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1、鼠笼型转子三相异步电动机电磁计算说明一、 主要性能数据1. 电动机五个重要的性能指标效率 、功率因数 cos 、最大转矩倍数 Tst 、堵转转矩倍数 Tst 、堵转电流倍 数 Ist 。2. 电动机的额定值额定功率：电动机在额定情况运行下，由轴端输出的机械功率，单位 kW 。 额定电压：电动机额定运行时外加于定子绕组上的线电压，单位 V 。 额定频率：电动机额定运行时电网频率，单位Hz 。额定电流：电动机在额定电压、额定频率下、轴端有额定功率输出时，通过定子绕组的 线电流单位 A 。额定转速：电动机在额定电压、额定频率下、轴端有额定功率输出时，转子的转速，单位r /min。3. 在电磁计算中什
2、么是标幺值？怎么表示？ 标幺值是一种比值，它表示的是实际值与基值的比例关系。一般按下面的方法表示。如 定子相电流 I 1的表么值用 i1表示， i1 I1 。I KW4. 为什么在电磁计算中要使用标幺值？ 在电磁计算中采用标幺值不但可以方便计算，又可清楚的反映各参数之间的关系。5. 电磁计算中基值有那些。功率基值：额定输出功率 P2 ，单位 kW电压基值：额定相电压 U1 ，单位 V电流基值：功电流 IKW ，单位 A阻抗基值：U1 ，单位I KW6. 输出功率的计算过程P2 3 I 1 cos U1 （ I 1每相电流、 U1相电压 ）因为， Y接时U N3 U 1 ，接时 IN 3 I1（
3、 用相量计算可证明 ）故： P23 UN I N cos7. 功电流的计算P2 103功电流： I KW 2 ，单位 A 。KW 3 U1二、 三相交流绕组1. 对三相交流绕组的要求a. 在一定的导体数下，获得较大的基波电势和基波磁势。b. 三相电势和磁势必须对称，即三相大小相等相位互差 120 。c. 电势和磁势波形尽可能接近正弦波，谐波分量要小。d. 用铜量少，绝缘性能和机械性能可靠。2. 三相绕组的分类a. 按槽内层数分类，可分为双层绕组和单层绕组。b. 按每极每相槽数分类，可分为整数槽绕组和分数槽绕组。c. 按排列方式可分为，双层绕组可分为迭绕组、波绕组；单层绕组可分为等元件 绕组、单
4、层交叉绕组和单层同心绕组。3. 每极每相槽数 q 为了使三相电势相等，每相在每极下应占有相等的槽数，该槽数成为每极每相槽数。一 般用 q 表示， q Z （Z 为槽数， p 为极数）。q 可以是整数，也可以是分数。 q 为分 mp数时 q ab 中 c 不能是 3 或 3 的倍数。c4. 最大并联支路数 a对于整数槽 amax p ，对于分数槽 q ab ，amax p。cc5. 极距 和节距 y极距 Z （槽），当线圈的节距 y 时成为等距绕组，当 y 时成为短距绕组。在p电动机设计中一般采用短距绕组来降低高次谐波的影响。三相交流电机的磁路计算1. 感应电势度为幅值 E 的电势，即 E Bm
5、当磁通密度幅值为 Bm的正弦磁场以速度 v切割长度为 l 的导体时，会在导体内部感应强l v 当 Bm 的单位为 T ， l 的单位为 m ， v 的单位为m / s m/s 时， E 的单位为 V 。2.导体电势根据电路基础，导体电势得有效值EE c1mEc1 22.22 f （推导过程省略） ，其中 f为频率， 为每极磁通。3.匝电势180 ，线圈得两条边在不同极下，感应电势的大小相等、方向相反，且在时间上相差故 整距线 圈的 匝电势 Et1 2Ec1 4.44 f ，考 虑到短 距对电 势的 影 响 ，Et1 2Ec1 4.44 fK p1 ，其中 K p1 sin( y1 90 )成为
