异步电动机毕业论文电磁设计计算电动机毕业论文.docx

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异步电动机毕业论文电磁设计计算电动机毕业论文

异步电动机毕业论文电磁设计计算

摘要

本文主要针对Y2-200L-4型电机进行了电磁设计和计算。

首先基于设计任务书给定的参数并结合相关的技术条件确定了与Y2-200L-4电机的电磁性能有关的主要尺寸，选择定、转子的槽数及槽配合，用CAD绘制出定、转子的槽型和线圈尺寸图，槽型分布图及绕组分布图。

计算出每相串联导体数，串联匝数，槽满率等基本量，然后据此选定有关的材料。

再在MATLAB中编程进行该电机的电磁计算，反复调整有关参数，使其技术指标符合任务书的要求，最终设计出符合任务书规定技术要求的电机。

关键词：

Y2-200L-4;定转子;绕组分布;电磁设计计算

Abstract

ThisarticlemainlyaboutelectromagneticdesignandcalculationofY2-200L-4motor.FirstitdeterminedthemaindimensionsrelatedtotheelectromagneticpropertiesoftheY2-200L-4motorbasedontheparametersofdsigntaskandtechnicalconditions.Thenitselectedthenumberofslotsofstatorandrotorandrightslots.InotonlyusedCADtodrawsizechartofstator,rotorandcoilbutalsodrawdistributionofgrooveandwinding.Icalculatedsomebasicamountsuchasthenumberofconductorsinseriesperphaseandslotfillfactor.ThenIselectedtherelatedmaterials.IhavecompletedtheelectromagneticcalculationsofthismotorinMATLAB.ThenIadjustedtheparametersrepeatedly.Ididalotofworktomakeitstechnicalindicatorsmeettherequirementsofthemissionstatement.InthelastIdesignedthemotorthatmeettherequirementsofthemissionstatement.

KeyWords:

Y2-200L-4,statorandrotor,windingdistribution,electromagnetic

1绪论

1.1工程背景

三相异步电动机具有结构简单，价格低廉，维修方便等优点，在电网的总负载中，异步电动机的容量约占整个动力负载的85%，是目前工农业生产中使用最广泛的一种电动机，可见其使用的广泛性和重要性[1]。

此外，异步电动机还派生出了各种防护型式以适应不同环境条件的需要，也具有较高的效率和较好的工作特性。

异步电动机可分为鼠笼式异步电动机和绕线式异步电动机，两者相比，鼠笼式异步电动机在运行、维护及成本方面都比绕线式异步电动机更有优势。

因此本设计对Y2-200L-4型电机进行了电磁设计计算。

1.2设计范围

包括根据相关技术手册确定与电机的电磁性能有关的主要尺寸、槽形及槽配合、绕组型式和节距、线规和材料等，用MATLAB编程进行电磁计算，用CAD画出定、转子冲片图及绕组分布图。

