异步电动机的功率密度与转矩密度分析_苏凤飞

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2007年第 第 42卷 (总第
1期 134
期 )
(
EXPLO
S
ION
-
PROO F
ELECTR IC MACH INE)
防爆电机
表 3 6极电动机的功率密度和转矩密度值
型号
Y2 - 90S - 6 Y2 - 90L - 6 Y2 - 100L - 6 Y2 - 112M - 6 Y2 - 132S - 6 Y2 - 132M1 - 6 Y2 - 132M2 - 6 Y2 - 160M - 6 Y2 - 160L - 6 Y2 - 180L - 6 Y2 - 200L1 - 6 Y2 - 200L2 - 6 Y2 - 225M - 6 Y2 - 250M - 6 Y2 - 280S - 6 Y2 - 280M - 6
Va 的定义与计算方法 ,即电动机所占空间体积为
Va
=
π
D 4
2 1
L0
(2)
ST
= T2N Va
=ΩPN NVa
=ΩSP N
(3)
式中 , ST —电动机的转矩密度 ; T2N —电动机的输 出额定转矩 ;ΩN —电动机额定转速时的机械角速 度。
2 Y2 系列三相异步电动机功率密 度与转矩密度的计算和分析
0 引言
上世纪 80年代 ,国外就提出了功率密度的概 念 。在现代的电机设计中 ,功率密度已经成为一 个极其重要的指标 。在现在的实际应用中 ,人们 总希望使用的电动机体积小 、重量轻 、效率高 (省 电 ) 、价格便宜等 。特别是用于航空航天 、潜艇 、 电动汽车等特殊场合的电动机 ,由于空间的限制 , 希望使用的电动机体积更小 、重量更轻 、效率更 高 ,也就是要求电动机有较高的功率密度或转矩 密度 。
Va ( cm3 ) 2036 2206 2647 2971 4170 5662 9248 9767 17324 18652 20510 23515 31401 34340 43651 55983 71854 76520
SP (W / cm3 )
0. 368 0. 499 0. 567 0. 741 0. 719 0. 706 0. 595 0. 768 0. 635 0. 804 0. 902 0. 936 0. 955 1. 077 1. 031 0. 982 1. 044 1. 176
动机轴上所输出的额定转矩 ,用公式可表示为
表 3、表 4所示 。
表 1 2极电动机的功率密度和转矩密度值
型号
Y2 - 801 - 2 Y2 - 802 - 2 Y2 - 90S - 2 Y2 - 90L - 2 Y2 - 100L - 2 Y2 - 112M - 2 Y2 - 132S1 - 2 Y2 - 132S2 - 2 Y2 - 160M1 - 2 Y2 - 160M2 - 2 Y2 - 160L - 2 Y2 - 180M - 2 Y2 - 200L1 - 2 Y2 - 200L2 - 2 Y2 - 225M - 2 Y2 - 250M - 2 Y2 - 280S - 2 Y2 - 280M - 2
2007年第 第 42卷 (总第
1期 134
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EXPLO
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防爆电机
异步电动机的功率密度与转矩密度分析
苏凤飞 邱阿瑞
清华大学电机工程与应用电子技术系 ,北京 (100084)
摘 要 从电动机功率密度及转矩密度的定义出发 ,以 Y2系列 ( IP54)三相异步电动机的技 术数据为依据 ,对 Y2系列部分型号规格的异步电动机的功率密度及转矩密度进行了详细的计算 , 对计算结果进行了分析和比较 ,并通过图表形式给出了不同极数 、不同功率等级电动机的功率密 度及转矩密度的变化情况 。本文所分析的是一般用途基本系列电动机的功率密度和转矩密度情 况 ,其结果可以用来作为一种基本参照标准 ,对研究与设计其它高功率和高转矩密度电机具有一 定的参考价值 。
PN
( kW ) 0. 75 1. 1 1. 5 2. 2 3. 0 4. 0 5. 5 7. 5 11 15 18. 5 22 30 37 45 55
nN
D1
L0
Va
( r/m in) 910 940 960
式中 , D1 —电动机定子铁心外径 ; L0 —电动机轴向 根据 Y2系列 ( IP54)三相异步电动机的部分
总长度 ,它包括铁心长 lt 与绕组端部在轴向上的 长度 2 ld ,其中 ld 为绕组端部单边长度 。
同理 ,电动机的转矩密度 ,是指单位体积上电
技术数据及有关资料 [ 4 ] ,按照不同极数 ( 2p = 2、 4、6、8)归类 ,计算得到部分机座号不同功率下电 动机的功率密度和转矩密度值 ,分别如表 1、表 2、
155 175 210
260
290 327 368 400 445
L0 (mm ) 132. 7 142. 7 148. 0 178. 0 173. 6 203. 6 206. 0 210. 4 250. 4 249. 0 294. 0 299. 0 319. 0 335. 8 347. 6 387. 6 381. 8 419. 6 474. 6
260
290 327 368 400 445
L0 (mm ) 180. 0 195. 0 199. 4 223. 8 221. 0 235. 4 267. 0 282. 0 326. 3 351. 3 386. 3 356. 0 373. 9 408. 9 410. 4 445. 5 462. 0 492. 0
较电动机的功率密度和转矩密度时 ,通常要与应 用最为广泛的普通异步电动机作比较 。因此 ,有 必要对应用最为广泛的 、作为一般用途基本系列
三相异步电动机的功率密度和转矩密度情况进行
详细分析 ,以其结果作为一种基本的参照数据 ,对 所设计的其它电动机的功率密度和转矩密度进行
对比考核 ,就可衡量其结构设计的先进性 。