6、短距系数。4.线圈电势匝线圈的电势 E y1Et15.线圈组电势考虑到线圈的分布对电势的影响（存在电角度差），线圈组（ q 个线圈）的电势qasin pEq1 q Ey1 K d1，其中 Kd12 ，称为绕组的分布系数。 ( a p )a Q1q sin 126.相电势、每相磁通量E 4.44Kdp1 f ，其中 kdp1 kd1 k p1， 为每极磁通量， 为每相串联导体数。在电磁计算中一般要先假定电势求磁通，即2.22 f 1Kdp1E （0.85 0.95） U1，其中 U 1为定子绕组每相电压。7.磁通密度、磁势的计算电机的每极磁路通过了 2 个定子齿、1 个定子轭、 2 个转子齿、1
7、 个转子轭、 2 个气隙。定子齿部磁密 Bt1 F st1 s St1转子齿部磁密 Bt2 Fs St21定子轭部磁密 B c1 1c1 2 Sc1转子轭部磁密 Bc 2 1c2 2 Sc2气隙磁密 Bg Fsgs Sg其中 Fs 是反应磁路饱和影响的波幅系数， S 为各部分磁路面积。 在求得磁路各部分磁通密度后，根据铁心的磁化曲线可获得各部分的单位长度磁势 at ， 用 at 乘以各部分磁路长度 l 可得到各部分磁路的磁势，但气隙磁势求法不同。ATg 0.8 Bg ge，其中 ge g Kc1 Kc2 为有效气隙长度。将各部分磁路的磁势相加可得每极所需磁势 AT 。磁密的单位为 Tesla(
8、国际单位制)或 Gauss， 1T 10000G 磁势的单位为 A或 A T(Amp T urn)。8. 磁化电流满载磁化电流 Im 2.22 AT p单位 A。m K dp1激磁电抗标么值xm满载磁化电流标么值kwXm UI1 )Im空载电势标么值 e0 1 im x1(E0 U1 Im X 1 )，其中 x1为考虑定子槽漏磁、 端部漏磁、谐波影响的等效电抗，其实际值的单位为 。满载电势标么值 e 1 (ip r1 ir x1)(E U1 (Ip R1 Ir X1)其中 ip为定子1电流中的有功分量的标么值ip 1 i1 cos ，ir为定子电流中的无功分量ir im ix i1 si n
9、，ix 为满载电抗电流其大小反应了电机的漏磁、 谐波影响的程度， 可用电路法直接求解出。利用电机空载电势和满载电势的比值可轻松求出空载磁路特性（如Bt10 e0 Bt1 ），根e据空载磁路可得空载磁化电流 I m0 2.22 AT0 pm0 m K dp19. 电机的电流 电流是电机计算中的最关键参数，电磁计算其实就是计算电机各部分电流。 有功电流概念：有功电流是指定子电流中以做功（发热或产生机械能）形式消耗掉的部 分，用 I p 表示。无功电流概念： 无功电流是指定子电流中用于能量转换 （激励磁通、 电抗电流） 的部分， 其本身不产生热量，用 Ir 表示。定子电流是有功电流分量和无功电流分量
10、的矢量和，用I 1表示。I1Ip2 Ir2 ，2 2m1K dp1转子电流（导条电流）i2ip2ix2，有效值 I2 i2IKW1dp1 ，试中2px 2 2KW Q2m1K dp11 dp1 是将转子电流折算到定子侧的电流变比，由于铸铝转子绕组是一个对称的Q2多相绕组（每根导条为一相） ，实际上转子绕组共有 N 根导体，其绕组系数为 1。端环电流 I R I 2 Q 2 ，即表示将端环电流按电角度 （ p ）折算后， 用导条电 R 2 pQ2流计算。四、电动机的功率方程1. 平衡方程P2 P1 Pcu1 Pfe Pcu2 Ps Pfw 是功率平衡方程。 方程中所有项目都为有功功率即以发热和做
