三相鼠笼式异步电动机设计讲解.docx
- 文档编号:29738339
- 上传时间:2023-07-26
- 格式:DOCX
- 页数:59
- 大小:337.61KB
三相鼠笼式异步电动机设计讲解.docx
《三相鼠笼式异步电动机设计讲解.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《三相鼠笼式异步电动机设计讲解.docx(59页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
三相鼠笼式异步电动机设计讲解
一、毕业设计的要求和内容(包括原始数据、技术要求、工作要求)
1、原始数据
①型号:
丫②额定功率:
PN=55KW
③额定电压:
UN=380V④额定转速:
nN=750n/min
⑤额定频率:
fN=50Hz
2、主要性能指标
①效率:
=92%②功率因数:
cos=0.88
③最大转矩倍数:
TmTN=22倍
3、设计中选用的基值
1电压基准值:
Un、=380V为电动机额定相电压
2功率基准值:
Pn=55KW为电动机额定功率
3电流基准值:
%为电动机每相的功电流Ikw—Y=48.2456A
22
4阻抗基准值:
聖竺-=7.876
IkwPn55000
5转矩基准值:
Tn为电动机额定转矩Tn=9550』=9550^^~=95.5n/min
nN550
4、设计指标要求
1效率:
耳―“<0005H—计算值,耳’一修改值
n
Ft'整改值,Ft—+算值,
(1-$)'整改值,(1-1)—计算值
5、电磁设计中若干参数的选择及经验数据
1槽满率:
sf=75%-80%
2槽绝缘厚:
采用聚脂薄膜和聚脂无纺布复合材料(DMD,DMD+M和
DMDM)
3槽楔厚h:
槽楔采用新型软槽楔和3240环氧玻璃布压板,计算时厚度
h=2mm:
4叠压系数:
H80-H160定子冲片不涂漆时=0.95
H180-H280定子冲片涂漆时=0.92
5冲剪余量:
S=0.5cm
6转子斜槽:
为一个定子齿距
7定子绕组型式:
H160及以下全部采用单层软绕组;H180及以上采用双层迭绕组
8硅钢片材料:
采用D23硅钢片,
9导电材料:
定子绕组采用QZ-2型高强度聚脂漆包圆铜线;
转子铸铝,采用AL-1;
线径为0.63-1.0(mm)时,漆膜双面厚度计算时取0.06mm;
线径为1.0-1.6(mm)时,漆膜双面厚度计算时取0.08mm;
10设计时杂散损耗假定值:
&设计要求
1复算原设计方案;
2上机设计三个方案:
在原复算方案的基础上节省材料;
在原复算方案的基础上提高性能;
在原复算方案的基础上既节省材料,又提高性能;
3将最好的一个方案的全部设计步骤、计算过程写出来(要有文档、电子版本及幻灯片);
4将三个方案进行比较,并用已学过的理论进行分析。
三、本课题研究内容:
中小型三相感应电动机电磁计算程序是根据技术条件或技术任务书(技术建
议书)的规定,参照生产实践经验,通过计算和方案比较,来确定与所设计电机电磁性能有关的尺寸和数据,选定有关材料,并核算其电磁性能。
其主要内容包括以下四个步骤,分别是:
a)额定数据及主要尺寸的计算;
b)磁路计算;
c)参数计算;
d)起动计算。
四、本课题研究方案:
在核算原方案的基础上,进一步设计三个方案,其中多个方案亦有不同的要求,从而找出最佳方案:
方案一:
节省材料,将铁芯缩短5毫米,尽量减少定子绕组用铜量、用硅铜量、用铁量和转自绕组用铝量。
方案二:
提高性能,提高效率、减少起动电流、增大起动转矩和最大转矩。
方案三:
既节省又提高性能。
摘要错误!
未定义书签。
ABSTRACT错误!
未定义书签。
绪论错误!
未定义书签。
第1章异步电机概念错误!
未定义书签。
1.1异步电机的类型、特点和用途错误!
未定义书签。
1.2异步电机的发展趋势错误!
