單繞組雙速異步電機(jī)設(shè)計(jì).doc

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湖南工程學(xué)院應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 題 目： 單繞組雙速異步電機(jī)設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí)： 電氣工程 班 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 完成日期： 2012年6月 指導(dǎo)教師： 劉金澤 評(píng)閱教師： 謝衛(wèi)才 2012年6月 湖南工程學(xué)院應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 誠(chéng) 信 承 諾 書 本人慎重承諾和聲明：所撰寫的《單繞組雙速異步電機(jī)設(shè)計(jì)》是在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下自主完成，文中所有引文或引用數(shù)據(jù)、圖表均已注解說(shuō)明來(lái)源，本人愿意為由此引起的后果承擔(dān)責(zé)任。 設(shè)計(jì)(論文)的研究成果歸屬學(xué)校所有。 學(xué)生(簽名) 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 題目： 單繞組雙速異步電機(jī)設(shè)計(jì) 姓名 駱飛祥 院 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 專業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 班級(jí) 0882學(xué)號(hào) 200813010206 指導(dǎo)老師 劉 金 澤 職稱 副 教 授 教研室主任 謝 衛(wèi) 才 一、 基本任務(wù)及要求： 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：1、變極電機(jī)定子繞組方案確定。2、電磁設(shè)計(jì)及參數(shù)分析。 3、實(shí)例計(jì)算。4、熟悉和掌握電磁設(shè)計(jì)程序。 通過(guò)對(duì)電動(dòng)機(jī)定子繞組方案的確定及電磁計(jì)算，掌握反向變速電機(jī)的工作原理和設(shè)計(jì)方法 熟悉電磁設(shè)計(jì)程序。 二、 進(jìn)度安排及完成時(shí)間 1、第一周：布置畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)，查閱收集相關(guān)設(shè)計(jì)資料 2、第二周至第三周：撰寫開(kāi)題報(bào)告和文獻(xiàn)綜述 3、第四周至第六周：畢業(yè)實(shí)習(xí)，撰寫實(shí)習(xí)報(bào)告 4、第七周至第八周：撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，完成設(shè)計(jì) 5、第九周至第十二周：畢業(yè)設(shè)計(jì)中期檢查 6、第十三周至第十四周：整體完善、修改畢業(yè)設(shè)計(jì) 7、第十五周：進(jìn)一步完善、修改畢業(yè)設(shè)計(jì)，修正畢業(yè)設(shè)計(jì)格式 8、第十六周：指導(dǎo)老師批閱，電子文檔上傳ftp 9、第十七周：打印、裝訂成冊(cè)，畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯  目 錄 摘要 Ⅰ Abstract Ⅱ 第 1 章 緒 論 1 1 .1 單繞組多速電動(dòng)機(jī)的概況 1 1 .2 異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速研究的發(fā)展 1 1 .3 單繞組調(diào)速電機(jī)的應(yīng)用前景 4 第 2 章 變極原理和方法 5 2 .1 變極調(diào)速原理 5 2 .2 反向變極法的原理和繞組排列 5 2 .2.1 反向變極原理 5 2 .3 反向變極法的繞組接線方法 8 第 3 章 設(shè)計(jì)特點(diǎn) 10 3 .1 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和尺寸的選擇 10 3 .1.1 定子內(nèi)徑選擇 10 3 .1.2 定子槽數(shù)的選擇 10 3 .1.3 定子節(jié)距的選擇 10 3 .1.4 轉(zhuǎn)子槽形選擇和尺寸 10 3 .1.5 轉(zhuǎn)子槽數(shù)的選擇 12 3 .1.6 定轉(zhuǎn)子槽配合問(wèn)題 12 3 .2 技術(shù)參數(shù) 12 3 .3 轉(zhuǎn)矩特性和功率特性 15 第 4 章 電磁設(shè)計(jì) 17 4.1 四極電機(jī)電磁設(shè)計(jì) 17 4.1.1 額定數(shù)據(jù)和主要尺寸 17 4.1.3參數(shù)計(jì)算 24 4.1.4 工作性能 29 4.2 二極電機(jī)電磁設(shè)計(jì) 34 4.2.1 額定數(shù)據(jù)和主要尺寸 35 4.2.2磁路計(jì)算 38 4.2.3參數(shù)計(jì)算 41 4.2.4 工作性能 47 4.2.5起動(dòng)性能 49 4.3 2/4極性能比較 52 第 5 章 雙速異步電動(dòng)機(jī)的控制 53 5.1 對(duì)控制線路的基本要求 53 5.2 控制原理圖 53 結(jié)束語(yǔ) 55 參考文獻(xiàn) 56 致謝 57 附錄A 轉(zhuǎn)子沖片圖 58 附錄B 定子沖片圖 59 附錄C 四級(jí)電機(jī)定子繞組展開(kāi)圖 60 附錄D 二級(jí)電機(jī)定子繞組展開(kāi)圖 61 單繞組雙速異步電動(dòng)機(jī) 摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，雙速電機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。然而現(xiàn)階段對(duì)異步電機(jī)進(jìn)行調(diào)速有多種方法，在定子繞組上采取措施的有：改變繞組極對(duì)數(shù)（變極）；改變電源頻率（變頻）；改變電源電壓（變壓）等。這些方法都各有優(yōu)缺點(diǎn)，其中變極調(diào)速技術(shù)是一種最常用的方法。這種方法 雖然是有極調(diào)速，但具有簡(jiǎn)單、可靠及高效等優(yōu)點(diǎn)，在對(duì)調(diào)速要求不高的許多生產(chǎn)機(jī)械中有著廣泛的應(yīng)用。 本設(shè)計(jì)主要介紹了單繞組雙速異步電動(dòng)機(jī)的變極原理、繞組排列、繞組接法、電磁設(shè)計(jì)以及雙速電動(dòng)機(jī)的控制方法。 關(guān)鍵字：變極調(diào)速；反向法；雙速電動(dòng)機(jī)。 Single winding double speed asynchronous motor Abstract: With Chinas rapid economic growth, more and more extensive application of double speed motor.However for asynchronous motor speed at a variety of methods in the stator winding, the measures are: Changing winding extremely logarithm; Change power frequency ; Change the power supply voltage , etc. These methods has its advantages and disadvantages, among them the change pole speed control technology is one of the most commonly used methods. This method although there is extremely control, but it is simple, reliable and efficient advantages in speed, not high demand in many production machinery in a wide range of applications. This design is mainlyintroduced the single winding doublespeed asynchronous motor variable extremely principle, windingarray, windingsmethod, electromagnetic design and the control method of a two-speed motor through examples. Key word:The change pole speed; Reverse law; double speed motor 第 1 章 緒 論 1 .1 單繞組多速電動(dòng)機(jī)的概況 單繞組多速異步電動(dòng)機(jī)是一種只有一套定子繞組，通過(guò)外部接線變換獲得多種轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)。