【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ： （ 1）當(dāng)輸出功率一定時(shí)提高電磁負(fù)荷 A 和 δB 電機(jī)的尺寸和體積將減小，可節(jié)省有效材料，但其需要較好的冷卻條件和絕緣材料。 （ 2）選取較高的 A，繞組用銅（鋁）量將增加。由于電機(jī)的尺寸減小了，若 δB 不變，每極磁通將減 小，為得到一定的感應(yīng)電勢(shì)，繞組匝數(shù)必將增多。 （ 3）選擇較高的 A 或?qū)w電流密度 J，繞組電阻將增加，使繞組溫升升高。 （ 4）選擇較高的 δB ，電機(jī)基本鐵耗增加。由于電樞鐵心中的磁密與 δB 有一定比例關(guān)系，而鐵的比損耗（單位重量鐵心中的損耗）與鐵磁材料內(nèi)磁密的平方成正比關(guān)系，故隨著 δB 的提高，比損耗的增加速度 比鐵心重量減少的速度更快。因此導(dǎo)致電樞鐵耗增加、效率降低及在冷卻條件不變時(shí)溫度將升高。 （ 5） A 和 δB 應(yīng)選擇恰當(dāng)?shù)谋戎?。由于?lì)磁電流標(biāo)幺值 *mI 正比于 δB /A，選取較高的 δB 或較低的 A，勵(lì)磁電流將增大，使異步電機(jī)的功率因數(shù)降低。而漏抗的標(biāo)幺值 *?X 正比 A/ δB ，故 δB 較高或 A 較低時(shí)，漏抗減小，電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流將增加。 總的來(lái)說(shuō)，電磁負(fù)荷的選擇要考慮的因素很多，很難單純從理論上來(lái)確定。通常主要參考電機(jī)工業(yè)長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并分析對(duì)比設(shè)計(jì)電機(jī)與已有電機(jī)在使用材料、結(jié)構(gòu)、技術(shù)條件和要求等方面的異同后進(jìn)行選取。隨著材料性 能提高、冷卻條件改善、電機(jī)結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)， A、 δB 的數(shù)值和電機(jī)利用系數(shù)正在逐步提高，從而在保證電機(jī)性能的同時(shí)，使其體積和重量不斷減小。 主要尺寸比 λ 的選擇 在選定 A 和 δB 后，即可初步確定電機(jī)的體積。但體積相同的電機(jī)，長(zhǎng)度可以設(shè)計(jì)的不同。為了反映電機(jī)這種幾何形狀關(guān)系，通常采用主要尺寸比 ?? /efl?這一 概念。 λ 的大小會(huì)對(duì)電機(jī)運(yùn)行性能產(chǎn)生影響 選擇 λ 值時(shí)，通常主要考慮：（ 1）參數(shù)與溫升；（ 2）節(jié)約用銅（鋁）；（ 3）轉(zhuǎn)子的機(jī)械強(qiáng)度；（ 4）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等方面的限制和要求。 中型電機(jī)的 λ 一般取 ~，本次電機(jī)設(shè)計(jì)中取 λ=2。 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 主要尺寸的確定 根據(jù)電機(jī)的計(jì)算功率 P? 和轉(zhuǎn)速 n，在充分考慮采用的材料、結(jié)構(gòu)、工藝等因素后，選擇合適的電磁負(fù)荷 A 和 ?B 值，算出 eflD2 并令它等于 V(單位為 3m )。然后選擇適當(dāng)?shù)?λ 值，便可求出 3i1 p2??VD ? (34) 最后，根據(jù)調(diào)整的1iD求出 21ief DVl ? (35) 根據(jù)計(jì)算結(jié)果按照定子內(nèi)外徑比求出定子外徑的初算值，從表中查出與其接近的標(biāo)準(zhǔn)直徑 1D ，從表 33 中查得，再根據(jù) 1D 計(jì)算i1D。表 34 中記錄了上述計(jì)算結(jié)果。 