三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)

宋華

摘 ?要：異步電機(jī)是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的電機(jī)，其性能的提高具有重要意義。本文針對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)要求，采用優(yōu)化設(shè)計(jì)的方式以權(quán)衡電機(jī)性能、運(yùn)行費(fèi)用、制造成本、運(yùn)行可靠性等因素，決定最優(yōu)的設(shè)計(jì)改進(jìn)方案。

關(guān)鍵詞：異步電機(jī);設(shè)計(jì)

一、設(shè)計(jì)主要尺寸

異步電動(dòng)機(jī)中心高及相應(yīng)的定子鐵心外徑：Y180L-6型號(hào)。中心高為180mm，定子鐵心外徑290mm，內(nèi)徑205mm，鐵心長(zhǎng)200mm。不同極數(shù)電機(jī)定子鐵心內(nèi)外徑比KD=Di1/D1l 6～8極電機(jī)為0.68～0.74，主要尺寸比λ= lef/為1.5-3.0之間。本文研究的電機(jī)氣隙為0.45mm。本文每極每相槽數(shù)q1為3，所選用的槽配合為定子54槽，轉(zhuǎn)子44槽。

二、電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

1、節(jié)省材料：節(jié)約有效材料主要是減少電機(jī)的體積，可以減小定子外徑和鐵心長(zhǎng)，也可以減少導(dǎo)體總數(shù)和導(dǎo)線截面積。電磁負(fù)荷A、值決定了利用系數(shù)，直接影響電機(jī)的有效材料利用量，可以采取提高電磁負(fù)荷的辦法來(lái)縮小電機(jī)的體積。

此方案中，將鐵心長(zhǎng)減小5mm， 然后在線規(guī)的選擇上選擇2跟直徑為1.04mm的導(dǎo)線代替一跟直徑1.5mm 的導(dǎo)線，這樣導(dǎo)體總截面積由1.767 減為1.699，調(diào)試結(jié)果顯示，五項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)到要求，用銅量 10.44423kg ?，比原方案的11.015kg少了0.5777kg 用鐵量117.6828kg ?，比原方案的120.7kg減小了3.0172kg，所用的材料雖有所減少，但是其功率因數(shù)、效率都有所降低，最大轉(zhuǎn)矩與起動(dòng)轉(zhuǎn)矩都有所提高，起動(dòng)電流比原方案提高了。

分析：鐵心長(zhǎng)度減小，定、轉(zhuǎn)子的齒部軛部截面積變小，定、轉(zhuǎn)子的的齒部軛部磁密增大，導(dǎo)致總安匝變大，從而滿載磁化電流變大，滿載電流無(wú)功部分增大，功率因數(shù)降低;由于滿載電流無(wú)功部分增大，使得定子電流變大，從而定子銅損會(huì)升高，導(dǎo)致效率降低;由于鐵心長(zhǎng)度減小，定子相電阻會(huì)有所降低，最大轉(zhuǎn)矩增高;轉(zhuǎn)子起動(dòng)電阻變大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩降低。鐵心長(zhǎng)度減小，導(dǎo)致起動(dòng)總漏抗減小，使得起動(dòng)電流升高。

2、提高性能的調(diào)整方法：提高效率的調(diào)整方法有多種，此處通過(guò)改變槽行來(lái)進(jìn)行調(diào)整，本方案中b1增加0.1mm，R1也增加了0.1mm，槽深增加了2.1mm，轉(zhuǎn)子槽高減小0.2mm，端環(huán)面積減小15，同時(shí)將氣隙減小0.05個(gè)毫米，結(jié)果顯示，五項(xiàng)指標(biāo)都通過(guò)，效率、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)得到提高（因?yàn)檗D(zhuǎn)子電阻增大），起動(dòng)電流由6.1861減為6.159533A。功率因數(shù)比原方案有所降低，可以通過(guò)減小氣隙、增加每槽導(dǎo)體數(shù)來(lái)獲得提高。