它屬與有級(jí)調(diào)速設(shè)備，具有間單、可靠、高效及易于繞制的優(yōu)點(diǎn)，在許多工業(yè)領(lǐng)域的變速拖動(dòng)中有著廣泛應(yīng)用。 YD 系列變極多速三相異步電動(dòng)機(jī)是Y（IP44）三相異步電動(dòng)機(jī)的派生產(chǎn)品是現(xiàn)代 JDO2 系列變極多速三相異步電動(dòng)機(jī)的更新?lián)Q代產(chǎn)品。全系列11個(gè)機(jī)座號(hào)，9種速比，共103個(gè)規(guī)格。目前已鑒定定型批量生產(chǎn)的機(jī)座號(hào)為80―180七個(gè)機(jī)座號(hào)，共65個(gè)規(guī)格。 YD系列電動(dòng)機(jī)的安裝尺寸及外型尺寸、絕緣等級(jí)、防護(hù)等級(jí)、冷卻方法、結(jié)構(gòu)及安裝型式、使用條件、額定電壓、額定功率等均與Y系列（IP44）電動(dòng)機(jī)相同。機(jī)座號(hào)與速比、功率的關(guān)系以及力能指標(biāo)均與國(guó)際同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平相近。 變極多速三相異步電動(dòng)機(jī)由于具有可隨負(fù)載性質(zhì)的要求而分級(jí)地變化轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到功率的合理匹配和間化變速系統(tǒng)的特點(diǎn)。電動(dòng)機(jī)用于各式萬(wàn)能、組合、專用切削機(jī)床以及礦山冶金、紡織、印染、化工、農(nóng)機(jī)等部門需要調(diào)速的各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 1 .2 異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速研究的發(fā)展 交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的研究始于20世紀(jì) 60 年代，已經(jīng)取得了許多可喜的成果。近年來(lái)，電力電子技術(shù)、大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，為交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了有利條件 ,使交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速和控制提高到了一個(gè)新的水平。國(guó)內(nèi)外都十分重視開(kāi)發(fā)研究交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速技術(shù)，目前在發(fā)達(dá)國(guó)家中，很多直流調(diào)速已經(jīng)被交流調(diào)速所取代，從而避免了直流電動(dòng)機(jī)換向困難、維修不便等缺點(diǎn)。世界上有60％左右的發(fā)電量是通過(guò)電動(dòng)機(jī)消耗的。 中國(guó)各類電動(dòng)機(jī)的裝機(jī)容量已超過(guò)4億 kW，其中異步電動(dòng)機(jī)約占90%，中小型電動(dòng)機(jī)約占80%，拖動(dòng)風(fēng)機(jī)水泵及壓縮機(jī)類機(jī)械的電動(dòng)機(jī)約1.3億 kW。目前，中小型電動(dòng)機(jī)已超過(guò)152個(gè)系列，842個(gè)品種，4000多個(gè)規(guī)格。近十多年來(lái)，機(jī)械工業(yè)等有關(guān)部門大力抓電動(dòng)機(jī)的節(jié)電工作，組織領(lǐng)導(dǎo)了有關(guān)研究所及企業(yè)，先后設(shè)計(jì)制成多種節(jié)能電動(dòng)機(jī)，并明令頒布淘汰63種高耗能電動(dòng)機(jī)和推廣24種節(jié)能電動(dòng)機(jī)，取得了一定的成效。這些節(jié)能產(chǎn)品主要分成兩大類：一類是提高電動(dòng)機(jī)效率的高效電動(dòng)機(jī)，另一類是調(diào)速電動(dòng)機(jī)。高效電動(dòng)機(jī)的代表產(chǎn)品有： (1) Y(IP44)系列異步電動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī)容量從0.55～200kW，B級(jí)絕緣，防護(hù)等級(jí)IP44，達(dá)到國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品達(dá)到20世紀(jì)70年代末國(guó)際水平，全系列加權(quán)平均效率比JO2系列提高0.43%，年產(chǎn)量約2000萬(wàn)kW。 (2) Yx系列高效電動(dòng)機(jī) 該類電機(jī)由上海電器科學(xué)研究所組織電機(jī)行業(yè)研制成功，容量1.5～90kW，有2，4，6等3種極數(shù)。全系列電動(dòng)機(jī)效率平均比Y(IP44)系列高3%左右，接近國(guó)際先進(jìn)水平。適用于單方向運(yùn)行，年工作時(shí)間在3000h 以上。負(fù)載率大于50%的場(chǎng)合，節(jié)電效果顯著。該系列電動(dòng)機(jī)產(chǎn)量不高，年產(chǎn)量約1萬(wàn)kW。 調(diào)速電動(dòng)機(jī)的代表產(chǎn)品根據(jù)其調(diào)速方式可以劃分為： (1) 變極調(diào)速電機(jī) 主要產(chǎn)品有在國(guó)內(nèi)已批量生產(chǎn)YD(90.45～160kW)，YDT(0.17～160kW)，YDB(0.35～82kW)，YD(0.2～24kW)，YDFW(630～4000kW)等8個(gè)系列產(chǎn)品，達(dá)到國(guó)際平均應(yīng)用水平。 (2) 電磁滑差調(diào)速電機(jī) 國(guó)內(nèi)已批量生產(chǎn)YCT(0.55～90kW)，YCT2(15～250kW)，YCTD(0.55～90kW)，YCTE(5.5～630kW)，YCTJ(0.55～15kW)等8個(gè)系列產(chǎn)品，達(dá)到國(guó)際平均應(yīng)用水平，其中 YCTE系列的技術(shù)水平最高，最有發(fā)展前途。 (3) 變頻調(diào)速電機(jī) 主要用于風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)等負(fù)載變化較大場(chǎng)合和精密機(jī)械等需要過(guò)程控制的場(chǎng)合。 高效電機(jī)以Y系列交流異步電動(dòng)機(jī)替代JO2型電機(jī)基本不受機(jī)型限制，因此，所有應(yīng)用交流異步電動(dòng)機(jī)的場(chǎng)合都可以用Y系列電機(jī)取代JO2系列電機(jī)。Yx系列電機(jī)的市場(chǎng)潛力受到其容量的制約。原則上，90kW以下的交流異步電動(dòng)機(jī)可以Yx系列的高效電機(jī)取代。90kW以下的交流異步電動(dòng)機(jī)裝機(jī)容量約占交流異步電動(dòng)機(jī)總量的30%左右。 