未定义书签。
第2章三相异步电动机的基本结构和工作原理1
2.1三相异步电动机的基本结构1
2.2三相异步电动机的铭牌数据与主要系列2
2.3三相异步电动机的工作原理4
2.4三相异步电动机的机械特性和工作特性5
第3章电机设计基本理论6
3.1电机制造与设计的概况6
3.2电磁设计6
第4章毕业设计手算程序及优化方案9
4.1手算程序9
4.2优化方案28
结论32
参考文献33
附录I.CAD图35
表1-1三相异步电动机的分类
分类方式
类别
按转子绕组形式
笼型、绕线型
按电机尺寸中心咼
H/mm(疋子铁芯外径
D1/mm)
大型
中型
小型
>630
(>1000)
355-630
(500-1000)
80-315
(120-500)
按防护形式
开启式(IP11),防护式(IP22、IP23),封闭式(IP44)
按通风冷却方式
自冷式,自扇冷式,他扇冷式,管道通风式
按安装结构形式
卧式,立式,带底脚,带凸缘
按绝缘等级
E级、B级、F级、H级
按工作定额
连续,短时,周期性,非周期性
按用途
防爆,潜水,起重等
第2章三相异步电动机的基本结构和工作原理
2.1三相异步电动机的基本结构
三相异步电动机主要是由定子和转子两大部分组成,转子有鼠笼型及绕线型
转子两种。
定子与转子之间有气隙,中小型三相异步电动机的气隙一般为0.2~2mm。
1、定子
异步电动机的定子是用来产生磁场的,它一般由定子铁心、定子绕组和外壳组成。
(1)定子铁心定子铁心一般由圆形铁心冲片、齿压板和压圈等零件压装
后,经扣片或焊接紧固定成一体。
铁心冲片一般由相互绝缘的0.5mm厚的硅钢
片冲成,常用的硅钢片有D22、D23等型号。
冲片内圈有均匀分布的槽,用来嵌放定子绕组。
定子铁心的槽及开口三种。
中小型低压电机一般采用半闭口槽。
(2)定子绕组三相异步电动机的定子绕组由对称的三个绕组组成,每个
绕组异步电动机的定子绕组由许多线圈接一定的规律连接而成。
中小型低压电动
机的线圈由高强度漆包线绕制、线圈与槽壁之间垫以槽绝缘。
定子绕组在槽内的布置分为单层绕组和双层绕组两种基本形式。
10kw以下的小容器异步电动机常
用单层同心式、链式或交叉式绕组。
双层绕组的优点是可以灵活选择节距以改善电动势和磁通式波形,因此容量大的异步电动机都采用双层短距叠绕组或波绕
组。
绕组嵌好后用槽楔锁口压紧,槽楔用竹、胶布板和环氧玻璃布板等非磁性材料组成。
(3)外壳外壳包括机座、端盖、轴承盖、接线盒及吊环等部件。
小型机座通常用灰铸铁铸成。
大、中型箱式电动机机座由钢板焊接而成。
端盖是支承轴并受径向和轴向负荷的重要部件,由灰铸铁铸成。
有的机座的端盖与外轴承盖铸成一体,具有装配方便、节省工时等优点。
2、转子
异步电动机的转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。
(1)转子铁心转子铁心是用0,5mm厚的硅钢片叠成的圆柱体,另一种是绕线转子。
笼型转子是铸铝的或铜条焊接的笼型转子,整个铁心固定在转轴或转子支架上,如果去掉铁心,整个绕组的外形就像一个松笼子,所以习惯上又称笼型转子为鼠笼转子。
(2)转子绕组转子绕组分为笼型和绕线型两种结构。
笼型绕组有双笼型及深槽型,这两种转子可改善异步电动机的启动性能,主要用于100kw以上的大中型电动机。
绕线转子绕组与定子绕组一样,也是由对称三相绕组构成,一般接成星形联结,三根引出线分别接到与转轴绝缘的三个滑环(又称集电环)上,通过电刷装置可与外电组或其他控制器相连接,以改善电动机的启动性能和调速性能。
为了减少电刷与集电环的磨损,中等容量以上的绕线转子电动机装有举刷装置,电动机启动后,可将电刷提起,同时将三个集电环短接。
