的极对数，则在某一转速下，这两个极对数相等的定转子磁场可以在空间上同步旋一转速下，这两个极对数相等的定转子磁场可以在空间上同步旋转而相对静止，因此它们相互作用而产生一个象同步电机一样的转而相对静止，因此它们相互作用而产生一个象同步电机一样的转矩，称为同步附加转矩。同步附加转矩迭加在电动机的异步转转矩，称为同步附加转矩。同步附加转矩迭加在电动机的异步转矩上，使电机的转矩特性曲线发生畸

11、变，影响电矩上，使电机的转矩特性曲线发生畸变，影响电 机的起动性能。机的起动性能。 其中，由定子齿谐波磁场和转子齿谐其中，由定子齿谐波磁场和转子齿谐波磁场所构成的附加同步转矩最严重波磁场所构成的附加同步转矩最严重。3、转子斜槽、转子斜槽 在感应电机里，为了消弱由齿谐波磁场引起的谐波在感应电机里，为了消弱由齿谐波磁场引起的谐波电动势，从而削弱由这些谐波磁场引起的附加转矩，改电动势，从而削弱由这些谐波磁场引起的附加转矩，改善起动性能，并降低电磁噪声，一般在中小型笼型转子善起动性能，并降低电磁噪声，一般在中小型笼型转子常采用斜槽，即把转子槽相对定子槽沿着轴向扭斜一个常采用斜槽，即把转子槽相对定子槽沿

12、着轴向扭斜一个角度。转子斜槽后虽然会使转子感应基波电动势减少，角度。转子斜槽后虽然会使转子感应基波电动势减少，一般用斜槽系数来计及这一影响。但减少不多，对电机一般用斜槽系数来计及这一影响。但减少不多，对电机基本性能影响很小。基本性能影响很小。 通常为同时削弱通常为同时削弱=Z=Z1 1p这两个一阶定子齿谐波，可选取这两个一阶定子齿谐波，可选取转子斜槽一个定子齿距。同理，为同时削弱转子斜槽一个定子齿距。同理，为同时削弱=Z=Z2 2p这两这两个一阶转子齿谐波，可选取转子斜槽一个转子齿距。个一阶转子齿谐波，可选取转子斜槽一个转子齿距。4、定转子槽形及尺寸确定、定转子槽形及尺寸确定1）、定子槽形有：

13、）、定子槽形有：（1）半闭口槽，槽口对气隙磁场的影响较小。一般为平行齿。）半闭口槽，槽口对气隙磁场的影响较小。一般为平行齿。（2）半开口槽，槽口对气隙磁场的影响较大，常用于电压为）半开口槽，槽口对气隙磁场的影响较大，常用于电压为500V及以下分片嵌成型绕组。及以下分片嵌成型绕组。（3）开口槽，槽口大，槽口对气隙磁场的影响较大，常用于电压）开口槽，槽口大，槽口对气隙磁场的影响较大，常用于电压为为3000V及以上整只嵌成型绕组。及以上整只嵌成型绕组。2）、转子槽的槽口一般很小。）、转子槽的槽口一般很小。 槽形尺寸涉及到电路和磁路的合理配置。槽形尺寸较大，槽槽形尺寸涉及到电路和磁路的合理配置。槽形尺

14、寸较大，槽内导体截面积也较大而使电流密度较低，但铁心齿部及轭部磁通内导体截面积也较大而使电流密度较低，但铁心齿部及轭部磁通密度会较高。在确定槽形尺寸时应使槽内导体电流密度在一定范密度会较高。在确定槽形尺寸时应使槽内导体电流密度在一定范围内，并有足够的齿宽和轭高使齿部、轭部磁通密度不致过高。围内，并有足够的齿宽和轭高使齿部、轭部磁通密度不致过高。考虑机械强度或工艺限制，轭高和齿根宽度也不宜过小。考虑机械强度或工艺限制，轭高和齿根宽度也不宜过小。感应电动机笼型转子常用槽形1111111.31.6 ;1.2 1.5tjtjtjBT BT,一般按初选的齿部磁通密度B 和轭部磁通密度B 分别计算出所需的