表 33 定子外徑標(biāo)準(zhǔn)值 老系列 新系列 機(jī)座號(hào) NO 中心高 mm 定子鐵心外徑 mm 中心高 mm 定子 鐵心外徑 mm 1 90 120 80 120 2 100 145 90 130 3 112 167 100 155 4 132 210 112 175 大直徑方案 5 160 245 132 210 6 180 280 160 260 290 7 225 327 180 290 327 8 250 368 200 327 368 9 280 423 225 368 400 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 續(xù)表 33 10 315 493 250 400 445 11 375 560 280 445 493 12 450 650 315 520 520 13 500 740 355 560 590 14 560 850 400 630 670 15 630 990 450 710 740 16 630 1180 500 800 850 17 630 1430 560 900 950 18 630 1730 630 990 1060 19 630 2150 710 1120 1180 20 630 2600 800 1250 21 630 3250 900 1400 22 630 4250 1000 1600 表 34 電機(jī)尺寸計(jì)算結(jié)果 λ 2p D1 Di1 τ lef 2 4 630mm 403mm 317mm 606mm 空氣隙的確定 通常氣隙 δ選取得盡可能的小，以降低空載電流，因?yàn)楦袘?yīng)電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù) ?cos 主要決定于空載電流。但是氣隙不能過(guò)小，否則除影響機(jī)械可靠性外，還會(huì)使諧波磁場(chǎng)及諧波漏抗增大，導(dǎo)致起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩減小，諧波轉(zhuǎn)矩和附加損耗增加，進(jìn)而造成較高溫升和較大噪聲。 氣隙 δ的數(shù)值基本上決定于定子內(nèi)徑、軸的直徑和軸承 間的轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度。因?yàn)闄C(jī)座、端蓋、鐵心等在加工和裝配時(shí)都有一定偏差；而軸的直徑和軸承間的距離決定了軸的撓度；定轉(zhuǎn)子裝配在一起后，定子鐵心內(nèi)圓和轉(zhuǎn)子外圓的不同心度決定了氣隙的不均勻度，其值對(duì)電機(jī)運(yùn)行性能有很大影響。 氣隙的大小要綜合上述兩個(gè)方面，并根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和所設(shè)計(jì)電機(jī)的特點(diǎn)加以確定。對(duì)于大、中型電機(jī)， 2p=2~16，可用下列經(jīng)驗(yàn)公式求出 δ（單位為 m）： 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 3i1 10291 ?????????? ?? pD? (36) 其中， i1D 單位為米。本次電機(jī)設(shè)計(jì)中所選用的氣隙大小為 δ=。 定子繞組與鐵心的設(shè)計(jì) 定子槽數(shù)的選擇 在極數(shù)、相數(shù)既定的情況下，定子的槽數(shù)決定于每極每相槽數(shù) 1q 。 1q 值得大小對(duì)電機(jī)的參數(shù)、附加損耗、溫升及絕緣材料消耗量等都有影響。當(dāng)采用較大的 1q 值時(shí)： 由于定子諧波磁場(chǎng)減小，使附加損耗降低，諧波漏抗減小。 一方面每槽導(dǎo)體數(shù)減少，使槽漏抗減??；另一方面槽數(shù)多了，槽高和槽寬的比值相應(yīng)增大，使槽漏抗增大，但這方面影響較小。 槽中線圈邊的總散熱面積增加，有利于散熱。 絕緣材料用量和加工工時(shí)增加，槽利用率降低。 因此選擇槽數(shù)時(shí)應(yīng)對(duì)各方面的因素綜合考慮。對(duì)于一般感應(yīng)電機(jī)，每極每相槽數(shù) 1q 可在 2~6 間選取，而且盡量選取整數(shù)，因分?jǐn)?shù)槽容易引起振動(dòng)和噪聲。對(duì)極數(shù)少、功率大的 電機(jī)， 1q 可取的較大一些；對(duì)于極數(shù)多的電機(jī)，則 1q 取的小些。 本次電機(jī)設(shè)計(jì)中根據(jù)上述選取條件取 1q =5 求出 1Z =60。 定子繞組型式和節(jié)距的選擇 三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)定子繞組的型式很多，常用的有單層同心式、單層鏈?zhǔn)?、單層交叉?