(3)转轴转轴一般用中碳钢制成,转子铁心套在转轴上或通过压圈套在轴上,它支持着转子,使转子在定子内腔均匀地旋转,并传导三相电动机所输出的转矩。
3、气隙
如同其他旋转电机一样,异步电机的定子与转子之间必须有一气隙。
由于气隙是电机磁路的一部分,气隙的大小对异步电动机的运行性能有很大影响。
气隙越大,磁阻越大,要产生同样大小的旋转磁场,就需要较大的励磁电流,从而使异步电动机的功率因素下降。
为了提高功率因素,气隙应尽可能的小。
但是的最小值常由制造工艺和运行安全可靠性等因素决定。
从减少附加损耗并减少高次谐波磁通势产生的磁通来看,气隙稍大一点也有其有利的一面。
但总的来说,异步电动机的气隙比同步电机的小得多,在中小型异步电动机中,气隙大约为0,2mm~1.5mm。
2.2三相异步电动机的铭牌数据与主要系列
每台电动机的外壳上都应有一块铭牌,铭牌上标出这台电动机额定值及其他必要事项。
1、三相异步电动机的铭牌额定数据
(1)型号Y系列国产三相异步电动机型号是按国际电工委员会IEC标准设计生产的新系列三相电动机,它是以电动机中心高为依据编制型号谱的,如:
“Y180M-2”一Y:
异步电动机;180:
中心高180mm;M:
中机座(L-长机座,S-短机座);2:
2极。
(2)额定功率指电动车在额定运行时,轴端输出的机械功率,单位为瓦(W)或千瓦(KW)。
(3)额定电压指电动机在额定运行时,加在定子绕组上的线电压,单位为伏(V)。
如果铭牌上标有两个电压数据,如220V/380V,表示电动机定子绕
组在两种不同联结时的线电压。
(4)额定电流指电动机在额定电压下,轴端输出额定功率时,定子绕组中的线电流,单位为安(A)。
如果铭牌上标有两个电流数据,表示的定子绕组在两种不同联结时的输入电流。
(5)额定频率指输入交流电(即电网)的频率,我国规定的电网频率为50HZ,除出口电动机(多为60HZ)外,国内用的异步电动机的额定频率都是50HZ。
(6)额定转速指电动机在额定频率、额定电压下,且轴端输出的额定功率时,转子每分钟的转速,单位为转/分(r/min)。
(7)额定功率因数指电动机额定运行时,定子相电压与相电流之间的相位差。
(8)额定效率指电动机在额定运行时的效率。
(9)绝缘等级指电动机在额定运行时,绕组允许的温度升高值(即绕组的温度比周围空气稳定高出的数值)。
允许温升的高低取决于电动机使用的绝缘材料。
绝缘材料的耐热等级见表2-1,也有些电动机制造厂在铭牌上直接给出电动机的允许温升。
表2-1绝缘材料的耐热等级
耐热等级
Y
A
E
B
F
H
C
最咼工作温度(c)
90
105
120
130
155
180
>180
(10)标准符号至电动机产品按这个标准生产,技术数据能表达到这个
标准的要求。
(11)工作制或定额指三相电动机的运行状态,即允许连续使用的时间,
分为连续、短时、断续周期三种。
连续工作制(S1)的电动机在铭牌规定的额定负数范围内允许长期连续使用。
短时工作制(S2)的电动机在铭牌规定的条件下,只能在规定的时间内短时运行,短时运行的持续时间标准有四种:
10min、30min、60min及90min,达到规定的时间后必须停机,待三相电动机完全冷却后才可以开机运行。
断续周期工作制(S3)的电动机在铭牌规定的额定值下只能周期性使用,断续运行常以负载持续率百分数表示,标准负载持续率分为四种:
15%、25%、40%、60%,每周期为10min。
(12)联结指三相电动机定子绕组的六根引出线头的接线方式,即接成
Y还是△。
接线时必须注意电动机电压、电流、联结三者之间的关系。
2、异步电动机的主要系列我国生产的异步电动机种类很多,主要系列产品有:
丫系列为小型笼型全封闭的自冷式三相异步电动机,取代老产品J02系列。