近十多年來(lái)，中國(guó)政府致力于推廣電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)，各行各業(yè)都在一定程度上采用了電動(dòng)機(jī)調(diào)速。據(jù)石油、電力、建材、鋼鐵、有色、煤炭、化工、造紙、紡織等部門最近對(duì)企業(yè)抽樣調(diào)查結(jié)果，石油、建材、化工行業(yè)電動(dòng)機(jī)調(diào)速應(yīng)用較好。在目前4億kW的電機(jī)負(fù)載中，約有50%是負(fù)載變動(dòng)的，其中的30%可以通過(guò)電機(jī)調(diào)速解決其負(fù)載變動(dòng)問(wèn)題。因此僅就目前的市場(chǎng)容量考慮，約有6000萬(wàn)kW的調(diào)速電機(jī)市場(chǎng)。 調(diào)速電機(jī)主要技術(shù)有： (1) 中小容量風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)用低壓變頻調(diào)速技術(shù) 中小容量( 指 280kW 以下) 的風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)通常采用低壓(380，220V)電動(dòng)機(jī)。該調(diào)速技術(shù)的調(diào)速范圍廣(100%～0%)，調(diào)速精度高( 0.5%)，節(jié)電效果好( 多數(shù)為 25%～50%)，總的性能是其它各種交流調(diào)速技術(shù)所不能比擬的。由于變頻器的價(jià)格高( 一般為1000～1200元/kW。容量很小時(shí)，單位價(jià)格還要高，其它交流調(diào)速技術(shù)需增加的投資一般為 50～200 元/kW)，因此初投資大。 (2) 中大容量風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)用高壓變頻調(diào)速技術(shù) 中大容量(280～6000kW)風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)通常采用高壓(6,10kV)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，因此，高壓變頻調(diào)速技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備是高壓變頻器。該技術(shù)適用于在工藝流程中需要調(diào)節(jié)流量的用高壓交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的風(fēng)機(jī)、水泵或壓縮機(jī)，因此適用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門，特別是電力、冶金、煤炭、建材、機(jī)械等部門。國(guó)外應(yīng)用該技術(shù)的許多實(shí)例表明，其節(jié)電率一般為 25%～40%。采用該項(xiàng)技術(shù)的購(gòu)買變 頻器等附件的費(fèi)用以及基建安裝費(fèi)用超過(guò)1300元/kW。 (3) 精密機(jī)械變頻調(diào)速傳動(dòng)技術(shù) 變頻調(diào)速應(yīng)用范圍廣( 既適用于多種容量的異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速，也適用于各種容量的同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速，并可逐步替代直流調(diào)速 ) ，安裝容易，保護(hù)完善，易實(shí) 現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程控制自動(dòng)化等。需精密調(diào)速的機(jī)械和場(chǎng)合各式各樣，采用變頻調(diào)速技術(shù)所需的初始投資和基建費(fèi)用也因?qū)ο蟛煌悾c其它各種交流調(diào)速技術(shù)相比要高很多，一般為 1000～2000元/kW。其運(yùn)行維修費(fèi)用也因?qū)ο蟛煌煌潭鹊販p少。 (4) 變極調(diào)速技術(shù) 變極調(diào)速技術(shù)是通過(guò)采用變極多速異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)速的。這種多速電動(dòng)機(jī)大都為籠型轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)，其結(jié)構(gòu)與基本系列異步電動(dòng)機(jī)相似，現(xiàn)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的有雙、三、四速等 3 類。采用該項(xiàng)技術(shù)需要增加的初始投資平均為 50 元/kW，年運(yùn)行費(fèi)用基本不變，節(jié)電率按30%計(jì)算，用戶投資回收期為三四個(gè)月。 (5) 電磁調(diào)速技術(shù) 電磁調(diào)速技術(shù)是通過(guò)電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)速的技術(shù)。電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)(又稱滑差電機(jī))由三相異步電動(dòng)機(jī)、電磁轉(zhuǎn)差離合器和測(cè)速發(fā)電機(jī)組成。三相異步電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)工作。該技術(shù)也是國(guó)內(nèi)最成熟的交流調(diào)速技術(shù)之一。適用于容量 在0.55～630kW范圍內(nèi)的風(fēng)機(jī)、水泵或壓縮機(jī)。它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，初始投資不高(比普通籠型電動(dòng)機(jī)高約220元/kW)。 (6) 液力耦合器調(diào)速技術(shù) 液力耦合器調(diào)速技術(shù)屬于機(jī)械調(diào)速范疇，它是將匹配合適的調(diào)速型液力耦合器安裝在常規(guī)的交流電動(dòng)機(jī)和負(fù)載(風(fēng)機(jī)、水泵或壓縮機(jī))之間，從電動(dòng)機(jī)輸入轉(zhuǎn)速，通過(guò)耦合器工作腔中高速循環(huán)流動(dòng)的液體，向負(fù)載傳遞力矩和輸出轉(zhuǎn)速。只要改變工作腔中液體的充滿程度即可調(diào)節(jié)輸出轉(zhuǎn)。采用該項(xiàng)技術(shù)需要增加初始投資平均為120元/kW，年運(yùn)行維修費(fèi)用基本不變，節(jié)電率平均為18%，用戶投資 回收期為6個(gè)月。 1 .3 單繞組調(diào)速電機(jī)的應(yīng)用前景 1. 高效率電機(jī) 國(guó)家已明令不再生產(chǎn)JO2系列異步電機(jī)，“九五”期間將生產(chǎn)Y系列、Yx系列及其它通用或?qū)Ｓ酶咝Ч?jié)能電動(dòng)機(jī)約1.5億kW(未包括更換現(xiàn)有JO2型用的新型電動(dòng)機(jī))。估計(jì)2000年和2010年Y和Yx系列電機(jī)的市場(chǎng)占有率將分別達(dá)到50%，90%和10%，30%左右。 2. 調(diào)速電機(jī) 目前調(diào)速電機(jī)的市場(chǎng)占有率約為20%，估計(jì)到2000年和2010年，其市場(chǎng)占有率將達(dá)到50%和85%左右。 采用上述兩類節(jié)電技術(shù)，預(yù)計(jì)到2010年年節(jié)約電力超過(guò)910億kWh。 詳見(jiàn)表1.1，二氧化碳減排量達(dá)到2890萬(wàn)t(碳)左右。 表 1.1 電機(jī)減排潛力分析 減排技術(shù)名稱 合計(jì) Yx系列電機(jī) 變極電機(jī) 電磁調(diào)速 變頻調(diào)速 電機(jī)基準(zhǔn)效率 89.0% 提高后的效率 91.0% 節(jié)電率 1.7% 10．0% 10．0% 20．0% 2000 年節(jié)電量/TWh 19.47 2．