第十章 异步电机电磁设计

Y（IP44） J2，JO2
JS
JR JS2，JSL2 JR2，JRL2
Y
YR
YK
小型三相感应电动机 小型三相感应感应电动机 三相笼型转子感应电动机（中型） 三相绕线转子感应电动机（中型） 三相感应电动机（中型、低压） 三相感应电动机（中型、低压） 三相笼型转子感应电动机（大型） 三相绕线转子感应电动机（大型） 大型高速感应电动机
P
(1
L)
n
1
cos
PN
参考图10 2,表10 选择A, B
1
Di12lef
（1）
Di12lef
6.1
pKNm Kdp
1 AB
P n
V
p
Bav B
2
0.637
(0.66 ~ 0.71)
正弦不饱和 饱和
10.2 主要尺寸与气隙的确定
2、参考表10-2选择值，lef
Di1 2 p
交叉式绕组： 可以节省端部接线， q1为奇数电机。
N
S
N
S
A
B
C
X
Y
Z
单层叠绕组
N
S
N
S
A ZB
C 单层链式绕组
X
Y
N
S
N
S
A
同心式绕组
X
交叉式绕组
3 定子绕组与铁心的设计
(二）双层绕组
适用于功率较大的感应电动机 优点：
① 可选择有利的节距以改善磁势、电势波形，使电机电气性能好； ② 端部排列方便； ③ 线圈尺寸相同，便于制造。 缺点：绝缘材料多，嵌线麻烦
极距大，意味着转子圆周速度较高，通风冷却效果较好，因而可 选择较大的热负荷。
3 定子绕组与铁心的设计
2、线规：
Ac1
I1 a1Nt1J1
I1 定子额定相电流
Nt1 导线并绕根数 a1 并联支路数
3 定子绕组与铁心的设计
3、并联支路数：
双层： 条件 2 p a1 =整数， a1max 2 p
大 型： A, B 可略高
B (0.5 ~ 0.8)T
10. 2 主要尺寸与气隙的确定
三、主要尺寸比的选择 对不同内型电机主要尺寸比选择见表10-2。 对于一定的极数，定子铁心外径与内径存在一定比例（表10-3）
D1 变动范围在5%左右。 Di1
10.2 主要尺寸与气隙的确定
四、主要尺寸的确定
④ 槽口高度： b01 =0.5~2.0 mm
角：30°左右 根据估算和选用数据，作图确定尺寸，核算槽满率，必要调整。
3 定子绕组与铁心的设计
2、平行槽 槽形尺寸和扁线尺寸及绝缘结构尺寸结合考虑，不须核算槽满率。
bs1 (0.45 ~ 0.62)t1 hs1 (3.5 ~ 5.5)bs1
最后需核验齿部最大磁密 Bt max 2.0T 。
2、气隙基本上决定于定子内径、轴直径、轴承间的转子长度。
经验公式：
小功率电机： 0.3(0.4 7 Di1lt )103 m
大、中型电机：
Di1(1
9 ) 103 2p
m
lt : 铁心长度
10.3 定子绕组与铁心的设计
一、定子槽数的选择 二、定子绕组型式和节距的选择 三、每相串联导体数、每槽导体数计算
阻抗：ZKW UN IKW m1U N2 PN
转矩： TN 9550PN nN
10.2 主要尺寸与气隙的确定
一、主要尺寸和计算功率
D2lef
6.1
pKNm Kdp
1 AB
P n
CA
P n
计算功率： P m1E1I1 额定功率： PN m1U N I1 cos
P
E1 U N
1
cos
PN
10. 2 主要尺寸与气隙的确定
由前推导(P228页，相量图）： (E1,UN ) 0 引入电势系数 L
KE
E1 U N
1 (I1*PR1* I1*Q X*1) 1 L
P
(1
L)
1
cos
PN
10. 2 主要尺寸与气隙的确定
设计方法：
,cos 已知，
R1*
,
X
*
1
未知，需先假定一个
4 转子绕组与铁心的设计
一、笼型转子的设计计算 （一）转子槽数的选择及定转子槽配合问题
1、槽配合对附加损耗的影响（少槽——近槽配合）
当定、转子槽数很接近时，转子齿顶的宽度将十分接近定子齿 谐波的波长，因此转子齿中由定子齿谐波磁通引起的脉振较小
2、槽配合对异步附加转矩的影响（近槽）
定子绕组产生的磁场中含有的不同极数的谐波以不同速度和转向在旋转。 并在鼠笼中感生电流，产生一个与其次数相同、转速和转向相同的谐波磁场， 这两个磁场相互作用产生的转矩称为异步附加转矩。（图10-11）
