中型高压异步电动机设计及仿真毕业论文(编辑修改稿)

中型高压异步电动机设计及仿真毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

： （ 1）当输出功率一定时提高电磁负荷 A 和 δB 电机的尺寸和体积将减小，可节省有效材料，但其需要较好的冷却条件和绝缘材料。 （ 2）选取较高的 A，绕组用铜（铝）量将增加。 由于电机的尺寸减小了，若 δB 不变，每极磁通将减 小，为得到一定的感应电势，绕组匝数必将增多。 （ 3）选择较高的 A 或导体电流密度 J，绕组电阻将增加，使绕组温升升高。 （ 4）选择较高的 δB ，电机基本铁耗增加。 由于电枢铁心中的磁密与 δB 有一定比例关系，而铁的比损耗（单位重量铁心中的损耗）与铁磁材料内磁密的平方成正比关系，故随着 δB 的提高，比损耗的增加速度 比铁心重量减少的速度更快。 因此导致电枢铁耗增加、效率降低及在冷却条件不变时温度将升高。 （ 5） A 和 δB 应选择恰当的比值。 由于励磁电流标幺值 *mI 正比于 δB /A，选取较高的 δB 或较低的 A，励磁电流将增大，使异步电机的功率因数降低。 而漏抗的标幺值 *X 正比 A/ δB ，故 δB 较高或 A 较低时，漏抗减小，电机的起动转矩、最大转矩和起动电流将增加。 总的来说，电磁负荷的选择要考虑的因素很多，很难单纯从理论上来确定。 通常主要参考电机工业长期积累的经验数据，并分析对比设计电机与已有电机在使用材料、结构、技术条件和要求等方面的异同后进行选取。 随着材料性 能提高、冷却条件改善、电机结构不断改进， A、 δB 的数值和电机利用系数正在逐步提高，从而在保证电机性能的同时，使其体积和重量不断减小。 主要尺寸比 λ 的选择 在选定 A 和 δB 后，即可初步确定电机的体积。 但体积相同的电机，长度可以设计的不同。 为了反映电机这种几何形状关系，通常采用主要尺寸比  /efl这一 概念。 λ 的大小会对电机运行性能产生影响 选择 λ 值时，通常主要考虑：（ 1）参数与温升；（ 2）节约用铜（铝）；（ 3）转子的机械强度；（ 4）转动惯量等方面的限制和要求。 中型电机的 λ 一般取 ~，本次电机设计中取 λ=2。 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文） 9 主要尺寸的确定 根据电机的计算功率 P 和转速 n，在充分考虑采用的材料、结构、工艺等因素后，选择合适的电磁负荷 A 和 B 值，算出 eflD2 并令它等于 V(单位为 3m )。 然后选择适当的 λ 值，便可求出 3i1 p2VD  (34) 最后，根据调整的1iD求出 21ief DVl  (35) 根据计算结果按照定子内外径比求出定子外径的初算值，从表中查出与其接近的标准直径 1D ，从表 33 中查得，再根据 1D 计算i1D。 表 34 中记录了上述计算结果。 表 33 定子外径标准值 老系列 新系列 机座号 NO 中心高 mm 定子铁心外径 mm 中心高 mm 定子 铁心外径 mm 1 90 120 80 120 2 100 145 90 130 3 112 167 100 155 4 132 210 112 175 大直径方案 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 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文） 10 续表 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 电机尺寸计算结果 λ 2p D1 Di1 τ lef 2 4 630mm 403mm 317mm 606mm 空气隙的确定 通常气隙 δ选取得尽可能的小，以降低空载电流，因为感应电动机的功率因数 cos 主要决定于空载电流。 