【正文】 1Cl = mm 39。1Th = 39。 表 41三相異步電動機(jī) Y2504 55KW手算步驟與結(jié)果 一、 額定數(shù)據(jù)及主要尺寸 1．輸出功率 2P 2P =55kw 2P =55kw 2．外施相電壓 1U 1U =380v 1U =380v 3．功電流 KWI 1132 10UmPI KW ???= 355 103 380?? = KWI = 4．效率 ?? ?? = ?? = 5．功率因數(shù) ??cos ??cos = ??cos = 6．極數(shù) p p =4 p =4 7．定子槽數(shù) 1Q 1Q =48 1Q =48 轉(zhuǎn)子槽數(shù) 2Q 2Q =44 2Q =44 8．定子每極槽數(shù) pP 11 ?=484 =12 1PQ =12 轉(zhuǎn)子每極槽數(shù) pP 22 ?=444 =11 2PQ =11 9．定、轉(zhuǎn)子沖片尺寸見附錄 I圖 10．極距 P? pDiP 1????= 2604?? = （ ? =） P? = mm 南昌大學(xué)共青學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 14 11．定子齒距 1t 111 QDt i??? = 26048?? = 1t = mm 12．轉(zhuǎn)子齒距 2t 222 QDt ??? = ?? = 2t = mm 13．節(jié)距 y y =11 y =11 14．轉(zhuǎn)子斜槽寬 SKb SKb = SKb = mm 15．每槽導(dǎo)體數(shù) 1Z 1Z =36 1Z =36 16．每相串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)1?Z 式中： 11111 am ZQZ ???? =483634?? =144 1a =4 1?Z =144 17．繞組線規(guī)（估算） 式中： 導(dǎo)線并繞根數(shù)通過手算鞏固所學(xué)的電機(jī)學(xué)與電機(jī)設(shè)計的理論知識，熟悉電機(jī)設(shè)計的整個過程， 對各個參數(shù)對消耗硅鋼片、銅、鋁等材料量與電機(jī)性能的影響有了更深的理解。給定數(shù)據(jù)：輸出額定功率 PN=55KW,額定電壓 UN=380V（ ? 接法），額定頻率為 50HZ，極數(shù)是 4，相數(shù) m1=3， B 級絕緣，外殼的防護(hù)等級為 IP44，冷卻方式為 IC0141。因此，要綜合考慮，在各項性能指標(biāo)達(dá)到要求后盡量去提高其中某些性能。 看了以上的介紹，就會發(fā)現(xiàn)當(dāng)采取措施改善某個性能時，常會使其他一些性能變差。導(dǎo)致最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)太小的緣故也是因為漏電抗太大或轉(zhuǎn)子電流太小。而當(dāng)轉(zhuǎn)子電流太小時，則可以通過改變轉(zhuǎn)子槽型使槽增加擠流效應(yīng)和適當(dāng)縮小槽面積和端環(huán)面積來增大電流從而增大起動轉(zhuǎn)矩。通常起動轉(zhuǎn)矩太小是因為漏電抗太大或轉(zhuǎn)子電流太小。 4．起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù) Tst 2 ( ) (1 )stst NstRTSZ???? SN是對應(yīng)于額定轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)差率。 3．起動電流倍數(shù) ist 南昌大學(xué)共青學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 12 22()1 ,s t K Ws t s t s t s t s tstIIi I Z R XIZ ?? ? ??? ? ? ? 歸根結(jié)底，漏抗過小導(dǎo)致起動電流過大。當(dāng)磁化電流大：可以通過； ； ； 槽型尺寸，使定、轉(zhuǎn)子齒、軛部磁密分布合理四種方法來降低磁化電流。 3）鐵耗大：降低定子鐵心磁密， ，改變定子槽型適當(dāng)?shù)亟档投ㄗ哟琶埽苟?、轉(zhuǎn)子齒、軛部磁密和損耗分配合理； ，降低旋轉(zhuǎn)鐵耗； 、轉(zhuǎn)子槽口寬度以及采用閉口槽和磁性槽鍥； 匝數(shù)實現(xiàn)。 1）定子銅損耗大：降低定子繞組電阻，可采取的措施： ，減少每相導(dǎo)體數(shù)； ； 。 針對本次設(shè)計，由于風(fēng)摩損耗和雜散損耗基本上不容變動，所以，通常導(dǎo)致效率低的原因有定子銅損耗大、轉(zhuǎn)子鋁損耗大、鐵損耗大。因此，設(shè)計人員必須全面、綜合地看問題。例如，當(dāng)采取措施改善某個性能時，常會使其他一些性能變差，因此必須全面照顧。 