15、齿宽b 和轭高h ,然后得出槽形尺寸.磁通密度在以下范围内选取:对定子槽形尺寸22221.BttBtt,一般按初选的转子导条电流密度J 计算出所需的槽面积,按初选的齿部磁通密度B 计算所需的齿宽b ,然后得出槽形尺寸.铸铝转子的J 可在2.04.5A/mm 内选取,而B 可略高于对形尺寸B转子槽（3）端环的设计）端环的设计1）类似槽形尺寸确定）类似槽形尺寸确定2）为利于散热，电流密度低于导条电密）为利于散热，电流密度低于导条电密有个调整过程,在作新产品设计时可按相近规格的现有产品槽形尺寸作为原始方案,对该方案进行电磁设计,按计算结果的电流密度,磁通密度及各项性能指标情况对槽形尺槽形尺寸寸进的确

16、定行调整.五五 磁路计算磁路计算 磁路计算是根据产生电机满载电动势所需的每极主磁通，磁路计算是根据产生电机满载电动势所需的每极主磁通，求取磁路各段的磁通密度和磁位降，以求取所需的励磁磁动求取磁路各段的磁通密度和磁位降，以求取所需的励磁磁动势和励磁电流。势和励磁电流。 异步电机的磁路由空气隙、定子齿、定子轭、转子齿、异步电机的磁路由空气隙、定子齿、定子轭、转子齿、转子轭五部分组成。转子轭五部分组成。112.22EdpK UfKN （一）（一） 每极主磁通的确定每极主磁通的确定 对于每极磁通对于每极磁通可根据给定的绕组感应电势来确定。可根据给定的绕组感应电势来确定。11/0.85 0.95EEU满

17、载电动势比值K通常在范围内设定,对功率大和极数少的电动机取较大值.（二）、各段磁路截面积和磁路计算长度（二）、各段磁路截面积和磁路计算长度 1、空气隙、空气隙efAl空气隙磁路截面积: 12efK K气隙磁路计算长度: 12,K气隙系数K 和反映定子和转子槽开口对气隙磁场分布的影响 槽开口时对应于槽口处的气隙磁通密度下降,而对应于齿顶部的气隙磁通密度上升,导致气隙磁位降增加.该气隙磁位降的增加等效为气隙长度的加长,因此用气隙磁路计算长度来表示. 2、齿部111;2ttFeZb lp定子齿截面积: A21212;2,ttFettZb lpb转子齿截面积: A式中 b定转子齿宽,对非平行齿取靠近最

18、狭的1/3处. 对采用凸形槽、刀形槽或双笼的转子，其齿部明显分对采用凸形槽、刀形槽或双笼的转子，其齿部明显分为上下二部分，应分别计算上部和下部的齿截面和齿磁路为上下二部分，应分别计算上部和下部的齿截面和齿磁路计算长度。计算长度。（三）磁通密度和磁位降（三）磁通密度和磁位降 气隙磁通密度气隙磁通密度4110,.AABKA式中: K波幅系数 为气隙主磁场波幅值与平均值之比 受电机磁路铁心段饱和的影响，气隙主磁场的分布将偏离受电机磁路铁心段饱和的影响，气隙主磁场的分布将偏离正弦波，而呈现扁平形分布。铁心齿磁路越饱和，气隙主磁场正弦波，而呈现扁平形分布。铁心齿磁路越饱和，气隙主磁场分布越是扁平，波幅系

19、数分布越是扁平，波幅系数KA是饱和系数是饱和系数Ks的函数，图中饱和系的函数，图中饱和系数数12ttsFFFKF121.57.2ttsA式中,F ,F ,F 分别为磁路中气隙,定子齿,转子齿的磁位降,当K =1时即主磁场为正弦分布时,KssAss磁路计算沿未完成时,饱和系数K 还未求得,因此需要先设定一个K 值,由图查出波幅系数K 值,进行以后的迭代计算,一般K 初值可在1.2-1.4范围内选取.磁路计算结果的K 值应与设定值基本相符.气隙磁位降:600.410/.H m空气磁导率00pefpefBFKKlBl 式中气隙最大磁密: 1、空气隙磁压降的计算空气隙磁压降的计算（1） 计算极弧系数计