用于金属切削机床、通用机械、矿山机械和农业机械等,也可用于拖动静止负载或惯性负载较大的机械,如压缩机、传送带、锤击机、粉碎机、小型起重机和运输机械等。
额定电压为380V,功率范围为0.55~90kw,同步转速为750~3000r/min,外壳防护型式为IP44、B级绝缘。
J2、J02和J02-L系列为小型鼠笼式三相异步电动机。
其中,J2是防护式结构,J02、J02-L(铝)是封闭式结构,额定电压为380V,同步转速为600~300r/min采用E级绝缘。
JQ2和JQ02系列是高起动转矩异步电动机,用于起动静止负载或惯性负载
较大的机械上。
JQ2是防护式,JQ02是封闭式。
JD2和JD02系列是从J2、JQ02系列派生出来的,为防护式和封闭式多速笼型异步电动机,主要用于机床和起重设备中需多种速度的传动装置。
JN系列是中型防护式笼型异步电动机。
其他类型异步电动机可参阅产品目录。
2.3三相异步电动机的工作原理
三相异步电动机的定子装有三相对称绕组,当接至三相交流电源时,流入定子绕组的三相对称电流在电机的气隙内产生一个以同步转速n1旋转的磁场。
转
子导体嵌放在转子铁心槽内,两端被导电环短接。
当旋转磁场以逆时针方向旋转时,转子导条切割磁力线产生感应电动势,其方向可用右手定则来判别。
转子上半部导体中的电动势方向都是进入纸面,下半部导体中的电动势方向都是穿出纸面。
在转子回路闭合的情况下,转子导体中就有电流流通。
如不考虑转子绕组电感,那么电流的方向与电动势的方向相同。
三相对称的绕组通过三相对称的电流产生旋转的磁场,其转速即为同步速ni=60f/p;转子直流励磁产生固定磁极;辅助电动机起动转子旋转,当转子转速接近同步n1时,其异性磁极就被旋转磁场拉住,即定子旋转磁场就拖着固定磁场(转子)以转速n(n 动机。 转差率(s): 同步转速ni和电动机转子转速n之差与同步转速ni的比值。 转差s是异步电动机的一个非常重要的变量。 当负载变化时,转子的转差率s也随之变化,通常异步电动机额定负载时的转差率2%~6%左右。 其实,异步电机有三种运行状态: (a)电动机运行;(b)发电机运行;(c)电磁制动运行。 具体如下: (a)电动机状态(0 辅助电动机起动转子旋转,当转子转速接近同步ni时,其异性磁极就被旋转磁场拉住,持续以转速n(n 电机从电网吸收电功率,经过气隙的耦合作用从轴上输出机械功率。 (b)发电机状态(s<0): 原动机械动转子以n(nvni)转速旋转,转子导体相对磁场运动切割磁力线,产生感应电动势,进而产生电流。 电机从轴上吸收机械功率,经过气隙耦合再向电网输出电功率。 (c)电磁制动状态(s>1): 转子逆着磁场方向旋转(*0),电机既从电网吸收电功率又从轴上吸收机械功率,消耗在电机内部。 2.4三相异步电动机的机械特性和工作特性 1、三相异步电动机的机械特性 三相异步电动机的机械特性是指电动机转速n与电磁转矩M之间的函数关系,即n=f(M)。 2、三相异步电动机的工作特性三相异步电动机的工作特性是指在电动机的定子侧加额定电压,电压的频 率又为额定值时,电动机的转速、定子电流、功率因数、电磁转矩、效率等与输出功率的关系。 电机空载时,随着输出功率的增加,效率也增加,当铁损耗与机械损耗之和等于定、转子铜损耗之和时,电动机的效率达到最大。 但当负载继续增大时,效率反而降低。 一般来说,电动机的容量越大,效率越高。 电动机运行是必须吸取滞后无功功率,其功率因素总小于1。 空载时,功率因数很低,不超过0.2。 当负载增大时,定子电流中的有功电流增加,使功率因数提高,额定负载时最高,如负载再增大,功率因数又反而减少。 