【正文】 .............................................................................................. 22 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） IV 附錄 A 電磁計算程序 ............................................................................................................. 23 附錄 B 部分參數(shù)計算 ............................................................................................................ 36 附錄 C 定子沖片圖 ................................................................................................................. 44 附錄 D 轉(zhuǎn)子沖片圖 ................................................................................................................. 44 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 1 緒論 工程背景 電機是通過電磁感應(yīng)將電能與其他機械能相互轉(zhuǎn)換的電力機械，在國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。電機作為電動機使用時，具有較好的工作特性，所以主要用作電動機。三相感應(yīng)電動機具有簡單的結(jié)構(gòu)，而且價格低廉，運行可靠，堅固耐用，并且易于控制，因而在電動機中是廣為使用的一種 [1]。 因此本設(shè)計對 Y2112M2 型電機進行了電磁設(shè)計計算。 設(shè)計范圍 根據(jù)相關(guān)技術(shù)手冊的數(shù)據(jù)確定與電機的電磁性能有關(guān) 的主要尺寸、槽形及槽配合、繞組型式和節(jié)距、線規(guī)和材料等，用 MATLAB 編程進行電動機電磁計算，用 CAD 畫出定、轉(zhuǎn)子沖片圖和它的繞組分布圖。 設(shè) 計依據(jù) (1) 類似關(guān)于電機的電磁設(shè)計資料。 (2) 國家目前現(xiàn)行有關(guān)設(shè)計規(guī)程、規(guī)范、技術(shù)手冊，主要包括： ① 《實用電機設(shè)計計算手冊》（黃堅，主編）。 Y2 系列三相異步電動機技術(shù)條件》 (JB/)。 ② 用戶提出的產(chǎn)品規(guī)格（功率、電壓、轉(zhuǎn)速、等）及技術(shù)要求（如效率、溫升等 ）。 設(shè)計目標 設(shè)計出滿足電機的主要性能指標，如起動轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩、起動電流倍數(shù)、效率和功率因數(shù)等要滿足任務(wù)書的要求。在滿足要求之后，盡量使電動機的性能指標有所提高。 本文的主要工作 (1) 三相異步電動機主要參數(shù)的確定 根據(jù)任務(wù)書提出的要求，結(jié)合相關(guān)的資料，確定出與電機電磁性能有關(guān)的主要尺寸、槽形及槽配合、繞組型式及節(jié)距、線規(guī)和材料。 (2) 電磁計算 根據(jù)確定的主要參數(shù)，采用 MATLAB 編程進行電磁計算，在 MATLAB 程序中調(diào)整相關(guān)的參數(shù)，一直到計算出的性能指標達到本設(shè)計任務(wù)書的要求。 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 (3) MATLAB 編程 三相異步電動機的電磁計算工作量大，使用 MATLAB 編程使得計算量減小，也讓計算的精確程度也得到大大提高。 (4) CAD 畫圖 本文的設(shè)計中使用 CAD 畫出定、轉(zhuǎn)子沖片圖、及定子繞組分布圖。 2 三相異步電動機主要參數(shù)的確定 電磁計算的數(shù)據(jù)依據(jù)主要是三相異步電動機的參數(shù)，要正確地進行電磁計算，必須要選擇合適的主要參數(shù)。 主要參數(shù)的選擇是根據(jù)技術(shù)手冊給定的參數(shù)。并且計算出有關(guān)的必須參數(shù)進行選擇的。 主要尺寸及氣隙長度的確定 電機的主要尺寸包括定子內(nèi)徑 i1D 和鐵芯有效長度 efL ，只要確定了這兩個參數(shù)，其他的尺寸（包括定、轉(zhuǎn)子內(nèi)外徑、鐵芯長度和氣隙長度等）就可以以此為根據(jù)，參閱 文獻 [2]。 但在一般情況下，定子內(nèi)徑 i1D 和鐵芯有效長度 efL 的計算比較麻煩，通常采用類比法來確定電機的主要尺寸，參照已生產(chǎn)過的同類型相近規(guī)格電機的設(shè)計和實驗數(shù)據(jù)，直接初選電機的主要尺寸。