20、算极弧系数p的确定的确定（2） 电枢或气隙的轴向计算长度电枢或气隙的轴向计算长度lef（3） 气隙系数气隙系数K 2 、极轭间隙气隙磁压降的计算极轭间隙气隙磁压降的计算 3 、齿部磁压降的计算齿部磁压降的计算（1） 齿磁密齿磁密Bt的计算的计算 1）Bt1.8T时时 2）Bt1.8T时时励磁电流的计算励磁电流的计算 电机总磁位降为各段磁路磁位降之和。电机总磁位降为各段磁路磁位降之和。1212ttjjFFFFFF*mIm励磁电流,励磁电流标么值I 及励磁电抗标么值分别为11*4.441mdpmmwmmFpImN KIIIXI( )A六、参数计算六、参数计算 计算电机的定、转子电阻，主电抗和定、转

21、子漏计算电机的定、转子电阻，主电抗和定、转子漏电抗，为性能计算作准备。电抗，为性能计算作准备。 定子漏抗标么值为定子漏抗标么值为 转子漏抗标么值为转子漏抗标么值为 电机运行总漏抗标么值电机运行总漏抗标么值*1111EsdXXXX*2222EsdskXXXXX*21XXX七、工作性能计算七、工作性能计算 设计参数确定，就要进行工作性能的计算设计参数确定，就要进行工作性能的计算和起动性能的计算，以便与设计任务书或和起动性能的计算，以便与设计任务书或技术条件中规定的性能指标相比较。技术条件中规定的性能指标相比较。 通常三相异步电动机工作性能的计算只需通常三相异步电动机工作性能的计算只需计算额定数据：

22、额定电流、额定功率因数、计算额定数据：额定电流、额定功率因数、额定效率、额定转差率和最大转矩倍数。额定效率、额定转差率和最大转矩倍数。（一）满载电流和电动势（一）满载电流和电动势 1 定子电流定子电流I1的计算的计算有功电流分量有功电流分量*1:,.pI式中电机效率 先按设计要求设定*2*211*111*:1 () :1XppmmmIX IX IXXI XX 电抗电流分量式中*:QmXIII定子电流无功分量*2*2*111:,pQwIIIII I定子电流*2*2*22211:,.pxwIIIII I KK转子导条电流式中为电流折算系数感应电机电流相量图感应电机电流相量图满载电动势比值满载电动势

23、比值 该值应与设定的该值应与设定的KE值基本相符。值基本相符。*111 ()EpQKI RI X 1*2*cucuFefws异步电机的损耗包括定子铜耗P ,转子铜耗P,定子铁耗P(因正常运行时转子铁心中主磁通交变频率很低,可忽略转子铁耗),摩擦损耗P 和杂散损耗P .*12cucuFefwsPPPPPP*1:1PP 电动机输入功率标么值（二（二 ）损耗）损耗（三）、力能指标和过载能力（三）、力能指标和过载能力*1:1,.PP 满载效率该值应与设定值基本相符*11:cosI功率因数*2*:cuNemPsP满载转矩率*2*2111:2()NmsTRRX最大转矩倍数 一般中小型感应电机，一般中小型感应电机，X*远大于远大于R1*，因而影响最大，因而影响最大转矩倍数的主要因数是漏抗转矩倍数的主要因数是漏抗X*。八、起动性能计算八、起动性能计算 笼型转子异步电动机起动时，由于漏磁路笼型转子异步电动机起动时，由于漏磁路饱和及转子导条的挤流效应，将使定子、饱和及转子导条的挤流效应，将使定子、转子漏抗和转子电阻发生变化，在计算起转子漏抗和转子电阻发生变化，在计算起动性能时必须考虑。动性能时必须考虑。 首先计算出起动时的参数（起动漏抗、起首先计算出起动时的参数（起动漏抗、起动电阻），然后计算出起动电流倍数和起动电阻），然后计算出起动电流倍数和起动转矩倍数。动转矩倍数。