第3章电机设计基本理论 3.1电机制造与设计的概况 在我国,电机制造工业的发展趋势大概为产品品种、规格不断增加,单机容量迅速增大,技术经济指标逐步提高;积极采用新技术、新材料、新结构和新工艺;标准化、系列化和通用化程度不断提高;积极开展电机理论、测试技术和新型发电方式的研究。 电机设计的任务可归纳为四要点: 1、满足用户提出的产品规格(如功率、电压、转速等)和技术要求(如效率、参数、温升限度、机械可靠性等);2、贯彻国家的技术经济政策,结合生产的经济性和可靠性;3、运用有关的理论和计算方法;4、正确处理设计时遇到的各种矛盾。 电机设计的目的就是设计性能好、体积小、运行可靠、维修方便的电机。 电机设计时通常给定数据: 额定功率、额定电压、相数及相间连接方式、额定频率、额定转速或同步转速、额定功率因数。 在此次的中小型异步电动机的设计中,以上6个数据都已给出。 总的电机设计分三个阶段: 准备阶段、电磁设计、结构设计。 (一)准备阶段 首先是熟悉国家标准,收集相近电机的产品样本和技术资料,并听取生产和使用单位的意见与要求;然后编制技术任务书或技术建议书。 (二)电磁设计 根据技术条件或技术任务书的规定,参照生产实践经验,通过计算和方案比较,来确定与所设计电机电磁性能有关的尺寸和数据,选定有关材料,并核算其电磁性能。 (三)结构设计 确定电机的机械结构、零部件尺寸、加工要求与材料的规格及性能要求,包括必要的机械计算及通风和温升计算。 通常,首先根据技术条件或技术任务书(技术建议书)中规定的防护型式、安装方式与冷却方式,再考虑电磁计算中所选负荷的高低,来选取合适的通风冷却系统;然后安排产品的总体结构,绘制总装配草图。 然后分别绘制部件的分装配图和零件图,并对总装配草图进行必要的修改。 由于本次设计主要针对电磁设计,故只对电磁设计部分作重点介绍。 3.2电磁设计 电磁设计分四大步骤: 1.额定数据及主要尺寸;2.磁路计算;3.参数计算;4.起动计算。 一个好的设计方案应该达到节省材料的目标,即将定子用铜量、转子用铝量、硅钢片用量尽量降到最小,另外,电机性能良好,即效率和功率因数应该尽可能大、起动电流尽可能小、起动转矩倍数和最大转矩倍数尽量大。 然而,电机的各项性能之间以及技术指标和经济指标之间,经常存在矛盾,长了此短了彼。 例如,当采取措施改善某个性能时,常会使其他一些性能变差,因此必须全面照顾。 又如,在设计电机时,不能片面追求体积小和材料省,因为这样容易导致电机性能变差,特别是效率降低,加工工时增加,而使运行费用或制造成本上升,并造成浪费。 因此,设计人员必须全面、综合地看问题。 以下着重介绍电机的五个性能指标及改善方法 1.效率n -ZP =(1P)100%= (1)100% 1+EP 'P是电动机所有损耗标幺值之和: 'P=PCu1■PCU2■Ps'PFe.Pfw。 针对本次设计,由于风摩损耗和杂散损耗基本上不容变动,所以,通常导致 效率低的原因有定子铜损耗大、转子铝损耗大、铁损耗大。 针对不同原因,采取不同的措施来提高效率。 1)定子铜损耗大: 降低定子绕组电阻,可采取的措施: a.增大导条面积,减少每相导体数;b.减少每槽导体数;c.减少绕组端部长度。 2)转子铝损耗大: 降低转子绕组电阻,可采取的措施: a.增大转子槽面积;b.增大端环尺寸。 3)铁耗大: 降低定子铁心磁密,a.减少定子内径,改变定子槽型适当地降低定子磁密,使定、转子齿、轭部磁密和损耗分配合理;b.增加铁心长,降低旋 转铁耗;c.减少定、转子槽口宽度以及采用闭口槽和磁性槽锲;d.增加定子绕组 匝数实现。 2.功率因数cos: I1P : -2-2\I1PI1Q 导致效率低的原因通常是磁化电流大和漏电抗大。 当磁化电流大: 可以通过 a.增加定子绕组每槽导体数;b.使磁通密度下降增加铁心长;c.减少气隙;d.