在本設(shè)計中，以廠家已經(jīng)生產(chǎn)過的 Y2 系列的相近電機作為參考，結(jié)合 文獻 [3]得到本臺電機的主要尺寸。 本臺電機主要尺寸結(jié)合文獻 [4]中附錄 A 進行選取，詳見附錄 C 和附錄 D。 定、轉(zhuǎn)子槽形及槽配合的確定 定、轉(zhuǎn)子槽形的選擇 (1) 定子槽形的選擇 [5] 小型三相異步電動機的定子槽形，一般采用斜口圓底槽 [6]。槽口斜角統(tǒng)一規(guī)定如下： ① 160 機座及以下為 30176。 ； ② 180~280 機座： 2 極為 20176。 ， 4 極為 30176。 ， 8 極為 35176。 ； ③ 315~355 機座： 2 極為 20176。 ， 4~10 極為 30176。 。 因本臺電機機座號為 112，極數(shù)為 2 極，所以定子選梨形槽，槽口角度選 30176。 。詳見附錄 C。 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 (2) 轉(zhuǎn)子槽形的選擇 轉(zhuǎn) 子采用平底槽、圓底槽、梨形槽、凸形槽（對稱和不對稱）、刀形槽等 6種槽形，Y2 系列電動機在大機座號中采用凸形槽較多。 本臺電機的機座號較小，因此轉(zhuǎn)子選刀形槽（不對稱），槽口斜角為 30176。 ，詳見附錄 D。 定、轉(zhuǎn)子槽形尺寸的確定 轉(zhuǎn)子的槽形尺寸對電機的各項性能指標，有起動轉(zhuǎn)矩、起動電流倍數(shù)、最大轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)差率、效率和功率因數(shù)等都有非常大的影響；此外，槽的各部分尺寸對這些性能指標又有不同程度的影響。在實際設(shè)計中，一般采用類比法來確定電機定、轉(zhuǎn)子的槽形尺寸。本臺電機定、轉(zhuǎn)子槽形尺寸詳見附錄 C和附錄 D。 槽配合的選取 槽配合就是在轉(zhuǎn)子槽數(shù)與定子槽數(shù)有合適的配合。恰當?shù)牟叟浜夏芙档碗姶旁肼暫徒档碗妱訖C負載噪聲 [7]。槽配合對電機的性能有影響，若選取不合適，可能會導致附加損耗、附加轉(zhuǎn)矩、振動與噪聲增加，從而使效率降低，起動性能變差。采用定、轉(zhuǎn)子槽數(shù)接近的槽配合，可減小附加損耗。 2極電機一般采用 16/18， 24/2 30/2 36/242/34。本臺電機所選取的槽配合是 30/26。 繞組型式及節(jié)距的選擇 繞組型式的選擇 考 慮到目前的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝和機械化下線的可能性，除 71 機座 6極和 80、 90 機座8極采用雙層繞組外，對 160 及以下的機座仍采用單層繞組。對 180 及以上機座，為了提高電機性能和降低電機噪聲，在設(shè)計時全部采用雙層疊繞組 [8]。本臺電機因機座號為112，所以選用單層同心式繞組。 繞組節(jié)距的選擇 對雙層繞組應(yīng)從電機具有良好的電氣性能和節(jié)約導線材料兩方面來考慮節(jié)距的選擇。在正常三相異步電動機中，通常選p56y t=以便消弱磁勢的 5 次和 7 次諧波分量。蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 對于 2 極電機，為了便于 嵌線和縮短端部長度，除鐵芯長度很長的以外，一般取p23y t=左右。因本設(shè)計是 2 極電機，所以取p1318y t=。 計算概述 磁路計算 確定產(chǎn)生主磁場的磁化力是磁路計算的主要工作，進而根據(jù)磁力計算勵磁電流，并確定電機的空載特性。此外，通過磁路計算還可以校核電機各部分磁通密度是否合適。 參數(shù)計算 參數(shù)計算的主要目的是計算電機定、轉(zhuǎn)子的電阻及漏抗。電阻、電抗是電機的重要參數(shù)。電阻的大小不僅影響電機的經(jīng)濟性 ，而且與電機的運行性能有極密切的關(guān)系。轉(zhuǎn)子電阻的大小對其轉(zhuǎn)矩特性影響特別突出。因此正確選定及計算這些參數(shù)是非常重要的。 3 電磁計算 額定數(shù)據(jù)及主要尺寸 (1) 輸出功率 kW4Ν =P (2) 額定電壓 V380ΝφΝ ==UU (3) 功電流 104 3φNNKW === mUPI (4) 效率 =η （按照技術(shù)條件規(guī)定 ） (5) 功率因數(shù) =φ （按照技術(shù)條件規(guī)定） (6) 極對數(shù) 1=p (7) 頻率 Hz50=f (8) 定、轉(zhuǎn)子槽數(shù) 定子槽數(shù) 301=Z ，轉(zhuǎn)子槽數(shù) 262=Z 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 (9) 定、轉(zhuǎn)子每極槽數(shù) 定子每極槽數(shù)： 152302 11p === pZZ 轉(zhuǎn)子每極槽數(shù)： 132262 22p === pZZ (10) 定、轉(zhuǎn)子沖片尺寸 定子外徑 =D ，定子內(nèi)徑 =D ，鐵心長度 =l ，氣隙長度= ，轉(zhuǎn)子外徑 =D ，轉(zhuǎn)子內(nèi)徑 =D 。 