三相4、6极混相变极电动机设计

三相4/6极混相变极电动机设计 第4章 电机电磁设计及其参数分析

这里主要讨论混相变极异步电机的电磁计算中的几个部分，包括：主要尺寸与气隙的确定；定转子绕组与冲片的设计；工作性能的计算；起动性能的计算。

电磁设计时应满足设计任务书规定的各项技术要求。对一般三相异步电机有下列性能应达到：

效率η； 功率因数cos?； 最大转矩倍数TmTn； 起动转矩倍数TstTn； 起动电流倍数IstIn； 绕组和铁芯温升??cu和??Fe； 起动过程中最小转矩Tmin。

混相变极异步电动机效率和功率因数是衡量电机运行费用和制造成本的综合指标，统称为电机的力能指标，按较高力能指标设计的电机在运行期间的电能损耗较小，但有效材料用量较多；反之，则电能损耗较多，而有效材料用量较小。

混相变极异步电机最大转矩指当额定电压、频率及各绕组按额定运行的接法运行时，在稳定状态下异步电动机所能产生的最大转矩，它反映电机可以承受短时过负载的能力。起动电流和起动转矩指电机各绕组按额定运行的接法及额定电压下和频率下，且转子堵转时，所吸收的最大电流和产生的最低转矩，后者应满足负载机械起动时的转矩要求。

4.1 主要尺寸与额定功率及转速的关系

电机的主要尺寸是指定子铁心内径和铁心有效长度。当混相变极异步电机在两个极对数下功率相差不大，接近“恒功率”调速时，为了使低速在运行时有合理的功率因数和较大的转矩，一般宜采用相应于多极数的定子内径。当要求接近恒转速时，为了保证高速运行时电流不致过大，在定子内径确定之后，宜按照少极数设计电机的绕组和磁路。

下面主要讨论主要尺寸与额定功率、转速以及所选择的电磁负载的关系。

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三相4/6极混相变极电动机设计 我们知道，额定功率为

Pe?m1u1?cos??10?3（千瓦） (4.1)

转速是指异步电动机的同步转速

n1?电负荷主要取决于线负荷A的大小 A?磁负荷主要取决于气隙磁密

B??Ks120f （转/分） (4.2) pm1Z?1?1?Dil（安/厘米） (4.3)

?S??Ks??Dilpl? (4.4)

每极磁通可写成

??电磁与磁通的数量关系为

1?Dill?B? (4.5)

KSpE1?2.22fZ?1KW1??10?8 （伏） (4.6)

整理后得决定电机主要尺寸的基本关系式

Dillef?从式中可看出：

（1）在电磁负荷A和B?一定时，电机的主要尺寸，或者说电机的体积，随电机额

p定功率增加而增加，随电机转速增加而减少。由于 e与电机的额定转矩成正比，因此，

n12Dill?主要取决于电机额定转矩的大小。

（2）对于同一功率和转速的电机，电磁负荷A和B?值越高，则电机的尺寸越小，材料越省，所以设计中总是希望选择较高的电磁负荷。但是A和B?取得过高，将引起电机过热和性能指标变坏。

26.1?apKNMKdp11P?P??CA (4.7)

AB?nn4.2 两种极对数下气隙磁密、功率、转矩的关系

混相变极多速电机一般采用双叠绕组。确定三相绕组的联结方法首先要能实现变极

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三相4/6极混相变极电动机设计 调速的目的，其次是在不同极对数下输出功率要能达到规定的要求。另外，我们还需要通过绕组的不同连接，配合节距和匝数的选择，调节电机在两种极对数下的磁势比。下面来推导一下它们之间的关系。

由电势的基本公式

E1?2.22fZ?1Kw1??10?8?伏? （4.8） 式中 Φ—每极磁通，忽略磁路饱和的影响时

??式中 ?p—极距

2?B??pl??2B?Dill? （4.9） p l?—铁芯有效长度（厘米） Di1—定子铁心内径 p—极数

不同极对数p、气隙磁密B?、绕组感应电势E、绕组匝数W及绕组系数Kdp有如下关系：

KdpⅠB?ⅡEⅡpⅡW （4.10） ???Ⅰ?B?ⅠEⅠpⅠWⅡKdpⅡ再推求

B?M之间的近似关系。我们知道异步电动机的转矩M?Q2p?I2cos?2，与B?'M‘其中

[1]

p??2B?Dill??c2I1m1Kw1Z?1Q2?c2为一常数?，忽略cos?2与cos?2'的差比，同时近

似认为两种极数下温升接近的条件为

''I1Kw1Z?1?I1'Kw1Z?1?常数

故得，倍极双速电机中转矩和磁密之比为

TⅡB?Ⅱ （4.11） ?TB?ⅠⅠ其功率、转矩之比为

P1T1B?ⅡⅡ （4.12） ?Ⅱ?P2T2B?ⅠⅠⅠ 18

三相4/6极混相变极电动机设计 上述各式中注脚Ⅰ代表高速档，Ⅱ代表低速档。

4.3 细长比的选择

2在选择电磁负荷A和B?之后，由式可以确定电机的Dill?，但是问题并没有完全解2决，因为在同样的Dill?值下，电机可以设计得比较细长（即定子直径相对较小而铁心长

度相对较大），也可以设计得比较短粗（即定子直径相对较大而铁心长度相对较小），为反映电机的这个几何形状关系可用几种方法表示，这里采用工厂常用的一种表示法即用电机的细长比来表示。电机的细长是铁心长度与定子铁心外径之比

??l (4.13) D1λ值的选择对于电机的运行性能和经济性、工艺性有着密切关系，当λ值较大时说明电机比较细长。绕组端部长度占整个绕组的比例较小，因而提高绕组铜耗的利用率。同时，端盖等结构也较轻，使单位功率的材料用量减少；由于电机体积未变，在同一磁通密度下，铜耗减少，因此电机的总损耗减少，效率有所提高，由于绕组端部短而使端部漏抗在总漏抗中占的比重较小，从而提高了电机的过载能力和起动转矩。

λ值较大也存在一些缺点。由于电机细长而使内部通风冷却条件变坏，引起绕组温度沿铁心长度分布不均和最热点温度升高。因此，应该全面考虑电机的运行性能和经济性、工艺性来选择合适的λ值。一般来说，为了节约材料，λ值可适当选得高些。此外，对于某些特殊要求的电机，选取λ值时还要考虑电机转动惯量是否满足技术要求。

4.4 主要尺寸和空气隙的确定

根据电机额定功率pe和转速n1，充分考虑本次设计改进条件下，选择电磁负荷A和B?值后，可得

5.48Ks(1??L)?1011 Dl??K （4.14）

Kw1?cos?AB?n12il?其中?和cos?可根据设计任务规定数值选取；（1-?L）一般为0.85～0.95，功率大者和极数少者用较大值。KS一般为1.40～1.52，KW1根据选定的绕组型式和节矩算得。

选择适当λ和适当的

DilD，令il=a,近似认为l?≈ι代入式中得 D1D1 19