南昌大學(xué)共青學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 11 一個好的設(shè)計方案應(yīng)該達(dá)到節(jié)省材料的目標(biāo)，即將定子用銅量、轉(zhuǎn)子用鋁量、硅鋼片用量盡量降到最小，另外，電機(jī)性能良好，即效率和功率因數(shù)應(yīng)該盡可能大、起動電流盡可能小、起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)和最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)盡量大。 由于本次設(shè)計主要針對電磁設(shè)計，故只對電磁設(shè)計部分作重點介紹。通常，首先根據(jù)技術(shù)條件或技術(shù)任務(wù)書（技術(shù)建議書）中規(guī)定的防護(hù)型式、安裝方式與冷卻方式，再考慮電磁計算中所選負(fù)荷的高低，來選取合適的通風(fēng)冷卻系統(tǒng)；然后安排產(chǎn)品的總體結(jié)構(gòu)，繪制總裝配草圖。 （二）電磁設(shè)計 根據(jù)技術(shù)條件或技術(shù)任務(wù)書的規(guī)定，參照生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，通過計算和方案比較，來確定與所設(shè)計電機(jī)電磁 性能有關(guān)的尺寸和數(shù)據(jù)，選定有關(guān)材料，并核算其電磁性能。 總的電機(jī)設(shè)計分三個階段：準(zhǔn)備階段、電磁設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計。電機(jī)設(shè)計時通常給定數(shù)據(jù)：額定功率、額定電壓、相數(shù)及相間連接方式、額定頻率、額定轉(zhuǎn)速或同步轉(zhuǎn)速、額定功率因數(shù)。 電機(jī)設(shè)計的任務(wù)可歸納為四要點： 滿足用戶提出的產(chǎn)品規(guī)格（如功率、電壓、轉(zhuǎn)速等）和技術(shù)要求（如效率、參數(shù)、溫升限度、機(jī)械可靠性等）； 貫徹國家的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，結(jié)合生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性； 運(yùn)用有關(guān)的理論和計算方法 ； 正確處理設(shè)計時遇到的各種矛盾。當(dāng)負(fù)載增大時，定子電流中的有功電流增加，使功率因數(shù)提高，額定負(fù)載時最高，如負(fù)載再增大，功率因數(shù)又反而減少。電動機(jī)運(yùn)行是必須吸取滯后無功功率，其功率因素總小于 1。但當(dāng)負(fù)載繼續(xù)增大時，效率反而降低。 三相異步電動機(jī)的工作特性 三相異步電動機(jī)的工作特性是指在電動機(jī)的定子側(cè)加額定電壓，電壓的頻率 又為額定值時，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速、定子電流、功率因數(shù)、電磁轉(zhuǎn)矩、效率等與輸出功率的關(guān)系。 南昌大學(xué)共青學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 9 （ c）電磁制動狀態(tài)（ s1）：轉(zhuǎn)子逆著磁場方向旋轉(zhuǎn)（ n0），電機(jī)既從電網(wǎng)吸收電功率又從軸上吸收機(jī)械功率，消耗在電機(jī)內(nèi)部。 （ b）發(fā)電機(jī)狀態(tài)（ s0）：原動機(jī)械動轉(zhuǎn)子以 n（ nn1）轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子 導(dǎo)體相對磁場運(yùn)動切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，進(jìn)而產(chǎn)生電流。具體如下： （ a）電動機(jī)狀態(tài)（ 0s1）：輔助電動機(jī)起動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近同步 n1時，其異性磁極就被旋轉(zhuǎn)磁場拉住，持續(xù)以轉(zhuǎn)速 n（ nn1）旋轉(zhuǎn)。當(dāng)負(fù)載變化時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差率 s 也隨之變化，通常異步電動機(jī)額定負(fù)載時的轉(zhuǎn)差率 2%~6%左右。 轉(zhuǎn)差率（ s）：同步轉(zhuǎn)速 n1和電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n 之差與同步轉(zhuǎn)速 n1的比值。如不考慮轉(zhuǎn)子繞組電感，那么電流的方向與電動勢的方向相同。轉(zhuǎn)子上半部導(dǎo)體中的電動勢方向都 是進(jìn)入紙面，下半部導(dǎo)體中的電動勢方向都是穿出紙面。