2% 1．80 5．40 0．86 2010 年節(jié)電量/TWh 91．63 0．43 9．00 22．50 13．50 2000年減排量/Mt（碳） 22．57 1．8 2．09 6．26 1．00 2010年減排量/Mt（碳） 106．18 2．08 10．43 26．07 15．64 單位減排成本/元/t（CO2） -128．96 -10．28 -139．95 -130．62 -65．31 從上表可以看出：變極調(diào)速電機(jī)是目前最經(jīng)濟(jì)有效的節(jié)能電機(jī)，這就是本課題研究的意義。  第 2 章 變極原理和方法 單繞組多速異步電動(dòng)機(jī)是一種只有一套定子繞組，通過(guò)外部接線變換獲得多種轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)。本設(shè)計(jì)主要研究單繞組雙速異步電動(dòng)機(jī)的變極原理、繞組排列、繞組接法、電磁設(shè)計(jì)以及雙速電動(dòng)機(jī)的控制方法，并通過(guò)舉例敘述了普通三相鼠籠式單速異步電機(jī)改繞成雙速異步電動(dòng)機(jī)的步驟和計(jì)算方法。 2 .1 變極調(diào)速原理 異步電動(dòng)機(jī)定子繞組通以三相電流，就能在氣隙中產(chǎn)生一個(gè)以同步轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。同步轉(zhuǎn)速n1和電源頻率f 、繞組極對(duì)數(shù)p有如下關(guān)系： 由此可以看出：當(dāng)頻率一定時(shí)，同步轉(zhuǎn)速n1與極對(duì)數(shù)p成反比。只要設(shè)法改變同步轉(zhuǎn)速n1，從而改變轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n 。P愈大，n愈??；P愈小，n愈大。 改變定子繞組極對(duì)數(shù)，一般有以下三種方法： ① 單一繞組，改變其不同的接線組合，得到不同的極對(duì)數(shù)； ② 在定子槽內(nèi)安放兩個(gè)有不同極對(duì)數(shù)的獨(dú)立繞組； ③ 在子槽內(nèi)安放兩個(gè)有不同極對(duì)數(shù)的獨(dú)立繞組，而且每個(gè)繞組又可以有不同的接線組合，得到不同的極對(duì)數(shù)。 對(duì)于工廠來(lái)說(shuō)，第一種方法最簡(jiǎn)單實(shí)用，因?yàn)樗@法簡(jiǎn)單，出線頭較少，用銅也較省。所以單速異步電機(jī)改繞多速大多采用此法。若繞組改接前后的極對(duì)數(shù)是成倍數(shù)關(guān)系，則這種調(diào)速稱為倍極比調(diào)速，例如 2/4 極、4/8 極等；否則，稱為非倍極比調(diào)速，例如 4/6 極、6/8 極等。本設(shè)計(jì)只討論 2/4 極的變極原理和方法。 2 .2 反向變極法的原理和繞組排列 單繞組多速異步電動(dòng)機(jī)的變極方法有多種：反向法、換相法和變節(jié)距法。在此我采用反向變極法來(lái)實(shí)現(xiàn)雙速異步電機(jī)的控制，它是單繞組雙速異步電動(dòng)機(jī)變極方法中最常用的一種。 2 .2.1 反向變極原理 現(xiàn)以 2/4 極來(lái)說(shuō)明反向法變極原理。圖 2.1（a）、（b）表示了由兩個(gè)元件成的一個(gè)相繞組在定子上的分布情況。兩個(gè)元件的聯(lián)接在圖2.1（a）和（b）中以不同方式畫出，每根元件邊產(chǎn)生的磁場(chǎng)以虛線表示。由圖 2.1可以清楚地看出，兩個(gè)元件如（a）、（c）那樣聯(lián)接將產(chǎn)生一對(duì)極（2 極）；兩元件接法換成圖 2.1（b）、（d）所示，就產(chǎn)生兩對(duì)極（4 極），極數(shù)增加了一倍。 圖 2.1 反向變極法的原理示意圖 【圖中（a）、（b）表示轉(zhuǎn)子上的極性，（c）、（d）表示極性正好相反】 比較圖 2.1 中的（a）、（c）和（b）、（d）可以知道，極數(shù)加倍的原因在于相線圈的一半電流反了向，所以這種變極方法叫作反向法。 2 .2.2 應(yīng)用槽矢量圖排列雙速電動(dòng)機(jī)繞組 以定子36槽2/4極單繞組雙速電動(dòng)機(jī)為例。2極時(shí)，其相鄰兩槽電角度 ，每極每相槽數(shù)，可得 24 槽2極時(shí)的槽矢量圖如圖 2.2所示。 圖 2.2 36槽 2極槽矢量圖 4 極時(shí)，根據(jù)相鄰兩槽電角度。同理可可畫出它的槽矢量圖如圖 2.3所示。按照各槽相號(hào)不變?cè)瓌t，對(duì)照 2 極相號(hào)，在 4 極槽矢量圖上標(biāo)出各槽相號(hào)。 圖 2.3 36槽 4極槽矢量圖 計(jì)算繞組系數(shù)： 節(jié)距y=10 2極時(shí)，， 分布系數(shù)為： 4極時(shí)，，每極每相槽數(shù)還是q=6 分布系數(shù)為： ， 繞組系數(shù)分布為： Kdy2 = 0.958 0.707 = 0.667 Kdy4 = 0.837 1 = 0.837 從以上此例可以看出，倍級(jí)比為 2:1 的雙速單繞組一般都是利用庶極接法獲得的，并且都是反轉(zhuǎn)向方案。2 極數(shù)為相帶繞組，兩種極數(shù)電機(jī)轉(zhuǎn)向相反。 2 .3 反向變極法的繞組接線方法 以上利用利用反向變極法獲得的雙速電動(dòng)機(jī)繞組，變極時(shí)每相線圈都有一半電流反向，這個(gè)反向可以通過(guò)適當(dāng)?shù)慕泳€變換來(lái)實(shí)現(xiàn)。 單繞組雙速電動(dòng)機(jī)用得較多的接線方法有 2Y/△和 2Y/Y 兩種，出線頭 6 根。下面以36槽2/4極雙速電動(dòng)機(jī)為例來(lái)說(shuō)明具體接線方法。 在圖 2.4 中分別用虛線和實(shí)線表示不同接法時(shí)的電流方向（為比較起見(jiàn)，Y和△接法一律用電流正方向）。表示U相得一半線圈，V、W 兩相也如此。由圖2.4可以清楚看出，不同接法時(shí)、、也反了向。其電機(jī)的繞組排列圖如圖2.5 所示。 圖 2.4 36 槽 2/4 極 2Y／△聯(lián)結(jié)繞組接線圖 圖 2.5 電機(jī)繞組聯(lián)接圖  第 3 章 設(shè)計(jì)特點(diǎn) 3 .1 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和尺寸的選擇 3 .1.1 定子內(nèi)徑選擇 在要求兩種極數(shù)下功率接近，即所謂恒功率情況，為使低速下有合理的功率因數(shù)和較大的出力，一般宜采用低速（即極數(shù)多的）情況下的定子內(nèi)徑。在要求恒轉(zhuǎn)矩設(shè)計(jì)時(shí)為保證高速下的出力宜采用相應(yīng)于高速情況下的定子內(nèi)徑，對(duì)于三速電機(jī)，一般采用中間速度的定子內(nèi)徑。 3 .1.2 定子槽數(shù)的選擇 在極數(shù)、相數(shù)即定的情況下，定子的槽數(shù)決定于每極沒(méi)相槽數(shù)q1。q1值的大小對(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q1 值時(shí)： （1）由于定子諧波磁場(chǎng)減小，使附加損耗降低，諧波漏抗減小。 （2）一方面每槽導(dǎo)體數(shù)減少，使槽漏抗減?。涣硪环矫娌蹟?shù)多了，槽高與槽寬的比值相應(yīng)增大，使槽漏抗增大，但這方面影響較小。 （3）槽中線圈邊的總散熱面積增加，有利于散熱。 （4）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，參照已有型號(hào) YD132M-2/4 極變極電機(jī)的參數(shù)，選取定子槽數(shù)為36。 3 .1.3 定子節(jié)距的選擇 定子繞組的線圈節(jié)距自然是固定不變的，但是它的電角跨距卻取決于極數(shù)。一個(gè)等于圓周 1 ／8 的線圈節(jié)距，對(duì)于 8 極接法提供了整距，對(duì)于6 極為 2／3整距，而對(duì)于 4 極接法卻只是一半極距。應(yīng)避免太窄的節(jié)距，而且對(duì)于一個(gè)2：1速比的變極繞組，可采用的方案是對(duì)大極數(shù)選用線圃節(jié)距為 1 言極距，因而對(duì)于小極數(shù)變?yōu)?2／3，而每一情況下線圈的短距系數(shù)均為0.87。