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:bt2为定子齿宽,单位为mm;hc1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,hc1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Dδ2L0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Dδ2L0与输出功率P2关系曲线(10 kW以下)
图18-3 三相异步电动机Dδ2L0与输出功率P2关系曲线(100 kW以下)
4.选择气隙通密度Bδ
在磁极数确定后,气隙磁通密度(Bδ)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Bt1
电动机定子齿的磁通密度Bt1采用式(18-4)进行验算:
式中:kc。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:UΦ为相电压,单位为V;
p为磁极对数;
KE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;
Dδ、L0分别为电动机铁心内径、长度,单位为cm;
Kdp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KE
| 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Kdp
| 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:Fk为槽满率,一般控制在0.65～0.75之间;
AWs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IΦ(估算值):
IΦ＝△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＝3UΦIΦcosη×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。