轉(zhuǎn)子導(dǎo)體嵌放在轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)，兩端被導(dǎo)電環(huán)短接。 其他類型異步電動機(jī)可參閱產(chǎn)品目錄。 JD2 和 JD02 系列是從 J JQ02 系列派生出來的，為防護(hù)式和封閉式多速籠型異步電動機(jī)，主要用于機(jī)床和起重設(shè)備中需多種速度的傳動裝置。 JQ2 和 JQ02 系列是高起動轉(zhuǎn)矩異步電動機(jī)，用于起動靜止負(fù)載或慣性負(fù)載較大的機(jī)械上。 南昌大學(xué)共青學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 8 J J02 和 J02L 系列為小型鼠籠式三相異步電動機(jī)。用于金屬切削機(jī)床、通用機(jī)械、礦山機(jī)械和農(nóng)業(yè)機(jī)械等，也可用于拖動靜止負(fù)載或慣性負(fù)載較大的機(jī)械，如壓縮機(jī)、 傳送帶、錘擊機(jī)、粉碎機(jī)、小型起重機(jī)和運(yùn)輸機(jī)械等。接線時必須注意電動機(jī)電壓、電流、聯(lián)結(jié)三者之間的關(guān)系。斷續(xù)周期工作制（ S3）的電動機(jī)在銘牌規(guī)定的額定 值下只能周期性使用，斷續(xù)運(yùn)行常以負(fù)載持續(xù)率百分?jǐn)?shù)表示，標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載持續(xù)率分為四種： 15%、 25%、40%、 60%，每周期為 10min。連續(xù)工作制（ S1）的電動機(jī)在銘牌規(guī)定的額定負(fù)數(shù)范圍內(nèi)允許長期連續(xù)使用。 表 21 絕緣材料的耐熱等級 耐熱等級 Y A E B F H C 最高工作溫度（ ℃ ） 90 105 120 130 155 180 180 （ 10）標(biāo)準(zhǔn)符號 至電動機(jī)產(chǎn)品按這個標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，技術(shù)數(shù)據(jù)能表達(dá)到這個標(biāo)準(zhǔn)的要求。允許溫升的高低取決于電動機(jī)使用的絕緣材料。 （ 8）額定效率 指電動機(jī)在額定運(yùn)行時的效率。 （ 6）額定轉(zhuǎn)速 指電動機(jī)在額定頻率、額定電壓下，且軸端輸出的額定功率時，轉(zhuǎn)子每分鐘的轉(zhuǎn)速，單位為轉(zhuǎn) /分 (r/min)。如果銘牌上標(biāo)有兩個電流數(shù)據(jù)，表示的定子繞組在兩種不同聯(lián)結(jié)時的輸入電流。如果銘牌上標(biāo)有兩個電壓數(shù)據(jù)，如 220V/380V，表示電動機(jī)定子繞 組在兩種 不同聯(lián)結(jié)時的線電壓。 （ 2）額定功率 指電動車在額定運(yùn)行時，軸端輸出的機(jī)械功率，單位為瓦（ W）或千瓦（ KW）。 三相異步電動機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)與 主要系列 每臺電動機(jī)的外殼上都應(yīng)有一塊銘牌，銘牌上標(biāo)出這臺電動機(jī)額定值及其他必要事項。從減少附加損耗并減少高次諧波磁通勢產(chǎn)生的磁通來看，氣隙稍大一點也有其有利的一面。為了提高功率因素，氣隙應(yīng)盡可能的小。由于氣隙是電機(jī)磁路的一部分，氣隙的大小對異步電動機(jī)的運(yùn)行性能有很大影響。 （ 3）轉(zhuǎn)軸 轉(zhuǎn)軸一般用中碳鋼制成，轉(zhuǎn)子鐵心套在轉(zhuǎn)軸上或通過壓圈套在軸上，它支持著轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)腔均勻地旋轉(zhuǎn)，并傳導(dǎo)三相電動機(jī)所輸出的轉(zhuǎn)矩。繞線轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組一樣，也是由對稱三相繞組構(gòu)成，一般接成星形聯(lián)結(jié)，三根引出線分別接到與轉(zhuǎn)軸絕緣的三個滑環(huán)（又稱集電環(huán)）上 ，通過電刷裝置可與外電組或其他控制器相連接，以改善電動機(jī)的啟動性能和調(diào)速性能。 （ 2）轉(zhuǎn)子繞組 轉(zhuǎn)子繞組分為籠型和繞線型兩種結(jié)構(gòu)。 （ 1）轉(zhuǎn)子鐵心 轉(zhuǎn)子鐵心是用 0,5mm 厚的硅鋼片疊成的圓柱體，另一種是繞線轉(zhuǎn)子。有的機(jī)座的端蓋與外軸承蓋鑄成一體，具有裝配方便、節(jié)省工時等優(yōu)點。大、中型箱式電動機(jī)機(jī)座由鋼板焊接而成。 （ 3）外殼 外殼包括 機(jī)座、端蓋、軸承蓋、接線盒及吊環(huán)等部件。