節(jié)距實(shí)用上也可接近于1和1／2(短距系數(shù)為 1．O 和0.71)以便防止低速接法下漏電抗太大。 3 .1.4 轉(zhuǎn)子槽形選擇和尺寸 1. 轉(zhuǎn)子槽形 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)籠型轉(zhuǎn)子槽形種類很多，有平底槽、梨形槽，對(duì)于采用鑄鋁轉(zhuǎn)子的中小型電動(dòng)機(jī)，尤其是小功率電機(jī)，一般采用圖 3.1（a）所示平底槽形。 圖 3.1 轉(zhuǎn)子槽形 2. 轉(zhuǎn)子槽形尺寸的確定 轉(zhuǎn)子槽形尺寸對(duì)于電動(dòng)機(jī)的一系列性能參數(shù)如:起動(dòng)電流、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩、起動(dòng)過(guò)程中的轉(zhuǎn)矩（即T-s曲線的形狀）、轉(zhuǎn)差率、轉(zhuǎn)子銅耗、功率因數(shù)、 效率、溫升等都有相當(dāng)大的影響；此外，槽的各部分尺寸對(duì)這些技術(shù)參數(shù)又有程度不同、性質(zhì)不同的影響。其中起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、起動(dòng)電流、最大轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)子 槽形尺寸的關(guān)系最為密切，由于起動(dòng)電流和最大轉(zhuǎn)矩之間存在一定的比例關(guān)系，因此籠型轉(zhuǎn)子槽形尺寸的確定除與定子槽形尺寸的確定有一些相似的原則之外，還必須著重考慮起動(dòng)性能的要求。對(duì)于鑄鋁轉(zhuǎn)子，槽面積和鋁條的截面積可認(rèn)為 是相等的。為了確定導(dǎo)條截面積，需要先估算轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的電流 I2。 考慮到轉(zhuǎn)子電流 I2 和定子電流I1兩者的相位不同，并根據(jù)電流的折算，可寫出 式中： ——轉(zhuǎn)子每相串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)； —— 轉(zhuǎn)子基波繞組系數(shù)； ——考慮定轉(zhuǎn)子電流相位不同而引入的系數(shù)，與功率因數(shù)有關(guān)。因，且籠型轉(zhuǎn)子的 對(duì)于普通中小型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)鑄鋁轉(zhuǎn)子，一般取JB=2.0106～4.5106A/m2。為了保證有足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子電阻值不能太小，因此不能選取太小的 JB；但是JB太大了也不行，因?yàn)檫@將導(dǎo)致電機(jī)的轉(zhuǎn)差率增大，并且使轉(zhuǎn)子的電阻損耗大增，效率降低，發(fā)熱嚴(yán)重。槽形和槽面積初步確定后，可進(jìn)一步確定轉(zhuǎn)子槽的具體尺寸，其方法與確定定子槽形的方法相似。估算時(shí)轉(zhuǎn)子齒磁密 Bi2 和 Bj2 可參考類似電機(jī)的數(shù)據(jù)，一般 Bi2 在 1.25～1.6T 之間；小型電機(jī)一般較低，約為 1.0T，這是因?yàn)檗D(zhuǎn)子沖片 直接套在軸上，除 2 極電機(jī)和部分 4 極電機(jī)外，軛部導(dǎo)磁截面都比較富裕。槽口部分尺寸可參考相近規(guī)格的電機(jī)來(lái)決定。 3 .1.5 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)須把附加轉(zhuǎn)矩對(duì)起動(dòng)的影響作為首先和必須考慮的因素。為了減少噪音和振動(dòng)，一般應(yīng)采用整數(shù)槽繞組。為了減少附加損耗，q2 和 q1 不宜太多，很少選用 q2 =q11。當(dāng)采用 q2=（b+）分?jǐn)?shù)槽時(shí)，宜選 d=2 的分?jǐn)?shù)槽，所以選取轉(zhuǎn)子槽數(shù)為32。 3 .1.6 定轉(zhuǎn)子槽配合問(wèn)題 籠型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(jī)在選取轉(zhuǎn)子槽數(shù)時(shí)，必須與定子槽數(shù)有恰當(dāng)?shù)呐浜?，這就是所謂的槽配合。如果配合不當(dāng)，會(huì)使電機(jī)性能惡化，例如有可能導(dǎo)致附加損耗、附加轉(zhuǎn)矩、振動(dòng)與噪聲增加，從而使效率降低、溫升增高、起動(dòng)性能變壞、嚴(yán)重 時(shí)甚至無(wú)法起動(dòng)。因?yàn)檫@些原因，在選擇槽配合時(shí)必須慎重對(duì)待。通常在選擇槽 配合時(shí)主要考慮下列原則： 為了減小附加損耗，應(yīng)采用少槽近槽配合。 為了避免在起動(dòng)過(guò)程中，產(chǎn)生較強(qiáng)的同步附加轉(zhuǎn)矩、振動(dòng)和噪聲，應(yīng)避免采用下式列的槽配合: 3 .2 技術(shù)參數(shù) 1．繞組系數(shù) 與一般單速電機(jī)一樣，多速電機(jī)的繞組系數(shù)為： 其中 kq 為分布系數(shù)，ky 為短矩系數(shù)。ky 的計(jì)算與單速電機(jī)一樣，分布系數(shù) kq 的物理意義與單速電機(jī)是相同的，但對(duì)于非60 或120 相帶繞組一般應(yīng)按矢量 圖的矢量分布求得，可表示為 120 相帶繞組，計(jì)算 q1 時(shí)應(yīng)計(jì)算每對(duì)極下每相的槽數(shù)，即。 2．磁路計(jì)算 磁路計(jì)算方法與普通單速電機(jī)相同，其中 （1）（ ）的選擇：一般情況下，變極繞組的繞組系數(shù)較低，故選用（ ）值比普通單速電機(jī)為小。 （2）關(guān)于兩極軛磁密問(wèn)題：兩極軛磁密允許比普通單速電機(jī)高（但此時(shí)鐵耗比較大，效率相應(yīng)降低），以便獲得各速度下合理的氣隙磁密比和功率分配。 3．參數(shù)計(jì)算 （1）槽漏抗計(jì)算：對(duì)于非相帶繞組槽漏磁導(dǎo)中的KU和KL應(yīng)根據(jù)每相各槽上下層線圈邊相位差所對(duì)應(yīng)的KU、KL值之平均值計(jì)算，如表 3.1 所示。 表3.1、值計(jì)算 相位差 1 0.75 0.25 0 1 0.81 0.437 0.25 （2）諧波漏抗 、 相帶繞組按一般公式計(jì)算（對(duì)相帶繞組,q1須用每對(duì)極下每相的槽數(shù)）。而對(duì)于其它各種不規(guī)則分布繞組尚無(wú)統(tǒng)一公式，可按相帶計(jì)算后按經(jīng)驗(yàn)適當(dāng)放大1.2~1.5倍。 4．三相繞組的連接和磁密比的估計(jì) 前面分析過(guò)，改變繞組間相互連接可以實(shí)現(xiàn)變極的目的，這是一方面。另一方面，我們還需要通過(guò)繞組的不同連接，配合節(jié)距和匝數(shù)的選擇，調(diào)節(jié)電機(jī)在兩種極數(shù)下的磁密比，以滿足電機(jī)工作狀況對(duì)功率分配（如恒轉(zhuǎn)矩、恒功率）的要求。下面推導(dǎo)一下它們之間的關(guān)系。 由電勢(shì)的基本公式 式中 Φ ——每極磁通（麥麩），忽略磁路飽和的影響時(shí) 式中 ——極距（厘米）； ——鐵心有效長(zhǎng)度（厘米）； ——定子鐵心內(nèi)徑（厘米）； P——極數(shù)。 現(xiàn)在以通常字母代表第一種極數(shù)下的量，而以右上角帶“”符號(hào)的字母代表第二種極數(shù)下的量，則得 （3-1） 即 （3-2） 再推求與之間的近似關(guān)系，我們知道異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，其中, ,忽略與 的差別，同時(shí)近似認(rèn)為兩種極數(shù)下溫升接近的條件為 故得 （3-3） 于是，電動(dòng)機(jī)在兩種極數(shù)下的功率關(guān)系為 （3-4） 我們可以依照電機(jī)的工作狀況對(duì)兩種極數(shù)下的功率要求，由式（3-3）和（3-4）近似地確定兩種極數(shù)下的電磁轉(zhuǎn)矩比和磁密比，然后適當(dāng)選擇繞組節(jié)距，算出繞組系數(shù) 和，再由式（3-1）推求兩種極數(shù)下的連接方式為 2Y／△、2Y／Y或是其它。