但是气隙不能过小，否则除影响机械可靠性外，还会使谐波磁场及谐波漏抗增大，导致起动转矩和最大转矩减小，谐波转矩和附加损耗增加，进而造成较高温升和较大噪声。 气隙 δ的数值基本上决定于定子内径、轴的直径和轴承 间的转子长度。 因为机座、端盖、铁心等在加工和装配时都有一定偏差；而轴的直径和轴承间的距离决定了轴的挠度；定转子装配在一起后，定子铁心内圆和转子外圆的不同心度决定了气隙的不均匀度，其值对电机运行性能有很大影响。 气隙的大小要综合上述两个方面，并根据生产经验和所设计电机的特点加以确定。 对于大、中型电机， 2p=2~16，可用下列经验公式求出 δ（单位为 m）： 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文） 11 3i1 10291   pD (36) 其中， i1D 单位为米。 本次电机设计中所选用的气隙大小为 δ=。 定子绕组与铁心的设计 定子槽数的选择 在极数、相数既定的情况下，定子的槽数决定于每极每相槽数 1q。 1q 值得大小对电机的参数、附加损耗、温升及绝缘材料消耗量等都有影响。 当采用较大的 1q 值时： 由于定子谐波磁场减小，使附加损耗降低，谐波漏抗减小。 一方面每槽导体数减少，使槽漏抗减小；另一方面槽数多了，槽高和槽宽的比值相应增大，使槽漏抗增大，但这方面影响较小。 槽中线圈边的总散热面积增加，有利于散热。 绝缘材料用量和加工工时增加，槽利用率降低。 因此选择槽数时应对各方面的因素综合考虑。 对于一般感应电机，每极每相槽数 1q 可在 2~6 间选取，而且尽量选取整数，因分数槽容易引起振动和噪声。 对极数少、功率大的 电机， 1q 可取的较大一些；对于极数多的电机，则 1q 取的小些。 本次电机设计中根据上述选取条件取 1q =5 求出 1Z =60。 定子绕组型式和节距的选择 三相感应电动机定子绕组的型式很多，常用的有单层同心式、单层链式、单层交叉式 、双层叠绕组等。 本次电机设计中采用的是双层叠绕组。 双层叠绕组通常用于功率较大的感应电动机。 其主要优点是：（ 1）可以选择有利的节距以改善磁势与电势波形，使电机的电气性能较好；（ 2）端部排列方便；（ 3）线圈尺寸相同，便于制造。 缺点是多用了绝缘材料，嵌线也较为麻烦。 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文） 12 对双层绕组应从电机具有良好的电气性能和节约导线材料两方面来考虑节距的选择。 在正常三相感应电机中，通常选 6/5y 以便削弱磁势的 5 次和 7 次谐波分量。 本次电机设计也是选用的 6/5y 来进行计算的。 选定每极每相槽数和节距后，可按下列公式求出基波绕组系数 dp1K。 分布系数 2sin2sin111d qqK  (37) 其中， 12Zp (38)  为用电角度表示的槽距角； 短距系数 2sin1p K (39) 其中， 111p qmyZy  (310) y 为以槽数表示的绕组节距； 基波绕组系数 1p1d1dp KKK  (311) 每相串联导体数，每槽导体数的计算 每相串联导体数： 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文） 13 kW11i1 mc os I ADN   (312) 在确定电机的定子内径 1iD 后，从上式可以求出定子绕组的每相串联导体数1N。 从式（ 33）可以看出， 1N 的大小必然影响电机电磁负荷 A 和 B 的数值。 当电机的主要尺寸确定后， A B 的乘积就确定了，因此如果 1N 减小， A 值就降低而 B 值就增大，这一般地使功率因数降低，最大转矩、起动转矩和起动电流倍数都有所增加。 因此设计时常常通过改动 1N 来取得若干不同设计方案进行选优。 