1.3设计依据

（1）类似电机的电磁设计资料。

（2）国家现行有关设计规程、技术手册，主要包括：

《实用电机设计计算手册》（黄坚，郭中醒主编）

Y2系列三相异步电动机技术条件》（JB/T8680.1-1998）

用户提出的产品规格（功率、电压、转速等）及技术要求（如效率、温升等）。

1.4设计目标

设计出电机的主要性能指标，如起动转矩、最大转矩、起动电流倍数、效率和功率因数等要满足设计任务书的要求。

在此基础上，部分性能指标最好有所改善。

1.5本文的主要工作

（1）三相鼠笼式异步电动机主要参数的确定

根据设计任务书的要求，结合相关的技术手册，确定出与电机电磁性能有关的主要尺寸、槽形及槽配合、绕组型式及节距、线规和材料。

（2）电磁计算

根据所确定出的主要参数，编程进行电磁计算，计算可分为四个模块，包括额定数据及主要尺寸计算、磁路计算、参数计算和起动计算。

在计算过程中需要反复调整相关参数，直到计算出的主要性能指标达到设计任务书的要求。

（3）MATLAB编程

本设计的电磁计算部分工作量大，采用MATLAB编程使得计算量大大减小，同时计算的精确度也得到提高。

（4）CAD画图

本设计中使用CAD画出定、转子冲片图，槽形尺寸图和定子绕组分布图。

2三相异步电动机主要参数的确定

三相异步电动机的主要参数是电机电磁计算的数据依据，只有在选择了合适的主要参数的前提下，才能够正确地进行电磁计算。

主要参数的选择是以经验公式计算出的数据为基本依据，结合相关的技术手册进行选择。

2.1主要尺寸及气隙长度的确定

电机的主要尺寸包括定子内径

和铁芯有效长度

，只要确定了这两个参数，其他的尺寸（包括定、转子内外径、铁芯长度和气隙长度）就可以以此为根据，参阅相关的技术手册得到。

但在一般情况下，定子内径

和铁芯有效长度

的计算比较麻烦，通常采用类比法来确定电机的主要尺寸，参照已生产过的同类型相近规格电机的设计和实验数据，直接初选电机的主要尺寸。

在本设计中，以厂家已经生产过的Y2系列的相近电机作为参考，结合相关技术手册得到本台电机的主要尺寸。

本台电机主要尺寸结合文献[2]中附录A进行选取，详见附录C和附录D。

2.2定、转子槽形及槽配合的确定

2.2.1定、转子槽形的选择

（1）定子槽形的选择

小型三相异步电动机的定子槽形，一般采用斜口圆底槽[3]。

槽口斜角统一规定如下：

160机座及以下为

；

180~280机座：

2极为

，4极为

，6、8极为

；

315~355机座：

2极为

，4~10极为

。

因本台电机机座号为200，极数为4极，所以定子选圆底槽，槽口角度选

。

详见附录C。

（2）转子槽形的选择

转子采用平底槽、圆底槽、梨形槽、凸形槽（对称和不对称）、刀形槽等6种槽形，槽口斜角对梨形槽和刀形槽为

，其他槽形为

。

采用凸形槽可以在起动转矩和运行性能两方面都有所兼顾，所以Y2系列电动机在大机座号中采用凸形槽较多。

本台电机的机座号较大，因此转子选凸形槽（不对称），槽口斜角为

，详见附录D。

2.2.2定、转子槽形尺寸的确定

定子的槽形尺寸不仅影响槽满率，而且还影响定子齿部和轭部的磁密，一般在设计时要求齿部和轭部有适当的磁密，齿部有足够的机械强度，轭部有足够的刚度。

转子的槽形尺寸对电机的各项性能指标，包括起动转矩、起动电流倍数、最大转矩、转差率、效率和功率因数等都有非常大的影响；此外，槽的各部分尺寸对这些性能指标又有不同程度的影响。

在实际设计中，一般采用类比法来确定电机定、转子的槽形尺寸。

本台电机定、转子槽形尺寸详见附录C和附录D。

2.2.3槽配合的选取

槽配合就是在电机选取转子槽数时，必须与定子槽数有恰当的配合。

选择合理的槽配合对于降低电磁噪声，进而降低电动机负载噪声具有特殊的意义[4]。

槽配合对电机的性能有很大的影响，若选取不当，可能会导致附加损耗、附加转矩、振动与噪声增加，从而使效率降低，起动性能变差。

采用定、转子槽数接近的槽配合，可减小附加损耗。

4极电机一般采用24/22，36/28、48/38、60/50、72/64。

本台电机所选取的槽配合是48/38。

2.3绕组型式及节距的选择

2.3.1绕组型式的选择

考虑到目前的传统生产工艺和机械化下线的可能性，除71机座6极和80、90机座8极采用双层绕组外，对160及以下的机座仍采用单层绕组。

对180及以上机座，为了提高电机性能和降低电机噪声，在设计时全部采用双层叠绕组。

本台电机因机座号为200，所以选用双层叠绕组。

2.3.2绕组节距的选择

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。

在正常三相异步电动机中，通常选

以便消弱磁势的5次和7次谐波分量。

对于2极电机，为了便于嵌线和缩短端部长度，除铁芯长度很长的以外，一般取

左右[5]。

因本设计是2极电机，所以取

。

3电磁计算

3.1额定数据及主要尺寸

（1）输出功率

。

（2）相电压

因为该电机为△接法，所以相电压

。

（3）功电流

（4）效率标准值

。

（5）功率因数标准值

。

（6）极数对数

。

（7）频率

。

（8）定、转子槽数

定子槽数

，转子槽数

。

（9）定、转子每极槽数

定子每极槽数：

转子每极槽数：

（10）定、转子冲片尺寸

定子外径

，定子内径

，气隙长度

，转子外径

，转子内径

。

定子槽形尺寸（见附录C）：

，

，

，

，

，

。

转子槽形尺寸（见附录D）：

，

，

，

，

，

，

，

。

（11）极距

（12）定、转子齿距

定子齿距：

转子齿距：

（13）绕组节距

。

（14）每相串联导体数

其中，每槽导体数

每圈匝数

；并联支路数

。

（15）绕组线规

根据经验，一般按类比法选取线规，本文中选取的线规为

。

绝缘后直径d=1.27mm,截面积

。

（16）槽满率

槽面积：

其中，槽楔高度按文献[6]中表2-7选取，取

。

对于双层叠绕组，槽绝缘所占面积为：

其中，槽绝缘厚度

按表文献[6]中2-7查取。

槽有效面积：

槽满率：

其中，导体并饶根数

；导体绝缘后外径

。

（17）铁芯长

铁芯有效长：

净铁芯长：

其中，铁芯叠压系数取

。

（18）每相有效串联导体数

其中，绕组系数

的计算详见附录B中

（1）。

3.2磁路计算

（1）每极磁通

设负载电势系数初值

，

参考资料得

，则每极磁通为：

（2）齿部截面积

定子齿截面积：

转子齿截面积：

其中，

为定子齿部计算宽度；

、

为转子齿部计算宽度，一般取靠近齿最狭小的

处的宽度。

（3）轭部截面积

定子轭部截面积：

转子轭部截面积：

其中，定、转子轭部磁路计算高度

和

的计算详见附录B中

（2）。

（4）空气隙截面积

（5）波幅系数

从这里开始进行饱和系数计算，一般需要进行多次的循环。

这里先假设饱和系数

，对应的波幅系数

。

（6）定子齿磁密

（7）转子齿磁密

（8）定子轭磁密

（9）转子轭磁密

（10）空气隙磁密

（11）各部分磁路的磁场强度

根据计算出的各部分磁密，按照磁化曲线可查出各部分磁场强度如下：

21.9A/cm，

20.1A/cm，

5.792A/cm，

11.42A/cm，

15.66A/cm。

（12）有效空气隙长度

其中气隙系数

计算详见附录B中（3）。

（13）定、转子齿部磁压降

定子齿部磁压降：

转子齿部磁压降：

其中，定