近年来 ,国内外在探索高功率 、高转矩密度电 动机的进程中 ,已经研发了各种新型电动机 ,如开 关磁阻电机 、轴向 、横向磁场永磁电动机 、超导电 动机以及其它特殊结构的电动机等 。在评价这些 新型电动机的性能时 ,其功率密度 /转矩密度已成
为重要的衡量指标之一 。
现在 ,国内外许多电机专家都在积极探索功 率密度这一新的电机结构优化的考核标准 。在比
ST ( 10 - 3N ·m / cm3 )
1. 242 1. 684 1. 907 2. 492 2. 392 2. 333 1. 959 2. 529 2. 070 2. 621 2. 940 3. 040 3. 092 3. 487 3. 315 3. 158 3. 357 3. 781
表 2 4极电动机的功率密度和转矩密度值
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防爆电机
( EXPLOSION
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PROLeabharlann Baidu F
ELECTR IC MACH INE)
2007年第 第 42卷 (总第
1期 134期
)
定功率 ; Va —电动机铁心与绕组包围的空间体积 , 即定子铁心外表面包括绕组端部所占的总体积 。
对于 Va 的计算 ,不同的文献有不同的计算方 法〔1 - 3〕,反映作者对电动机所占空间体积 Va 有不 同的理解 。本文采用文献 [ 2 ] 对电动机空间体积
ST ( 10 - 3N ·m / cm3 )
2. 515 3. 195 3. 820 4. 332 4. 488 5. 216 5. 352 5. 007 5. 737 5. 442 6. 286 6. 087 6. 782 6. 912 6. 459 7. 046 7. 395 7. 414 7. 813
Va ( cm3 ) 1501 1614 1964 2363 3276 3842 4955 7287 8673 13220 15609 19750 21071 28201 36971 41226 47978 65260 73814
SP (W / cm3 )
0. 366 0. 465 0. 560 0. 635 0. 672 0. 781 0. 807 0. 755 0. 865 0. 832 0. 961 0. 937 1. 044 1. 064 1. 001 1. 092 1. 146 1. 149 1. 219
关键词 功率密度 转矩密度 异步电动机 中图分类号 TM343 文献标识码 A 文章编号 1008 - 7281 (2007) 01 - 0001 - 04
Ana lysis of Power and Torque D en sity for the Induction M otor
S u Fengfei and Q iu A ru i Abstract Starting from the definition of motor power and torque density, the paper calculates the motor power and torque density of Y2 range of three2phase induction motors of IP 54 in detail, analyzes and comp rises the calculation results, and give the changing conditions of motor power and torque density of the motor w ith different no. of poles and output. In the paper, the motor power and torque density is about general basic ranges of motor. The result can be a basic reference and has some reference value for research and design of other motors w ith higher motor power and high torque density. Key words Power density, torque density, induction motor.
PN ( kW ) 0. 75 1. 1 1. 5 2. 2 3. 0 4. 0 5. 5 7. 5
11 15 18. 5 22 30 37 45 55 75 90
nN ( r/m in)
2830
2840 2870 2890 2900
2930
2940 2950
2970
D1 (mm ) 120
130 155 175 210
型号
Y2 - 801 - 4 Y2 - 802 - 4 Y2 - 90S - 4 Y2 - 90L - 4 Y2 - 100L1 - 4 Y2 - 100L2 - 4 Y2 - 112M - 4 Y2 - 132S - 4 Y2 - 132M - 4 Y2 - 160M - 4 Y2 - 160L - 4 Y2 - 180M - 4 Y2 - 180L - 4 Y2 - 200L - 4 Y2 - 225S - 4 Y2 - 225M - 4 Y2 - 250M - 4 Y2 - 280S - 4 Y2 - 280M - 4
PN ( kW ) 0. 55 0. 75 1. 1 1. 5 2. 2 3. 0 4. 0 5. 5 7. 5
11 15 18. 5 22 30 37 45 55 75 90
nN ( r/m in)
1390 1400 1430 1440
1460 1470
1480 1490
D1 (mm ) 120
130
1 功率密度及转矩密度的定义
电动机的功率密度是指单位体积上电动机轴
上所输出的额定功率 ,用公式可表示为
SP
= PN Va
(1)
式中 , SP —电动机的功率密度 ; PN —电动机的额
收稿日期 : 20062092261 苏凤飞 男 1981年生 ;清华大学电机系在读硕士 ,研究方向为电机及其控制 1