电机设计

中型： 1 L 0 .8 9 0 .0 21 lP n N 0 0 .0 9p1
2 主要尺寸与气隙的确定
二、电磁负荷的选择
磁化电流：
Im
2pF0 0.9m1N1Kdp1
（1）每极磁势 F 0 主要用来克服 F ， I m 决定于B
B ,A Im * ,co s
， I m B
I KW
A
（2）
对大型电机：参考极距 的大小来选择 AJ（1 热负荷）。
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 a 1 =整数， a1max2p
∴设计时常通过改动 N 1 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 ,降 料 低 寿成 命本 和可靠性降
大、中、小型铜线电机： J 1 ( 4 16~ 0 6 .5 16 )A 0 /m 2
大、中型电机： Di1(129p)103 m
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
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
3 定子绕组与铁心的设计
（1）半闭口槽 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
来自百度文库
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
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
(0.66~0.71)
正弦不饱和 饱和
2 主要尺寸与气隙的确定 2、参考表10-2选择值，lef Di12p
Di12lef Di13 2pDi13V
初步计算
2 pV
Di1 3
D i 1 3 2 p V 参 考 表 1 0 3 达 式 D D i 1 1 D 1 按 标 准 外 径 调 整 D i 1 l e f D V i 1 2
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：q 1 =（2~6） 取整数
极数少，功率大电机：q 1 取大些 （2极取 q 1 =（6~9））
极数多电机： q 1 取小些
3 定子绕组与铁心的设计
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 X 械 ,T s可 t ,T m靠 a ,x 损 性 ,温 耗 升
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 D i 1 l t) 1 0 3 ml t: 铁 心 长 度
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 ①铸铝转子：
平行齿 平行槽 凸形槽 刀形槽 闭口槽
双笼转子槽
梯形槽 ②铜条转子： 半闭口平行槽
4 转子绕组与铁心的设计
2、转子槽形尺寸的确定
①影响：
Is,tT s,tT m,a Tx S 曲线 ,S ,p C 形 2 ,u co,状 s ,
3 定子绕组与铁心的设计
(三）单双层绕组和Y-Δ混合绕组 1、单双层绕组：
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：
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°。
设计方法：
,cos 已知， R1*, X*1 未知，需先假定一个 (1L)
预估 (1L)0.8~ 50.95 完成磁路参数计算后，偏差
(1L)(1L) 0.5%
(1L) 经验公式估算：
额定功率的单位为：kW
2极小型：1L 0 .9 20 .08l6 n P N 6
非2极小型：1 L 0 .9 3 0 .0 11 ln P N 0 0 8 .0p 13
单层：
qq11偶 奇数 数
a1max2p a1maxp
小型电机：线径 D1.6m 8,N m t18根，极数少电机取较大 ；
大型电机：扁导线
① 导线宽厚比 ba(1.5~4.0)，槽口、槽宽、槽高尺寸适当；
② 每根导线截面积< 15 mm 2 。
3 定子绕组与铁心的设计
步骤： 计算导线截面
Ac1
D 1 变动范围在5%左右。 D i1
2 主要尺寸与气隙的确定
四、主要尺寸的确定
P (1 L )n c1 o sP N 参 考 图 选 1 择 0 A 2 ,,B 表 1 0 1 D i1 2 lef
（1） Di12lefpK 6N .1m KdpA1BP nV
p
Bav B
2 0.637
K p 1 s in2
y 1 m 1 q 1
基波绕组系数： Kd1pKd1Kp1
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
I1 Am I1cK N oD W s i 1 1I1 N1com s1IKW Di1A
N 1大小影响 A、B 数值。N 1↓，A↓ ，B↑ ， co↓s， T↑ma，x ↑T st ， ↑I st。
概述
一、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
最大转矩倍数
TM TN
起动转矩倍数 T st TN
起动电流倍数 I st IN
绕组、铁心温升 cu,Fe
起动过程中最小转矩 Tmin
概述
一、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 f N
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。
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，q 1=4，6，8二极电机；端
其中对 Ist,Tst,Tma,xS 关系最密切 笼型转子尺寸的确定另须着重考虑起动性能的要求。
4 转子绕组与铁心的设计
h
j1
p
B
2K Fe B j1
Bj1定 子 轭 部 磁 密 (Bt1) (1.1~1.5)T
p计 算 极 弧 系 数 (p0.68)
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。
④ 槽口高度： b01 =0.5~2.0 mm
第十章 感应电机的电磁设计
感应电机的电磁设计
1、概述 2、主要尺寸与气隙的确定 3、定子绕组与铁心的设计 4、转子绕组与铁心的设计 5、工作性能的计算 6、起动性能的计算
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
Y（IP44） J2，JO2
JS
JR JS2，JSL2 JR2，JRL2
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 4、槽配合对振动和噪声的影响 5、感应电机定、转子槽配合的选择
4 转子绕组与铁心的设计
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。
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
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
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。
计算功率： Pm1E1I1
额定功率： PNm 1UNI1cos
P
E1 UN
c1os PN
2 主要尺寸与气隙的确定
由前推导（相量图）：(E 1,U N)0 引入电势系数 L
K EU E N 1 1(I1 * PR 1 *I1 * Q X *1)1L
P (1L)c1osPN
2 主要尺寸与气隙的确定
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
分布系数：
K d 1 s q in 1 s ( i2 n q 2 1 ) 2 Z p 1 槽 距 电 角
短距系数：
I1 a1 N t1 J1
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 Nt1NAesf1d2100%
Sf (75~80)%
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 Btmax2.0T 。
4 转子绕组与铁心的设计
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
=2
1
的4，6，8极电机；
交叉式绕组： 可以节省端部接线， q 1为奇数电机。
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
额定电压 U N 基 值：
电压： U N
额定转速 n N
功率： PN
电流： IKW PN m1UN
阻抗：ZK WU N IK Wm 1 U N 2P N
转矩： TN 955P0N nN
2 主要尺寸与气隙的确定
一、主要尺寸和计算功率
D 2lefpK 6N .1K mdpA 1B P nCAP n
X*
IKWXUN
A
B
B ,A X * ,T s t,T m a ,Ix s t
选取方法：
中小型： A ( 1 1 3 5 ~ 5 0 1 3 0 ) A / 0 mB ( 0 . 5 ~ 0 . 8 ) T
大 型： A, B 可略高
2 主要尺寸与气隙的确定
三、主要尺寸比的选择 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）
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 2r212b11(hsh)r2212 (双层) Ai i(2hsr212r21b11) (单层) Ai i(2hsr21)
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。