计算步骤与方法

以三相50 Hz、100 kW以下的低压异步电动机为例,介绍定子绕组重绕计算的步骤。

1. 精确测量定子铁心各部分尺寸

精确测量(图18-1)定子铁心各部分尺寸并填写在表18-1内。

表18-1 定子铁心各部分尺寸

(mm)

部位	长度	部位		长度
定子铁心外径D1		槽形 长度	R/r
定子铁心内径Dδ			b01
定子铁心长度L0			bs1
			bs2
定子铁心槽数Z1			bt1
定子齿距ts,ts＝πDδ/Z1			hs0
定子齿宽bt1,对于不平行齿可以在 距离最狭处1/3槽数的地方测量			hs1
			hs2
			hs

(a)半闭口槽(圆底槽)

(b)半闭口槽(平底槽)

图18-1 定子铁心槽形尺寸

2. 估算电动机的磁极对数p

电动机的磁极数可按式(18-1)估算:

式中:b_t2为定子齿宽,单位为mm;h_c1为定子轭高,单位为mm。

对于圆底槽

对于平底槽

计算结果取相近的偶数为电动机磁极数p。一般来说,h_c1越大,极数越小;槽数越多,磁极数亦越多。

若磁极数确定不当,会造成定子气隙、齿部、轭部中某部分磁路的磁通密度过高或过低。

3. 估算电动机的输出功率

根据电动机的计算长度D_δ²L₀和磁极数2p,从图18-2和图18-3查得对应输出功率的近似值P₂。

图18-2 三相异步电动机D_δ²L₀与输出功率P₂关系曲线(10 kW以下)

图18-3 三相异步电动机D_δ²L₀与输出功率P₂关系曲线(100 kW以下)

4.选择气隙通密度B_δ

在磁极数确定后,气隙磁通密度(B_δ)可根据其结构型式参考表18-2选择。

表18-2 中、小型异步电动机气隙磁通密度

(T)

型式	磁极数
	2	4	6	8
封闭式	0.50～0.65	0.60～0.75	0.63～0.75	0.65～0.78
防护式	0.55～0.70	0.65～0.80	0.65～0.80	0.65～0.80

(续表)

型式	磁极数
	2	4	6	8
开启式	0.60～0.75	0.70～0.80	0.70～0.80	070～0.80
Y系列	Y(IP44)			Y(IP23)
	H80～H112	H132～H160	H180以上
	0.60～0.73	0.59～0.75	0.75～0.80	0.73～0.86

功率大的电动机取大值,功率小的电动机取小值。上述气隙磁通密度对于已车削过转子外径的电动机是不适应的,它将严重影响电动机输出功率及电磁性能。在这种情况下,一般选择的气隙磁通密度比表18-2中的数值小10%～20%。

5. 演算电动机定子齿部磁通密度B_t1

电动机定子齿的磁通密度B_t1采用式(18-4)进行验算:

式中:k_c。为电动机铁心叠压系数,涂漆硅钢片取0.92,不涂漆硅钢片取0.95。

演算所得到的数值必须符合表18-3所列范围,早期生产的电动机应控制在1.30～1.50 T。如果数值过大,应减小气隙磁通密度;数值过小则应增加气隙磁通密度,直到合适为止。

表18-3 定子齿磁通密度

(T)

型式	极 数
	2	4	6	8
封闭式	1.40～1.55	1.40～1.57	1.35～1.55
防护式	1.56～1.65	1.45～1.65	1.45～1.60
开启式	1.55～1.70	1.47～1.67	1.5～1.65

6. 确定每相串联导线根数N

式中:U_Φ为相电压,单位为V;

p为磁极对数;

K_E为压降系数,参见表18-4,功率大的电动机取大值,功率小的取小值;

D_δ、L₀分别为电动机铁心内径、长度,单位为cm;

K_dp为绕组系数,根据不同的绕组形式、节距和每极每相槽数,按表18-5所示选取;电动机功率在10 kW以下选用单层绕组,功率在10 kW以上一般取双层绕组。

表18-4 压降系数K_E

型式	极 数
	2	4	6	8
10 kW以下	0.89～0.93	0.87～0.92	0.87～0.91	0.86～0.90
10～30 kW以下	0.94～0.96	0.93～0.95	0.92～0.93	0.91～0.93
30～125 kW	0.95～0.96	0.95～0.96	0.94～0.95	0.93～0.94