反之，在確定了三相繞組的連接方式后，又可回頭去推求兩種極數(shù)下的磁密比，看其是否符合電機(jī)的工作狀況。 3 .3 轉(zhuǎn)矩特性和功率特性 一只三相單速異步電動(dòng)機(jī)用變極方法經(jīng)過(guò)改繞獲得了多速，由于接線方法和繞組排列的不同，電動(dòng)機(jī)在不同極數(shù)( 即不同轉(zhuǎn)速) 時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩和輸出功率也是不同的。但是，它們之間在數(shù)量上卻大致有一定的關(guān)系，一般有恒功率、恒轉(zhuǎn)矩 和可變轉(zhuǎn)矩三種情況。恒功率是指電動(dòng)機(jī)在各種極數(shù)時(shí)的輸出功率基本接近，由于輸出功率 P（瓦）=輸出轉(zhuǎn)距 M（牛米）轉(zhuǎn)速 n （轉(zhuǎn)/ 分）／9.55 因此必然轉(zhuǎn)速高時(shí)轉(zhuǎn)矩小，轉(zhuǎn)速低時(shí)轉(zhuǎn)矩大。恒轉(zhuǎn)矩是指電動(dòng)機(jī)在各種板數(shù)時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩基本接近，所以轉(zhuǎn)速高時(shí)功串高轉(zhuǎn)速低時(shí)功率小?？勺冝D(zhuǎn)矩則是介于恒功率和恒轉(zhuǎn)矩兩者之間的一種情況。 單繞組多速電動(dòng)機(jī)的這種恒功率、恒轉(zhuǎn)矩和可變轉(zhuǎn)矩的性能特點(diǎn)具有一定的實(shí)際意義，因?yàn)楦鶕?jù)生產(chǎn)機(jī)械的特點(diǎn)，對(duì)于變速也有不同的要求，一般也可分為恒功率、恒轉(zhuǎn)矩和可變轉(zhuǎn)矩三種情況。例如車床用雙速電動(dòng)機(jī)，它往往低速時(shí)負(fù)載重要求轉(zhuǎn)矩大,高速時(shí)負(fù)載輕，轉(zhuǎn)矩可小些因此,對(duì)于這種變速要求具有恒功率 特性。又如鼓風(fēng)機(jī)或風(fēng)扇類型機(jī)械 ,它需要的轉(zhuǎn)矩隨著轉(zhuǎn)速的降低而減小，這種變速要求屬于可變轉(zhuǎn)矩。另有些機(jī)械，不論轉(zhuǎn)速如何，它的負(fù)載是不變的，這就要求變速具有恒轉(zhuǎn)矩特性。 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩有以下關(guān)系： 我們以角標(biāo)2表示多極數(shù)的量，角標(biāo)1表示少極數(shù)的量，并忽略 和的差別，則 從式我們看出：在既定的極數(shù)比和忽略不同極數(shù)時(shí)轉(zhuǎn)子功率因數(shù)的差別以及忽略低 速通風(fēng)條件較差的條件下單繞組多速電動(dòng)機(jī)的性能特點(diǎn)將取決于繞組的接法。 YD132M4/2 極電機(jī)的特性： 1. 采用 2Y/Y 接法，此時(shí) ,由于 2 極時(shí)為兩路并聯(lián)，4極時(shí)一路串聯(lián)，所以,則 由上可知，在這種情況下得到的是恒轉(zhuǎn)矩特性。起重機(jī)、運(yùn)輸帶等機(jī)械，由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩是恒定的，所以適宜于采用 2Y／Y 調(diào)速。 2. 2Y/△接法： 由此可知，在這種情況下得到的是可變轉(zhuǎn)矩特性。金屬切削機(jī)床在一般的情況下，低速時(shí)進(jìn)行粗切削，進(jìn)刀量大，需要轉(zhuǎn)矩大；高速時(shí)進(jìn)行精切削，進(jìn)刀量小，需要轉(zhuǎn)矩小，而在不同轉(zhuǎn)速時(shí)所需功率接近恒定值，因此適宜于采用 2Y／△接法調(diào)速。 根據(jù)機(jī)械負(fù)載的要求，我們可以選用恒功率或恒轉(zhuǎn)矩變極調(diào)速的電動(dòng)機(jī)。但是對(duì)于一臺(tái)已經(jīng)制好的電動(dòng)機(jī)，我們應(yīng)當(dāng)按照它的銘牌上規(guī)定的連接方法使用，不能隨便改變接法。例如，規(guī)定是 2Y／Y 接法的電動(dòng)機(jī)，如果在多極數(shù)時(shí)把Y接法改為△接法，則每相繞組的電壓將提高到 倍，感應(yīng)電勢(shì)E1及主磁通也就相應(yīng)地增大，使電機(jī)磁路過(guò)分飽和，激磁電流急劇增大，而使電動(dòng)機(jī)損壞。  第 4 章 電磁設(shè)計(jì) 4.1 四極電機(jī)電磁設(shè)計(jì) 已知數(shù)據(jù)： 1.型號(hào) YD132M-4/2 2.功率 6.5KW 3.額定電壓 380V 4.接法△/2Y 5.絕緣等級(jí) B 級(jí) 6.效率 0.84 7.功率因數(shù) 0.85 8.最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù) 2.0 9.啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù) 1.6 10.起動(dòng)電流倍數(shù) 6.0 4.1.1 額定數(shù)據(jù)和主要尺寸 1．輸出功率： 2．額定電壓： 3．功電流： 4．效率：按照技術(shù)條件規(guī)定取 5．功率因數(shù)：按照技術(shù)條件規(guī)定取 6．極對(duì)數(shù)： P=2 7. 定轉(zhuǎn)子槽數(shù)： 36/32 8．定轉(zhuǎn)子每極槽數(shù)： 9．查《中小型電機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》確定電機(jī)的主要尺寸： 再由表 10–3，按定子內(nèi)外徑比求出定子沖片外徑 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)直徑最后確定 D1=0.21m 定子內(nèi)徑： 鐵心長(zhǎng)度： 10． 氣隙的確定： 氣隙長(zhǎng)度： 鐵心有效長(zhǎng)度： 轉(zhuǎn)子外徑： 參照類似電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)徑： 11．極距 12．定子齒距: 13．轉(zhuǎn)子齒距: 14．定子繞組采用雙層疊繞式，節(jié)距 1~11，Y=10. 15．為了削弱齒諧波磁場(chǎng)的影響，轉(zhuǎn)子采用斜槽，一般斜一個(gè)定子齒距，于是轉(zhuǎn)子斜槽寬。 16. 設(shè)計(jì)定子繞組： 每相串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)： 取并聯(lián)支路數(shù),可得每槽導(dǎo)體數(shù) 雙層繞組取偶數(shù)，所以 定子繞組每個(gè)線圈匝數(shù) 每相串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)： 17. 每相串聯(lián)匝數(shù)： 18. 繞組線規(guī)設(shè)計(jì)： 附錄二，采用高強(qiáng)度漆包線，并繞根數(shù)，絕緣后 , 19. 定子槽形設(shè)計(jì)： （1）槽面積： 按附錄三，槽絕緣采用 DMDM 復(fù)合絕緣，,槽楔為 層壓板, （2）槽絕緣占面積: （3）槽有效面積: （4）槽滿率: 符合要求。 20.鐵心長(zhǎng)度: 鐵心有效長(zhǎng)度： 凈鐵心長(zhǎng)： 對(duì)于不涂漆的硅鋼片取壓裝系數(shù)： 21．繞組系數(shù)： 22．每相串聯(lián)導(dǎo)體數(shù) 4.1.2磁路計(jì)算 23．計(jì)算每極磁通： 由于采用低諧波繞組，可得 ,初設(shè)得 24．每極下齒部截面積： 參照類似電機(jī)槽型設(shè)計(jì)?。? 槽口寬b01 =3.2mm，槽口高度 h01 =0.8mm，槽寬bs1 =5.3mm，槽高h(yuǎn)s1 =18.0mm 采用梨形槽。 轉(zhuǎn)子齒寬： 截面積: 25．定子軛部高度計(jì)算： 轉(zhuǎn)子軛部高度計(jì)算： 軛部導(dǎo)磁截面積： 26．