② 每极磁通经齿部后分两部分进入轭部，定子轭部计算高度
h
j1
pB
2K Fe B j1
Bj1 定子轭部磁密( Bt1) (1.1 ~ 1.5)T
p
计算极弧系数(
p
0.68)
3 定子绕组与铁心的设计
③ 槽口宽度：b01=2.5-4.0mm，比线径大1.2-1.6mm；机械嵌线时，
槽口还需适当放宽。
Kd1
sin(2 q1sin
q1)
2
2 p Z1
槽距电角
短距系数：
K
p1
sin
2
y1
m1q1
基波绕组系数： Kdp1 Kd1 K p1
3 定子绕组与铁心的设计
三、每相串联导体数、每槽导体数计算
线负荷
A
m1N1I1
Di1
I1
I KW
cos
N1
cos Di1
m1I KW
A
A N1大小影响 、B 数值。N1↓，A↓ ，B↑ ， co↓s， T↑ma，x ↑Tst， ↑I st。
单层：
qq11
偶数 奇数
a1max 2 p a1 max p
小型电机：线径 D 1.68mm, Nt1 8 根，极数少电机取较大 ；
大型电机：扁导线
① 导线宽厚比 b a (1.5 ~ 4.0)，槽口、槽宽、槽高尺寸适当；
② 每根导线截面积< 15 mm2 。
3 定子绕组与铁心的设计
概述
一、我国感应电机主要系列
派生、专用系列： YQ 高起动转矩感应电动机（小型） YH 高转差率感应电动机（小型） YD 变极多速感应电动机 YZ 起重及冶金用感应电动机 YQS 潜水感应电机 YLB 立式深井泵用感应电动机
概述
二、感应电动机的主要性能指标和额定数据
（1）主要性能指标
效率
功率因数 cos
二、电磁负荷的选择
磁化电流：
Im
2 pF0 0.9m1N1Kdp1
（1）每极磁势 F0 主要用来克服 F ， I m 决定于B
B
, A
I
* m
,cos
（2）
X*
I KW X U N
A B
B , A X* ,Tst ,Tmax , Ist
， Im B
I KW
A
选取方法：
中小型： A (15 103 ~ 50 103) A / m
4 转子绕组与铁心的设计
（二）转子槽形的选择和槽形尺寸的确定
1、转子槽形 (P247页比较)
3 定子绕组与铁心的设计
（1）半闭口槽 如何确定半闭口槽尺寸？
① 假定一个齿距内的气隙磁通全部进入齿内，则定子齿宽
bt1
t1B K Fe Bt1
t1 定子齿距
t1
Di1 Z1
KFe 铁心叠压系数 0.92(涂漆), 0.95(不涂漆)
Bt1 定子齿磁密 (1.4 ~ 1.6)T
3 定子绕组与铁心的设计
(1
L
)
预估
(1
L
)
0.85 ~
0.95
完成磁路参数计算后，偏差
(1
L
)
(1
L
)
0.5%
(1
L
)
经验公式估算：
额定功率的单位为：kW
2极小型：
1
L
0.92
0.0866ln
PN
非2极小型：1
L
0.931
0.0108ln
PN
0.013p
中型：
1
L
0.892
0.0109ln
PN
0.01p
10. 2 主要尺寸与气隙的确定
Di12lef
Di13
2p
Di13
V
初步计算
Di1
3
2 pV
Di1 3
2 pV
参考表10 3达式 Di1 D1
D1 按标准外径调整Di1 lef
V Di12
10.2 主要尺寸与气隙的确定
五、空气隙的确定
1、影响： Im cos 过小 影响机械可靠性 X ,Tst ,Tmax ,损耗,温升
4 转子绕组与铁心的设计
3、槽配合对同步附加转矩的影响（不讲） 4、槽配合对振动和噪声的影响（不讲） 5、感应电机定、转子槽配合的选择
原则：① 为减小附加损耗，应采用少槽近槽配合；
② 为避免起动过程中较强的异步附加损耗，使 Z1 Z2 ；
③ 为避免起动过程中较强的同步附加损耗、振动和噪声， 应避免（表10-7）中的槽配合。
缺点： ① 不易做成短距，磁势波形较双层为差； ② 电机导线粗时，绕组嵌放和端部整形较困难。
3 定子绕组与铁心的设计
单层 绕组
同心式绕组： 嵌线容易，易实现机械化，q1=4，6，8二极电机；端
部用铜多，一极相组中各线圈尺寸不同，制作复杂；
链式绕组： 各线圈大小相同，嵌线困难， q=12 的4，6，8极电机；