雙層繞組的優(yōu)點是可以靈活選擇節(jié)距以改善電動勢和磁通式波形，因此容量大的異步電動機(jī)都采用雙層短距疊繞組或波繞組。定子繞組在槽內(nèi)的布置分為單層繞組和雙層繞組兩種基本形式。 （ 2）定子繞組 三相異步電動機(jī)的定子繞組由對稱的三個繞組組成，每個繞組異步電動機(jī)的定子繞組由許多線圈接一定的規(guī)律連接而成。定子鐵心 的槽及開口三種。鐵心 沖片一般由相互絕緣的 厚的硅鋼片沖成， 常用的硅鋼片有 D2 D23 等型號。 定子 異步電動機(jī)的定子是用來產(chǎn)生磁場的，它一般由定子鐵心、定子繞組和外殼組成。 南昌大學(xué)共青學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 5 第 2 章 三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 三相異步電動機(jī)的 基本 結(jié)構(gòu) 三相異步電動機(jī)主要是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成，轉(zhuǎn)子有鼠籠型及繞線型轉(zhuǎn)子兩種。因此電機(jī)的噪聲成為考核產(chǎn)品競爭力的一個重要因素。國內(nèi)異步電機(jī)質(zhì)量和技術(shù)水平差距的其中兩個體現(xiàn)方面就可靠性差，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)落后。例如美國 70 年代研制并推廣到歐洲和日本的高效率電動機(jī)的平均效率比普通電動 機(jī)提高了 2%到 3%，其現(xiàn)行 NEMA 高效率電動機(jī)較我國 Y 系列和 Y2 系列電機(jī)效率高 2%到 8%。普通大容量 電機(jī)效率一般為95%到 98%，小容量電機(jī)一般為 80%到 92%。電機(jī)關(guān)鍵設(shè)備旨在衡量電機(jī)性能好壞的重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之一。 異步電機(jī)的發(fā)展趨勢 近年來我國已開始研究、設(shè)計、生產(chǎn)高效率異步電機(jī)。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面，電力排灌設(shè)備、打谷機(jī)、輾米機(jī)、榨油機(jī)、飼料粉碎機(jī)等大都由異步電動機(jī)拖動。例如： 工業(yè)方面的各種加工中心、專用加工設(shè)備、數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、印刷機(jī)械、紡織機(jī)械、泵和壓縮機(jī)、新型工業(yè)縫紉機(jī)等設(shè)備的控制 。但近一、二十年來，以電力電子器件和微型計算機(jī)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的異步電動機(jī)交流調(diào)速系統(tǒng)，使異步電動機(jī)的調(diào)速性能得以改善，因此其用途更加廣泛。異步電機(jī)還便于派生成各種防護(hù)形式，以適應(yīng)不同環(huán)境條件的需要。 三相異步電動機(jī)是應(yīng)用最為廣泛的一種電動 機(jī)，它的主要分類見表 11： 南昌大學(xué)共青學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 3 表 11 三相異步電動機(jī)的分類 分類方式 類別 按轉(zhuǎn)子繞組形式 籠型、繞線型 按電機(jī)尺寸中心高H/mm（定子鐵芯外徑D1/mm） 大型 中型 小型 630 (1000) 355630 (5001000) 80315 (120500) 按防護(hù)形式 開啟式（ IP11），防護(hù)式（ IP2 IP23），封閉式（ IP44） 按通風(fēng)冷卻方式 自冷式，自扇冷式，他扇冷式，管道通風(fēng)式 按安裝結(jié)構(gòu)形式 臥式， 立式，帶底腳，帶凸緣 按絕緣等級 E 級、 B 級、 F 級、 H 級 按工作定額 連續(xù)，短時，周期性，非周期性 按用途 防爆，潛水，起重等 異步電機(jī)與直流電動機(jī)、三相同步電機(jī)不同，其轉(zhuǎn)子繞組無需與其他電源連接，因此具有結(jié)構(gòu)簡單、效率高、控制方便、性能穩(wěn)定，以及制造容易，成本低廉，易于維修等優(yōu)點。例如，中小型電動機(jī)的功率范圍是 11000KW，其中 11000KW 是小型三項電動機(jī)， 1001000KW 為中型三相電動機(jī)。按電源相數(shù)分為“單相”異步電機(jī)、“雙相”異步電機(jī)、“三相”異步電機(jī)；按電機(jī)的尺寸或額定功率分為“大型”、“中型”、“小型”和“小功率”電機(jī)；按電機(jī)的防護(hù)形式分為“開啟式”、“防護(hù)式”、“封閉式”；按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)