、雙層疊繞組等。本次電機(jī)設(shè)計(jì)中采用的是雙層疊繞組。 雙層疊繞組通常用于功率較大的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。其主要優(yōu)點(diǎn)是：（ 1）可以選擇有利的節(jié)距以改善磁勢(shì)與電勢(shì)波形，使電機(jī)的電氣性能較好；（ 2）端部排列方便；（ 3）線圈尺寸相同，便于制造。缺點(diǎn)是多用了絕緣材料，嵌線也較為麻煩。 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 對(duì)雙層繞組應(yīng)從電機(jī)具有良好的電氣性能和節(jié)約導(dǎo)線材料兩方面來(lái)考慮節(jié)距的選擇。在正常三相感應(yīng)電機(jī)中，通常選 ?6/5?y 以便削弱磁勢(shì)的 5 次和 7 次諧波分量。本次電機(jī)設(shè)計(jì)也是選用的 ?6/5?y 來(lái)進(jìn)行計(jì)算的。 選定每極每相槽數(shù)和節(jié)距后，可按下列公式求出基波繞組系數(shù) dp1K 。 分布系數(shù) 2sin2sin111d ??qqK ? (37) 其中， 12Zp??? (38) ? 為用電角度表示的槽距角； 短距系數(shù) 2sin1p ???K (39) 其中， 111p qmyZy ??? (310) y 為以槽數(shù)表示的繞組節(jié)距； 基波繞組系數(shù) 1p1d1dp KKK ? (311) 每相串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)，每槽導(dǎo)體數(shù)的計(jì)算 每相串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)： 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 kW11i1 mc os I ADN ???? ? (312) 在確定電機(jī)的定子內(nèi)徑 1iD 后，從上式可以求出定子繞組的每相串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)1?N 。從式（ 33）可以看出， 1?N 的大小必然影響電機(jī)電磁負(fù)荷 A 和 ?B 的數(shù)值。當(dāng)電機(jī)的主要尺寸確定后， A ?B 的乘積就確定了，因此如果 1?N 減小， A 值就降低而 ?B 值就增大，這一般地使功率因數(shù)降低，最大轉(zhuǎn)矩、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流倍數(shù)都有所增加。因此設(shè)計(jì)時(shí)常常通過(guò)改動(dòng) 1?N 來(lái)取得若干不同設(shè)計(jì)方案進(jìn)行選優(yōu)。 如果定子繞組采用的并聯(lián)支路數(shù)為 1? ，則每槽導(dǎo)體數(shù) 1sN 為 11111s Z NmN ??? (313) 對(duì)雙層繞組， 1sN 應(yīng)取偶數(shù)，此時(shí)每個(gè)線圈匝數(shù)： 21sc NN ? 最后可算出定子繞組每相串聯(lián)匝數(shù)： 211 ?NN ? (314) 上面計(jì)算出的是初步數(shù)據(jù)，待磁路、參數(shù)、性能計(jì)算后，如必要還須進(jìn)一步調(diào)整。表 35 記錄了上述計(jì)算結(jié)果。 表 35 定子繞組參數(shù)計(jì)算結(jié)果 Kdp1 Nφ 1 N1 a1 Ns1 Nc1 320 160 1 16 8 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 電流密度的選擇及線規(guī)、并繞根數(shù)和并聯(lián)支路數(shù)的確定 電流密度 1J 的選擇對(duì)電機(jī)的性能及成本影響很大，所以必須全面考慮電機(jī)的具體情況：效率、制造成本、使用壽命、散熱條件、絕緣等級(jí)、導(dǎo)線材料等。選用較大的 1J 值，導(dǎo)體截面減小，可節(jié)省材料、降低成本，但同時(shí)卻導(dǎo)致了損耗增大、效率 降低，同時(shí)電機(jī)的溫升增高，壽命和可靠性都降低 [16]。對(duì)于中型電機(jī)， 1J 可以在 ~ ?）（ 2/mA 范圍內(nèi)選用。