一級(jí)下空氣隙截面積： 27．波幅系數(shù)：由查得 28．氣隙磁密計(jì)算： 29．對(duì)應(yīng)于氣隙磁密最大值處的定子齒部磁密： 30．轉(zhuǎn)子齒部磁密： 31．定子軛部磁密： 32．轉(zhuǎn)子軛部磁密： 33．從附錄三的D23 磁化曲線找出對(duì)應(yīng)上述磁密的磁場(chǎng)強(qiáng)度： 從電機(jī)設(shè)計(jì)附錄五的D23 磁化曲線找出對(duì)應(yīng)于上述磁密的磁場(chǎng)強(qiáng)度： 34．齒部磁路計(jì)算長(zhǎng)度： 35．軛部磁路計(jì)算長(zhǎng)度： 36．有效氣隙長(zhǎng)度： 其中氣隙系數(shù)計(jì)算： 37．計(jì)算氣隙磁壓降： 38．齒部磁壓降： 39．飽和系數(shù)： 誤差：，合格 40．計(jì)算軛部磁壓降，并查取校正系數(shù)表: 于是 于是 41．每極磁勢(shì): 42．計(jì)算滿載磁化電流： 43．磁化電流標(biāo)幺值： 44．勵(lì)磁電抗： 4.1.3參數(shù)計(jì)算 45．線圈平均半匝長(zhǎng) 電子線圈節(jié)距： ?。? 其中節(jié)距比： 直線部分長(zhǎng)度： 其中d1是線圈直線部分伸出鐵心的長(zhǎng)度，去10~30mm。 46．雙層線圈端部軸向投影長(zhǎng)： 47．為漏抗系數(shù)： 48．按照電機(jī)設(shè)計(jì)附錄四計(jì)算定子槽比漏磁導(dǎo)。因?yàn)槭请p層繞組且短距，機(jī)設(shè)計(jì)附錄四計(jì)算定子槽比漏磁導(dǎo)。因?yàn)槭请p層繞組，短距，根據(jù), 相帶查沈陽(yáng)機(jī)電學(xué)院電機(jī)系編的《三相異步電動(dòng)機(jī)—原理，設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)》圖6—13得：節(jié)距漏抗系數(shù): 49．只在鐵心部分有槽漏抗，因而計(jì)算槽漏抗時(shí)要乘上 50．考慮到飽和的影響，定子諧波漏抗： 其中Σs =0.015 由電機(jī)設(shè)計(jì)圖4-10 以q=6, β =1.1111 查出。 51．端部漏抗： 52．可知感應(yīng)電機(jī)定子繞組漏抗為： 除以阻抗基值： 得定子漏抗標(biāo)幺值: 式中： 等于定子漏抗標(biāo)幺值： 53．轉(zhuǎn)子槽比漏磁導(dǎo)： 其中, 由西安交通大學(xué)陳世坤主編《電機(jī)設(shè)計(jì)》圖附四得到。 是由 查西安交通大學(xué)陳世坤主編《電機(jī)設(shè)計(jì)》圖附1—6 得曲線得到。 54．轉(zhuǎn)子槽漏抗標(biāo)幺值： 55．考慮到飽和影響的諧波比漏磁導(dǎo)，于是轉(zhuǎn)子諧波漏抗標(biāo)幺值： 其中，由電機(jī)設(shè)計(jì)圖4—11以查得。 56．轉(zhuǎn)子繞組端部漏抗標(biāo)幺值： 57．轉(zhuǎn)子端部漏抗： 58．轉(zhuǎn)子漏抗標(biāo)幺值： 59．總漏抗： 60．定子繞組直流電阻： 其中為B級(jí)絕緣平均工作在時(shí)銅的電阻率。 61．定子相電阻標(biāo)幺值： 62．有效材料的計(jì)算： 定子銅的銅的重量： 其中C 是考慮導(dǎo)線絕緣和引線重量的系數(shù)， 漆包圓銅線C=1.05 ；是銅的密度。 硅鋼片重量： 其中δ = 0.005m 是沖減余量；是硅鋼片的密度。 63．轉(zhuǎn)子電阻的折算值： 其中 是考慮鑄鋁轉(zhuǎn)子因疊片不整齊，造成槽面積減小，導(dǎo)條電阻增加，通常取。 64．定子電流有功分量標(biāo)么值： 65．轉(zhuǎn)子電流無(wú)功分量標(biāo)： 其中： 66．轉(zhuǎn)子電流無(wú)功分量標(biāo)： 67．滿載點(diǎn)勢(shì)標(biāo)么值： 與初設(shè)相符。 68．空載電勢(shì)系數(shù)： 69．空載時(shí)定子齒部磁密： 70．空載時(shí)轉(zhuǎn)子齒部磁密： 71．空載時(shí)定子軛部磁密： 72．空載時(shí)轉(zhuǎn)子軛部磁密： 73．空載氣隙磁密： 74．空載時(shí)定子齒部磁壓降： 75．空載時(shí)轉(zhuǎn)子齒部磁壓降: 76．空載時(shí)定子軛部磁壓降： 77．空載時(shí)轉(zhuǎn)子軛部磁壓降： 78．空載時(shí)氣隙磁壓降： 79．空載時(shí)每極磁勢(shì)： 80．空載磁化電流： 4.1.4 工作性能 81．計(jì)算定子電流標(biāo)幺值: 82．定子電流密度： 83．定子線負(fù)荷: 84．轉(zhuǎn)子電流標(biāo)幺值及導(dǎo)條電流實(shí)際值: 端環(huán)電流實(shí)際值: 85． 轉(zhuǎn)子電密: 導(dǎo)條： 端環(huán)電密： 86．定子損耗標(biāo)幺值: 87．轉(zhuǎn)子鋁損耗的標(biāo)幺值： 88．附加損耗： 89．由試驗(yàn)值二極封閉自扇冷式：機(jī)械損耗: 90．鐵耗： （1） 定子齒體積： （2） 轉(zhuǎn)子齒體積： （3）單位鐵耗根據(jù)：和查沈陽(yáng)機(jī)電學(xué)院電機(jī) 系編的《三相異步電動(dòng)機(jī)—原理，設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)》表示7—6 得： ， (4）定子齒損耗： （5）定子軛損耗： （6）總損耗： 對(duì)半閉口槽取鐵耗校正系數(shù)： 91．總損耗標(biāo)幺值: 92．輸入功率標(biāo)幺值： 93．效率： ,合格 94．功率因數(shù): ，合格 95．額定轉(zhuǎn)差率: 96．額定轉(zhuǎn)速: 97．最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù): 98．起動(dòng)性能 假設(shè)起動(dòng)電流: 99．起動(dòng)時(shí)產(chǎn)生漏磁的定轉(zhuǎn)子槽磁勢(shì)平均值： 因此產(chǎn)生的虛擬磁密: 其中 100．起動(dòng)時(shí)漏抗飽和系數(shù)Z K 由《電機(jī)手冊(cè)》圖10-18 查出: 101．漏磁路飽和引起的定子齒頂寬度的減?。? 漏磁路飽和引起的轉(zhuǎn)子齒頂寬度的減?。? 102．起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子槽比漏磁導(dǎo): 103．起動(dòng)時(shí)定子槽漏抗： 104．定子諧波漏抗起動(dòng)時(shí)值: 105．起動(dòng)時(shí)定子漏抗： 106．考慮集膚效應(yīng)的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條相對(duì)高度： 鋁（鑄鋁轉(zhuǎn)子） ， 查《三相異步電動(dòng)機(jī)-原理。設(shè)計(jì)與試驗(yàn)》圖8—16 得： ， 107．由附錄四計(jì)算起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子槽比漏磁導(dǎo)的減?。? 于是起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子槽比漏磁導(dǎo): 108．起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子槽漏抗： 109．起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子諧波漏抗: 110．起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子斜槽漏抗： 111．起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子漏抗： 112．起動(dòng)時(shí)總漏抗： 113．起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子電阻： 114．起動(dòng)時(shí)總電阻: 115．起動(dòng)時(shí)總阻抗: 116．起動(dòng)電流： 誤差： 合格。 117．起動(dòng)電流倍數(shù): 誤差： 合格。 118．