表18-5 绕组系数K_dp

三相单 层绕组	每极每相槽数	2	3				4
	绕组系数	0.966	0.96				0.958
三相双 层绕组	每极每相槽数q	2	3				4
	节距y	1-6	1-7	1-8	1-9	1-10	1-9	1-10	1-11	1-12
	绕组系数	0.934	0.831	0.902	0.945	0.96	0.83	0.885	0.925	0.95
三相单 层绕组	每极每相槽数q	5				6
	绕组系数	0.957				0.956
三相双 层绕组	每极每相槽数q	5				6
	节距y	1-11	1-12	1-13	1-14	1-14′	1-15′	1-16′	1-17′
	绕组系数	0.829	0.874	0.91	0.936	0.866	0.898	0.923	0.941

表18-5中节距y按式(18-6)计算,并取接近计算值的整数。

式中:β为短距比,对单层绕组,β取0.8～0.9;对双层绕组,β取0.75～0.85。

每极每相槽数:

电源电压为380 V、频率为50 Hz,电动机采用Y接法和△接法,其2、4、6、8极电动机每相串联导体数N可分别按表18-6所列公式计算。

表18-6

磁极数	接 法
	Y	△
2
4
6
8

7. 确定每槽导线根数Z

式中:m为电源相数,m=3;a为每相绕组并联支路数。

这时,每个绕组的匝数ω为:

单层绕组:

双层绕组:

8.计算绕组导体直径d′

带绝缘的导体直径(d′)可按式(18-11)计算:

式中:F_k为槽满率,一般控制在0.65～0.75之间;

AW_s为槽有效面积,单位为mm²,可按式(18-12)计算。

对于如图18-1(a)所示的圆底槽:

对于如图18-1(b)所示的平底槽:

式中:C为槽绝缘厚度,单位为mm。

对于E级绝缘,C=0.25～0.40 mm;对于B级绝缘,C=0.3～0.45 mm。功率小的电动机取小值,功率大的电动机取大值。

当导线较粗时,可采用多根并绕的形式。这时,每根带绝缘的导线直径应为

式中:n为导线并联的根数。

选取的导体直径一般应相同,同时应保证每根导线都能顺利通过槽口自由嵌入槽内。计算求出带绝缘的导线直径之后,可参考表查到所需导线。

9. 计算电动机输出功率

电动机的相电流I_Φ(估算值):

I_Φ＝△₁Sna (A) (18-15)

式中:S为导线截面积,单位为mm²;

n为并绕根数;

a为并联支路数;

△₁为定子导线的电流密度,单位为A/mm²,按表18-7所示选取。

表18-7 中、小型三相异步电动机电流密度△₁

(A/mm²)

极 数	型 式
	封闭式			防护式
	10 kW以下	10～30 kW	30～100 kW	10 kW以下	10～30 kW	30～100 kW
2	5～6	4.5～5.5	3.54～4.5	5～6.5	5～6.5	5.5～6.2
4	5～6.5	4.5～6.0	3.5～5.0	5.5～6.5	5～6	5～6
6	5.5～7	4.5～6	4～5.1	5.5～6.5	5～6	5～6
8	5～6	4～5.5	4～5.5	5～6	5～6	5～5.5

在表18-7中,功率大的电动机取小值,功率小的电动机取大值,这时电动机的输出功率P₂按式(18-17)计算:

P₂＝3U_ΦI_Φcosη×10^-3 (kW) (18-17)

式中:功率因数cos和效率因数η可参见表18-8。

表18-8 中小型三相异步电动机效率和功率因数

功率	2极		4极		6极		8极
	n(%)	cos	η(%)	cos	n(%)	cos	n(%)	cos
10 kW以下	76～86	0.85～0.88	74～86	0.76～0.78	70～85	0.68～0.80	68～85	0.65～0.77
10～30 kW	87～89	0.88～0.90	86～89	0.87～0.88	86～89	0.81～0.85	86～88	0.78～0.81
30～125 kW	90～92	0.91～0.92	90～92	0.88～0.90	90～92	0.86～0.89	89～91	0.82～0.84

功率小于10 kW的数值功率为7.5kW、5.5kW、4kW、3kW、2.2kW、1.5kW、0.8kW、0.6 kW而递减。

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