11、功的形式消耗，以下逐项说明。2. 额定功率P23 UN I N cos 是通过电机转轴输出的额定机械功率。3. 输入功率P13 U N IN cos 是输入电机的有功电功率。4. 定子铜耗Pcu1 3 I 12 R1是定子电流与定子电阻产生的电功率，也发热形式消耗。5. 定子铁耗2Pfe 3 I 02 Rm（）是定子铁心受磁滞现象和涡流现象影响的热损耗，在实际计算中是 通过铁心磁路各部分磁通密度查到对应的每单位损耗值，再乘以铁心总重量，在通过校 正系数得到的。 铁耗的大小与最大磁密、 额定频率、 材料用量、 单片厚度成正比。 注意， 实际中还存在转子铁耗，但转子频率非常低 f 2 s f1，故
12、可忽略不计。6. 转子铜耗Pcu2 I 22 R2是转子电流与转子电阻产生的电功率，也发热形式消耗。7. 杂散损耗Ps 是反应漏磁通、 谐波磁通、 磁谐波磁通产生的有害附加转矩对电机的损耗，一般按经验或标准选取。8. 机械损耗Pfw 是考虑风扇和轴承对电机的损耗，一般按经验取。9. 转差率S Pcu2表示为铜耗占总电磁功率的比例，式中Pfe 为旋转铁耗约占铁P2 Pfe Ps Pfwfe耗的 65。10. 效率P2 为输出功率与输入功率的比值。P111. 功率因数cosI KWI1p五、最大转矩 电动机的最大转矩与额定电压的平方成正比，与频率成反比。转差率可以影响最大转矩 时转差点。六、起动计
13、算 鼠笼型转子电动机的起动计算十分复杂，因为起动时，起动电流很大，导致磁路饱和， 磁路的各个参数改变，不能按原磁路参数计算。另外由于转子导条有集肤效应（又称挤 流效应） 使转子的有效槽高变短， 又改变了转子参数。 下面简单介绍一下这些关键参数。KZ 起动时由于磁路饱和引起漏抗变化系数。K R 考虑集肤效应使转子电阻增加系数。一般大于1KX 考虑集肤效应使转子电抗减小系数。一般小于 1U1起动电流倍数 Ist 1 ，表示起动电流与额定电压成正比与起动阻抗成反Zst I1 zst i1比。r起动转矩倍数 Tst 2s2t （1 S） ，所以要想明显的增大起动转矩，就需要增大转子起动zs2t电阻在总
14、起动阻抗中的占有率。七、电磁计算中关键尺寸及其影响1. 冲片、槽形尺寸 在相同磁密的情况下冲片尺寸越大其磁通越大，也就是出力越大。 B 。S 在相同冲片的下，定子槽形越大，其能容纳的导体面积越大，可以降低电密，减小热负 荷，减小电阻（匝数不变）和定子铜耗，降低槽满率（匝数、线规不变） ，但定子齿部 磁密升高，激磁电流增大导致定子电流增大（满载时影响不大） ，铁耗增大。 在相同冲片的下，转子槽形增大，可降低导条电密，减小热负荷，减小转子电阻和转子 铜耗，但转子齿部磁密升高，激磁电流增大导致定子电流增大（满载时影响不大） ，无 转子铁耗故铁耗不受影响。但影响最大的是起动性能，使起动转矩大幅下降。
15、调整转子冲片槽形可以在起动转矩减小不大的情况下，有效的降低起动电流；采用短槽 形可以增大起动转矩和转差率，适用于高转差电机。所以说，转子槽形的合理性是十分 重要的。2. 气隙尺寸 气隙是电机中机电能量转换的重要部分，其尺寸十分重要。空气的磁导率要远低于铁磁 材料（相关知识见电磁场教材） ，所以虽然气隙很小但所需的激磁磁势却是最大的，由 于激磁电流为无功电流，所以说减小气隙可以显著提高功率因数，但会导致气隙中的附 加转矩增强，影响电机的转矩，杂散损耗增大，装配困难。3. 铁心长度 在相同的磁通下，铁心越长磁密越低，铁耗越低，热负荷下降。有助于提高效率。加长 铁心的最明显缺点是浪费材料，和可能造成端部紧张。4. 绕组匝数