分析：b1增加R1也增加使得定子齒、軛磁密有所增大，總安匝變大，滿載磁化電流變大，會(huì)使功率因數(shù)降低;定子齒截面積變小，齒體積也相應(yīng)減小，鐵耗降低，效率得到提高;轉(zhuǎn)子槽面積與端環(huán)面積減小，使得轉(zhuǎn)子起動(dòng)電阻減小，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)增大;氣隙減小，諧波漏抗增大，起動(dòng)總漏抗變大，使得起動(dòng)電流降低。性能得到改善。

3、既節(jié)省材料又提高性能：要求將以上方案進(jìn)行綜合考

慮，在此方案中，保留方案2中的氣隙不變，b1增加了0.5 mm，R1增加了0.1mm，槽深增加了2mm，轉(zhuǎn)子槽也進(jìn)行了調(diào)整，br2增加了0.1mm，hr3增加了1mm，端環(huán)截面積 減少10 ，鐵心長(zhǎng)減小5mm，每槽導(dǎo)體數(shù)增加1，結(jié)果顯示，仍然通過(guò)了五項(xiàng)指標(biāo)，效率有了明顯的提高，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)也增加了，起動(dòng)電流減小為6.159A，選擇的線規(guī)為2-1.12mm，使得用銅量稍有增加，但用鐵量減少到117.6828kg，總質(zhì)量還是減小了達(dá)到了節(jié)約材料與提高性能的雙重目的。

分析：同樣的原因，增大了槽寬使得齒磁密變大，功率因數(shù)稍有降低;鐵心長(zhǎng)度的減小與所選線規(guī)總截面積變大使得定子繞組的電阻減小，轉(zhuǎn)子槽面積與端環(huán)面積減小，使得轉(zhuǎn)子起動(dòng)電阻減小，每槽導(dǎo)體數(shù)增加，滿載磁化電流減小，定子電流減小，這些都使效率得到提高;轉(zhuǎn)子起動(dòng)電阻減小，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)增加;每槽導(dǎo)體數(shù)增加，漏抗系數(shù)增大，總漏抗減小，起動(dòng)漏抗也減小，起動(dòng)電流降低。

4、其他。（1）槽絕緣與匝間絕緣。槽絕緣和匝間絕緣材料由繞組的溫度、電機(jī)的電壓和額定功率來(lái)決定。板料材料可以是用于中等大小發(fā)電機(jī)裱糊（芳族聚酰胺）或是用于小型電機(jī)的碾壓的塑料膠膜粘合布。對(duì)使用銅線圈的轉(zhuǎn)子， 所使用的絕緣材料是稀薄碾壓玻璃纖維布料和聚酯或環(huán)氧樹(shù)脂。二極和四極轉(zhuǎn)子所用的槽絕緣對(duì)改鑄槽孔單元或槽防護(hù)片從時(shí)間上經(jīng)歷了從基于云母、牛皮紙、玻璃或石棉布料和合成樹(shù)脂。被選擇為槽絕緣材料的樹(shù)脂必須是有很強(qiáng)的韌度， 抗老化性能好的，保持絕緣的軟化溫度（TG）遠(yuǎn)在運(yùn)行時(shí)所能達(dá)到的溫度之上。（2）轉(zhuǎn)子繞組的絕緣系統(tǒng)。50兆瓦以上的突極電機(jī)，運(yùn)行在1200

rpm 及以上時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)傾向?qū)l放于邊緣，因?yàn)樗赡芨纳瞥惺苄D(zhuǎn)的離心力量。這種磁極的繞組可由者疊壓鋼片的或?qū)嵭匿撟龀?。線圈通常也被充分地處理， 包括在他們被安裝在極身上之前注入油漆。在一些銅框架， 特別是在磁極表面附近， 可用絕緣膠帶來(lái)增加銅的移動(dòng)動(dòng)距離。

參考文獻(xiàn)：

[1] 南昌大學(xué)電氣自動(dòng)化系電機(jī)教研室：《電機(jī)設(shè)計(jì)資料匯編》中小型異步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)，2004。

[2] 陳世坤主編：《電機(jī)設(shè)計(jì)》（第2版），機(jī)械工業(yè)出版社，2000。