调整槽型尺寸,使定、转子齿、轭部磁密分布合理四种方法来降低磁化电流。 而减少每槽导体数、减少铁心长或改变槽型尺寸来减少槽漏抗都可以减小漏电抗。 3.起动电流倍数ist 归根结底,漏抗过小导致起动电流过大。 要降低起动电流,可通过以下方法来增大漏抗: 增加每槽导体数;改变定转子槽型,使槽变成深而窄;减少槽口,肩部斜度增加,使漏磁磁路不至于过分饱和。 4•起动转矩倍数Tst Sn是对应于额定转速的转差率。 —般说来,起动转矩越大越好。 通常起动转矩太小是因为漏电抗太大或转子电流太小。 针对漏电抗太大,可采取措施: 适当减少定子绕组每槽导体数和改变定转子槽型,增加槽宽减小槽高。 而当转子电流太小时,则可以通过改变转子槽型使槽增加挤流效应和适当缩小槽面积和端环面积来增大电流从而增大起动转矩。 5•最大转矩倍数Tmax 通常最大转矩倍数大好。 导致最大转矩倍数太小的缘故也是因为漏电抗太大或转子电流太小。 因此,增大最大转矩倍数的方法与增大起动转矩的方法是一样的。 看了以上的介绍,就会发现当采取措施改善某个性能时,常会使其他一些性能变差。 例如,当漏电抗较大导致功率因数、起动转矩倍数和最大转矩倍数偏小,然而当采取措施如减少每槽导体数时,虽然功率因数、起动转矩和最大转矩都有所改良,但也可能导致起动电流过大。 因此,要综合考虑,在各项性能指标达到要求后尽量去提高其中某些性能。 第4章毕业设计手算程序及优化方案 4.1手算程序 设计中小型三相感应电动机,型号是Y250M-455KW。 给定数据: 输出额定功率Pn=55KW,额定电压Un=380V(心接法),额定频率为50HZ,极数是4,相数mi=3,B级绝缘,外壳的防护等级为IP44,冷却方式为IC0141。 主要性能指标按技术JB3074-82规定,依照手算电磁计算程序,进行各个项目的核算,具体步骤详见表4-1。 通过手算巩固所学的电机学与电机设计的理论知识,熟悉电机设计的整个过程,对各个参数对消耗硅钢片、铜、铝等材料量与电机性能的影响有了更深的理解。 从而给下一步的三个优化方案的研究和调试打下基础。 表4-1三相异步电动机Y250-455KW手算步骤与结果 -、额定数据及主要尺寸 1•输出功率P2 P? =55kw P2=55kw 2•外施相电压U1 U1=380v U1=380v 3•功电流Ikw 33 IKW一卩210=5^10=48.2456A miU13380 1kw=48.2456A 4•效率*V n"=0.9200 n*=0.9200 5•功率因数COS®' COS®"=0.8800 COSA=0.8800 6.极数p p=4 p=4 7•定子槽数Q1 Q1=48 Q1=48 转子槽数q2 Q2=44 Q2=44 &定子每极槽数 Qp1=21=坐=12 P4 QP1=12 转子每极槽数 Q244 QP2=2=丁=" P4 Qp2=11 9•定、转子冲片尺寸 见附录1图 10.极距TP 'Di1=nX260=204.2034 P4 (兀=3.1415) TP=204.2034mm 11.疋了齿距tl 鮎一冒1/ Q1 tx260=17.0170 48 t1=17.0170mm TT°2=Z258.4=18.4497 t2=18.4497mm 12.转了齿距t? Q2 44 13.节距y y=11 y=11 14.转子斜槽宽bsK bsK=17.0170 bsK =17.0170mm 15.每槽导体数Z1 乙=36 乙=36 16.每相串联导体数 rQ1Z Z厂 m1■a1 48汉36“==144 Z申 =144 3汉4
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 三相 鼠笼式 异步电动机 设计 讲解