如果定子绕组采用的并联支路数为 1 ，则每槽导体数 1sN 为 11111s Z NmN  (313) 对双层绕组， 1sN 应取偶数，此时每个线圈匝数： 21sc NN  最后可算出定子绕组每相串联匝数： 211 NN  (314) 上面计算出的是初步数据，待磁路、参数、性能计算后，如必要还须进一步调整。 表 35 记录了上述计算结果。 表 35 定子绕组参数计算结果 Kdp1 Nφ 1 N1 a1 Ns1 Nc1 320 160 1 16 8 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文） 14 电流密度的选择及线规、并绕根数和并联支路数的确定 电流密度 1J 的选择对电机的性能及成本影响很大，所以必须全面考虑电机的具体情况：效率、制造成本、使用寿命、散热条件、绝缘等级、导线材料等。 选用较大的 1J 值，导体截面减小，可节省材料、降低成本，但同时却导致了损耗增大、效率 降低，同时电机的温升增高，寿命和可靠性都降低 [16]。 对于中型电机， 1J 可以在 ~ ）（ 2/mA 范围内选用。 工厂中常用控制 A 和 1J 的乘积（称为热负荷）来控制电机的温升，所以在选择 1J 时要注意到前面所选用的 A值。 1J 选定后，便可按下式估算导线截面积 11t111c JNIA  (315) 其中， 1I 为定子绕组额定相电流， 1tN 为导线并绕根数， 1 为定子绕组并联支路数。 当 1I 较大时，为了避免采用截面太大的导线，一般常把定子每相绕组接成 1 路并联，以使每支路的电流减为 11/aI ，或者采用 1tN 根截面相同的导线并绕 (也可 以采用几根截面差别不大的导线 并绕），使每根导线所通过的电流减为 11/ tNI ，或者既采用 1 路并联，又采用 1tN 根并绕。 选择时主要根据工艺条件考虑。 一般来说，小型电机的支路数 1 应少些，以免极间连线太多，而大、中型电机（特别是低压的）有时为了得到合适的每槽导体数 1sN ，常采用较多的支路数。 双层整数槽绕组所能使用的并联支路数的条件为 1/2 p 等于整数，因此 1最多为 p2 ；单层绕组当 1q 为偶数时，并联支路数最多为 p2 ，当 1q 为奇数时，并联支路数最多为 p。 对于功率较大的电机，选用扁导线。 这时应注意：（ 1）导线的宽厚比 ab/ 在~ 范围内，并要与电机的槽口、槽宽和槽高尺寸相适应；（ 2）每根导线的截面最好小于 15 2mm ，导线截面太大会引起较大的涡流损耗，并在制造线圈时，较难于胀形及整形。 表 36 记录了上述计算结果。 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文） 15 表 36 定子绕线线规数据计算结果 Nt1 J1 Ac1 b1 a1 3 5A/mm2 定子冲片的设计 中型高压（ 3000V 及以上）电机则采用开口槽，这是因为线圈的主绝缘需要在下线以前包扎好并进行浸烘处理。 这种槽型的槽壁都是平行的，因此称平行槽。 开口槽增大了气隙磁场中的磁导齿谐波分量，为了避免因此引起较大的空载附加损耗，可采用磁性槽楔，但此时槽漏抗将增大。 平行槽的槽型尺寸要和扁导线的尺寸及绝缘结构尺寸等结合起来考虑，不须核算槽满率。 为使齿部磁密在正常的范围内，定子槽宽 1sb 和齿距有下列关系   11s ~ tb  (316) 槽高 1sh 和槽宽 1sb 的比例也要适当，以保证合理的槽漏抗，通常   1s1s ~ bh  (317) 最后要校验齿部最小截面处的磁密 maxtB ，其值必须不超过。 表 37 记录了本次电机设计所选用的开口槽的尺寸。 表 37 定子开口槽尺寸 bs b01 hs0 hs1 hs2 α1 30176。 转子绕组与铁心的设计 转子槽数的选择 绕线转子感应电动机的转子绕组通常是对称的三相绕组，线圈的节距接近或等于基波的极距，因此定子谐波磁场一般不会引起较大的附加转矩，并且转子回路中可以串接外加电阻以增加起动转矩，因而它与笼型转子不同， 无需把沈阳工业大学本科生毕业设计（论文） 16 附加转矩对起动。