3 定子绕组与铁心的设计
(三）单双层绕组和Y-Δ混合绕组（P233页） 1、单双层绕组（ 具备单双层绕组的优点）
短距时，某些槽内上下层导体属于同一相，而某些槽内上下层属 于不同相。把属于同相上下层导体合起来，用单层绕组代替，而不同 相的仍保持原来的双层，按同心式绕组端部形状将端部连接起来。 2、Y-Δ混合绕组：
∴设计时常通过改动 N1 来取得若干不同设计方案进行优化。
3 定子绕组与铁心的设计
四、电流密度的选择及线规、并绕根数和并联支路数的确定
1、电密： J1 Acp节省材料 ,降 低成 寿本 命和可靠性降低
大、中、小型铜线电机： J1 (4 106 ~ 6.5 106 ) A / m2
对大型电机：参考极距 的大小来选择 AJ（1 热负荷）。
四、电流密度的选择及线规、并绕根数和并联支路数的确定 五、定子冲片的设计
3 定子绕组与铁心的设计
一、定子槽数的选择
q1
Z1 2 pm
q1 值大小对电机的参数、附加损耗、温升、绝缘材料耗量等有影响（P231页）
定子谐波磁场减小，pad ，X ↓
q1大
每槽导体数减少，Xs ,Z1 , 槽中线圈边总散热面积↑，利于散热
绝缘材料用量、工时↑，槽利用率↓
一般感应电动机：q1 =（2~6） 取整数
极数少，功率大电机：q1 取大些 （2极取 q1 =（6~9））
极数多电机： q1 取小些
3 定子绕组与铁心的设计
二、定子绕组型式和节距的选择
（一）单层绕组
优点： ① 槽内无层间绝缘，槽利用率高； ② 同槽内导线同相，不会发生相间击穿； ③ 线圈总数比双层少一半，嵌线方便。
最大转矩倍数
TM TN
起动转矩倍数 Tst TN
起动电流倍数 Ist
绕组、铁心温升
IN
cu, Fe
起动过程中最小转矩 Tm in
概述
二、感应电动机的主要性能指标和额定数据
（2）额定数据
额定功率 PN
额定频率 fN
额定电压 U N 基值推导：
电压： U N
额定转速 nN
功率： PN
相电流： I KW PN m1U N
步骤： 计算导线截面
Ac1
I1 a1Nt1J1
导线 → 圆线直径、扁线宽厚
→ 查标准线规表 → 选标准
3 定子绕组与铁心的设计
五、定子冲片的设计
（一）槽形： ①半闭口槽（梨形槽、梯形槽）
②半开口槽 ③开口槽
（二）槽满率： 导线有规则排列所占的面积与槽有效面积之比。
Sf
Nt1Ns1d Aef
2
100%
第十章 感应电机的电磁设计
第十章 感应电机的电磁设计
10.1、概述 10.2、主要尺寸与气隙的确定 10.3、定子绕组与铁心的设计 10.4、转子绕组与铁心的设计 10.5、工作性能的计算 10.6、起动性能的计算
10.1 概 述
一、我国感应电机主要系列
100个系列，500多个品种，5000多个规格。按照电机尺寸分成大 （H>0.63,D1>1m,P>400Kw,U=3000V或6000V）、中（H>0.3550.63,D1>0.5m-1m,P>45-132kW,U=380V、3000V或6000V） 、小型（H>0.080.315,D1>0.12m-0.5m,P>0.55-90kW,U=380V。
S f (75 ~ 80)%
d 绝缘导线直径
Aef As Ai 槽有效面积
As 槽面积
Ai 槽绝缘所占面积
As
2r21 2
b11
(hs
h)
r212 2
(双层) Ai i(2hs r21 2r21 b11)
(单层) Ai i(2hs r21)
3 定子绕组与铁心的设计
（三）槽形尺寸的确定 考虑因素：① 槽满率； ② 齿部和轭部磁密要适当； ③ 齿部有足够机械强度，轭部有足够刚度； ④ 槽形尺寸深宽比对电机参数的影响。
把普通60°相带三相绕组分成两套三相绕组；其空间相位互差 30°电角度，一套Y，一套Δ；电流在时间相位上互差30°。
3 定子绕组与铁心的设计
（四）绕组节距的选择
双层绕组
正常电机：y
5
6
削弱5、7次谐波
两极电机：y 2 便于嵌线，缩短端部长度
3
单层绕组： 一般用整距
3 定子绕组与铁心的设计ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
分布系数：