工廠中常用控制 A 和 1J 的乘積（稱(chēng)為熱負(fù)荷）來(lái)控制電機(jī)的溫升，所以在選擇 1J 時(shí)要注意到前面所選用的 A值。 1J 選定后，便可按下式估算導(dǎo)線截面積 11t111c JNIA ?? (315) 其中， 1I 為定子繞組額定相電流， 1tN 為導(dǎo)線并繞根數(shù)， 1? 為定子繞組并聯(lián)支路數(shù)。 當(dāng) 1I 較大時(shí)，為了避免采用截面太大的導(dǎo)線，一般常把定子每相繞組接成 1? 路并聯(lián)，以使每支路的電流減為 11/aI ，或者采用 1tN 根截面相同的導(dǎo)線并繞 (也可 以采用幾根截面差別不大的導(dǎo)線 并繞），使每根導(dǎo)線所通過(guò)的電流減為 11/ tNI ，或者既采用 1? 路并聯(lián)，又采用 1tN 根并繞。選擇時(shí)主要根據(jù)工藝條件考慮。一般來(lái)說(shuō)，小型電機(jī)的支路數(shù) 1? 應(yīng)少些，以免極間連線太多，而大、中型電機(jī)（特別是低壓的）有時(shí)為了得到合適的每槽導(dǎo)體數(shù) 1sN ，常采用較多的支路數(shù)。 雙層整數(shù)槽繞組所能使用的并聯(lián)支路數(shù)的條件為 1/2 ?p 等于整數(shù)，因此 1?最多為 p2 ；單層繞組當(dāng) 1q 為偶數(shù)時(shí)，并聯(lián)支路數(shù)最多為 p2 ，當(dāng) 1q 為奇數(shù)時(shí)，并聯(lián)支路數(shù)最多為 p 。 對(duì)于功率較大的電機(jī)，選用扁導(dǎo)線。這時(shí)應(yīng)注意：（ 1）導(dǎo)線的寬厚比 ab/ 在~ 范圍內(nèi)，并要與電機(jī)的槽口、槽寬和槽高尺寸相適應(yīng)；（ 2）每根導(dǎo)線的截面最好小于 15 2mm ，導(dǎo)線截面太大會(huì)引起較大的渦流損耗，并在制造線圈時(shí)，較難于脹形及整形。表 36 記錄了上述計(jì)算結(jié)果。 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 表 36 定子繞線線規(guī)數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果 Nt1 J1 Ac1 b1 a1 3 5A/mm2 定子沖片的設(shè)計(jì) 中型高壓（ 3000V 及以上）電機(jī)則采用開(kāi)口槽，這是因?yàn)榫€圈的主絕緣需要在下線以前包扎好并進(jìn)行浸烘處理。這種槽型的槽壁都是平行的，因此稱(chēng)平行槽。開(kāi)口槽增大了氣隙磁場(chǎng)中的磁導(dǎo)齒諧波分量，為了避免因此引起較大的空載附加損耗，可采用磁性槽楔，但此時(shí)槽漏抗將增大。 平行槽的槽型尺寸要和扁導(dǎo)線的尺寸及絕緣結(jié)構(gòu)尺寸等結(jié)合起來(lái)考慮，不須核算槽滿率。 為使齒部磁密在正常的范圍內(nèi)，定子槽寬 1sb 和齒距有下列關(guān)系 ? ? 11s ~ tb ? (316) 槽高 1sh 和槽寬 1sb 的比例也要適當(dāng)，以保證合理的槽漏抗，通常 ? ? 1s1s ~ bh ? (317) 最后要校驗(yàn)齒部最小截面處的磁密 maxtB ，其值必須不超過(guò) 。表 37 記錄了本次電機(jī)設(shè)計(jì)所選用的開(kāi)口槽的尺寸。 表 37 定子開(kāi)口槽尺寸 bs b01 hs0 hs1 hs2 α1 30176。 轉(zhuǎn)子繞組與鐵心的設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)子槽數(shù)的選擇 繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組通常是對(duì)稱(chēng)的三相繞組，線圈的節(jié)距接近或等于基波的極距，因此定子諧波磁場(chǎng)一般不會(huì)引起較大的附加轉(zhuǎn)矩，并且轉(zhuǎn)子回路中可以串接外加電阻以增加起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因而它與籠型轉(zhuǎn)子不同， 無(wú)需把沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 附加轉(zhuǎn)矩對(duì)起動(dòng)