起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)： 誤差： 合格。 表4.1計(jì)算值與標(biāo)準(zhǔn)值的比較 標(biāo)準(zhǔn)值 計(jì)算值 偏差 是否合格 1.效率 0.84 0.843 +0.35% 合格 2.功率因素 0.86 0.869 +1.04% 合格 3.最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù) 2.0 2.07 +3.5% 合格 4.啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù) 1.6 1.383 -13.5% 合格 5.起動(dòng)電流倍數(shù) 6.0 5.52 -8% 合格 由此可見(jiàn)效率、功率因數(shù) 、最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù) 、啟動(dòng)電流倍數(shù) 這四個(gè)性能指標(biāo)都有裕量，而啟動(dòng)電流倍數(shù)卻低于標(biāo)準(zhǔn)值，但其值都在容差范圍之內(nèi)，因此該電機(jī)合格。 進(jìn)一步調(diào)整啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩可采用以下辦法： （1）減少?zèng)]槽導(dǎo)體數(shù)，使漏抗減少，啟動(dòng)總阻抗減少，就可以達(dá)到提高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的目的。 （2）縮小轉(zhuǎn)子槽面積，使轉(zhuǎn)子電阻增加，也可以達(dá)到提高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的目的。 （3）采用較深的槽型或凸槽型等，利用集膚效應(yīng)使啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子電阻增加。 4.2 二極電機(jī)電磁設(shè)計(jì) 已知數(shù)據(jù)： 1.型號(hào) YD132M-4/2 2.功率 8KW 3.額定電壓 380V 4.接法△/2Y 5.絕緣等級(jí) B 級(jí) 6.效率 0.80 7.功率因數(shù) 0.89 8.最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù) 2.1 9.啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù) 1.8 10.起動(dòng)電流倍數(shù) 5.5 4.2.1 額定數(shù)據(jù)和主要尺寸 1．輸出功率： 2．額定電壓： 3．功電流： 4．效率：按照技術(shù)條件規(guī)定取 5．功率因數(shù)：按照技術(shù)條件規(guī)定取 6．極對(duì)數(shù)： P=1 7. 定轉(zhuǎn)子槽數(shù)： 36/32 每極每相槽數(shù)： 8．定轉(zhuǎn)子每極槽數(shù)： 9．查《中小型電機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》確定電機(jī)的主要尺寸： 再由表 10–3，按定子內(nèi)外徑比求出定子沖片外徑 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)直徑最后確定 D1=0.21m 定子內(nèi)徑： 鐵心長(zhǎng)度： 10．氣隙的確定： 氣隙長(zhǎng)度： 鐵心有效長(zhǎng)度： 轉(zhuǎn)子外徑： 參照類似電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)徑： 11．極距 12．定子齒距: 13．轉(zhuǎn)子齒距: 14．定子繞組采用雙層疊繞式，節(jié)距 1~11，Y=10. 15．為了削弱齒諧波磁場(chǎng)的影響，轉(zhuǎn)子采用斜槽，一般斜一個(gè)定子齒距，于是轉(zhuǎn)子斜槽寬。 16. 設(shè)計(jì)定子繞組： 每相串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)： 取并聯(lián)支路數(shù),可得每槽導(dǎo)體數(shù) 取，于是定子繞組每個(gè)線圈匝數(shù) 定子繞組每個(gè)線圈匝數(shù) 每相串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)： 17. 每相串聯(lián)匝數(shù)： 18. 繞組線規(guī)設(shè)計(jì)： 附錄二，采用高強(qiáng)度漆包線，并繞根數(shù)，絕緣后直徑 截面積：, 19. 定子槽形設(shè)計(jì)： （1）槽面積： 按附錄三，槽絕緣采用 DMDM 復(fù)合絕緣，,槽楔為 層壓板。 （2）槽絕緣占面積: （3）槽有效面積: （4）槽滿率: 符合要求。 20.鐵心長(zhǎng)度: 鐵心有效長(zhǎng)度： 凈鐵心長(zhǎng)： 對(duì)于不涂漆的硅鋼片取壓裝系數(shù)： 21．繞組系數(shù)： 22．每相串聯(lián)導(dǎo)體數(shù) 4.2.2磁路計(jì)算 23．計(jì)算每極磁通： 由于采用低諧波繞組，可得 ,初設(shè)得 24．每極下齒部截面積： 參照類似電機(jī)槽型設(shè)計(jì)?。? 槽口寬b01 =3.2mm，槽口高度 h01 =0.8mm，槽寬bs1 =5.3mm，槽高h(yuǎn)s1 =18.0mm 采用梨形槽。 定子齒寬： 轉(zhuǎn)子齒寬： 截面積: 25．定子軛部高度計(jì)算： 轉(zhuǎn)子軛部高度計(jì)算： 軛部導(dǎo)磁截面積： 26．一級(jí)下空氣隙截面積： 27．波幅系數(shù)：由查得 28．氣隙磁密計(jì)算： 29．對(duì)應(yīng)于氣隙磁密最大值處的定子齒部磁密： 30．轉(zhuǎn)子齒部磁密： 31．定子軛部磁密： 32．轉(zhuǎn)子軛部磁密： 33．從附錄三的D23 磁化曲線找出對(duì)應(yīng)上述磁密的磁場(chǎng)強(qiáng)度： 從電機(jī)設(shè)計(jì)附錄五的D23 磁化曲線找出對(duì)應(yīng)于上述磁密的磁場(chǎng)強(qiáng)度： 34．齒部磁路計(jì)算長(zhǎng)度： 35．軛部磁路計(jì)算長(zhǎng)度： 36．有效氣隙長(zhǎng)度： 其中氣隙系數(shù)計(jì)算： 37．計(jì)算氣隙磁壓降： 38．齒部磁壓降： 39．飽和系數(shù)： 誤差：，合格 40．計(jì)算軛部磁壓降，并查取校正系數(shù)表: 于是 于是 41．每極磁勢(shì): 42．計(jì)算滿載磁化電流： 43．磁化電流標(biāo)幺值： 44．勵(lì)磁電抗： 4.2.3參數(shù)計(jì)算 45．線圈平均半匝長(zhǎng) 電子線圈節(jié)距： ?。? 其中節(jié)距比： 直線部分長(zhǎng)度： 其中d1是線圈直線部分伸出鐵心的長(zhǎng)度，去10~30mm。 46．雙層線圈端部軸向投影長(zhǎng)： 47．為漏抗系數(shù)： 48．按照電機(jī)設(shè)計(jì)附錄四計(jì)算定子槽比漏磁導(dǎo)。因?yàn)槭请p層繞組且短距，機(jī)設(shè)計(jì)附錄四計(jì)算定子槽比漏磁導(dǎo)。因?yàn)槭请p層繞組，短距，根據(jù), 相帶查沈陽(yáng)機(jī)電學(xué)院電機(jī)系編的《三相異步電動(dòng)機(jī)—原理，設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)》圖6—13得：節(jié)距漏抗系數(shù): 式中 因， 49．只在鐵心部分有槽漏抗，因而計(jì)算槽漏抗時(shí)要乘上 50．考慮到飽和的影響，定子諧波漏抗： 其中Σs =0.003由電機(jī)設(shè)計(jì)圖4-10 以q=6, β =0.5556，120相帶 查出。 51．端部漏抗： 52．可知感應(yīng)電機(jī)定子繞組漏抗為： 除以阻抗基值： 得定子漏抗標(biāo)幺值: 式中： 等于定子漏抗標(biāo)幺值： 53．轉(zhuǎn)子槽比漏磁導(dǎo)： 其中, 由西安交通大學(xué)陳世坤主編《電機(jī)設(shè)計(jì)》圖附四得到。 是由 查西安交通大學(xué)陳世坤主編《電機(jī)設(shè)計(jì)》圖附1