定、轉(zhuǎn)子槽形尺寸詳見附錄 C 和附錄 D。 (11) 極距 1i === PD (12) 定、轉(zhuǎn)子齒 距 定子齒距： 1 1i1 === ZDt 轉(zhuǎn)子齒距： 2 22 === ZDt (13) 繞組節(jié)距 15==τy （以槽數(shù)表示） (14) 每相串聯(lián)導體數(shù) 48013 30481 11s1φ === ma ZNN 其中，每槽導體數(shù) 2=1sN 每圈匝數(shù) =213=26；并聯(lián)支路數(shù) 1a =1。 (15) 繞組線規(guī) 按類比法選取線規(guī)， 本文中選取的線規(guī)為 1 (16) 槽滿率 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 槽有效面積： 6 6 2e s i ( 8 .6 8 2 5 8 .4 8 0 9 ) 1 0 7 .8 3 4 4 1 0 m mA A A = = ? ? 其中，槽面積 sA 和槽絕緣面積 iA 計算詳見附錄 B。 槽滿率： 2 32t 1 s 1f 6ef 4 2 6 ( 1 . 2 3 1 0 )1 0 0 % 1 0 0 % 7 9 . 6 2 %2 0 0 . 9 1 0N N dS A創(chuàng) ?= ? ?180。（符合要求） 其中，導體并饒根數(shù) t1 4N= ；導體絕緣后外徑 ( ) / 2 m md = + + =。 (17) 繞組系數(shù) dp 1 d 1 p 1 56 7 1 56 7K K K= = ? 其中，短距系數(shù) p1K 和分布系數(shù) d1K 計算詳見附錄 B。 (18) 每相有效串聯(lián)導體數(shù) Φ 1 dp 1 480 477NK =? 磁路計 算 (1) 計算滿載電勢 初設(shè) EL(1 ) eⅱ = =，則 1 L N(1 ) 0 .9 2 3 8 0 = 3 4 9 .6 VEU f162。= = ?e (2) 計算每極磁通 初設(shè) s 162。= ，由文獻 [3]中表 35 查得 Nm = ，則 1N m d p 1 13 4 9 . 6 0 . 0 0 7 0 W b4 4 1 . 0 9 5 0 . 9 5 6 7 5 0 2 4 0EF K K fN= = =創(chuàng)創(chuàng) (3) 波幅系數(shù) 由初設(shè)飽和系數(shù)查得對應(yīng)的極弧系數(shù) p 162。= ，則 S p11 7F a= = =162。 (4) 定子齒磁密 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 i 1 S 6t1 0 .0 0 7 01 .4 9 1 .4 6 4 6 T7 1 0 0 1 0FBF A = ? ? 180。 (5) 轉(zhuǎn)子齒磁密 i 2 S 6t 2 1 0 . 0 0 7 01 . 4 9 1 . 4 3 9 7 T7 2 0 0 1 0FBF A = ? ? 180。 (6) 定子軛磁密 1 61 0 . 0 0 7 00 . 5 1 . 4 3 8 1 T2 2 4 0 0 1 0f fFB A = = ? 180。 (7) 轉(zhuǎn)子軛磁密 2 62 0 . 0 0 7 00 . 5 1 . 4 5 9 5 T2 2 4 0 0 1 0f fFB A = = ? 180。 (8) 空氣隙磁密 S 60 .0 0 7 01 .4 9 0 .6 3 6 6 T1 6 3 0 1 0FBF Ad d= ? ? 180。 其中，齒部和軛部截面積 t1A 、 t21A 、 t2A 、 j1A 、 j2A 和 A? 計算詳見附錄 B。 (9) 各部分磁路所需單位安匝數(shù) 根據(jù)計算出的各部分磁密，按照文獻 [5]中附錄五的熱軋硅鋼片 DR510 牌號磁化曲線表查出各部分磁密對應(yīng)的磁場強度，然后繼續(xù)計算。結(jié)果為： t1 A / cmH = ，t 21 A/ cmH = ， t 22 A / cmH = ， j1 A/ cmH = ， j2 A / cmH = 。 (10) 有效空氣隙長度 3e f 1 2 1. 26 90 0. 54 31 5 1 0. 67 78 2 10 mKKdd dd== 創(chuàng) =? 其中，定、轉(zhuǎn)子卡氏系數(shù) 1K? 、 K?? 計算詳見附錄 B。 (11) 定、轉(zhuǎn)子齒部磁壓降 定子齒部磁壓降： 23i1 i1 i1 22 .0 01 10 12 10 29 .4 09 AF H L 162。=? 創(chuàng) ? 轉(zhuǎn)子齒部磁壓降： 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 23i2 i2 i2 3. 98 9 10 14 10 29 .8 48 AF H L 162。=? 創(chuàng) ? 23i20 i20 i20 26 .6 70 10 15 .2 10 31 .3 6 AF H L 162。=? 創(chuàng) ?