三相异步电动机定子绕组计算与绝缘规范优化

时间：2023-06-18 理论教育版权反馈

【摘要】：在修理铭牌失落或数据不全的电动机，以及需要改变某些性能的电动机时，应通过计算得出电动机的各种技术数据。表2-26 三相异步电动机的气隙磁通密度Bδ表2-27 三相异步电动机的气隙若气隙过大，应降低Bδ值，以保证电动机的空载电流不致过大，功率因数不致过低。整个电动机绕组的线圈总数等于槽数z，每相线圈数为z/3。若气隙不在规定范围内，则需适当增加线圈匝数以减小空载电流，使电动机的性能满足要求。

在修理铭牌失落或数据不全的电动机，以及需要改变某些性能的电动机时，应通过计算得出电动机的各种技术数据。

1.定子绕组匝数的计算

（1）每相串联匝数

式中，W₁为每相串联匝数（匝）；K_e为降压系数（又称电势系数），小型电动机取0.86，中型电动机取0.90，大型电动机取0.91；U_x为相电压（V）；k_dp为绕组系数，k_dp=k_d1k_p1，见表2-28、表2-29；f为电源频率（Hz）；Φ为每极气隙磁通（Wb）。

（2）每极磁通

式中，B_pj为气隙中平均磁通密度，它与气隙中最大磁通密度B_δ的关系为；S为每极下的气隙面积（m²）；Φ为每极磁通（Wb）；B_δ为气隙磁通密度（T），应根据电动机的具体情况选取，当铁心材料差、气隙大、极数少时应取小值，另外可根据电动机工作是否间歇、短时，以及通风冷却条件等情况适当调整，参见表2-26；D₁为定子内径（cm）；p为电动机极对数；l为定子铁心长度（cm）。

定子、转子铁心间的气隙应符合表2-27中的规定，也可以用以下经验公式计算，即

式中，δ为定子、转子铁心间的气隙（mm）。

表2-26 三相异步电动机的气隙磁通密度B_δ（单位：T）

表2-27 三相异步电动机的气隙

若气隙过大，应降低B_δ值，以保证电动机的空载电流不致过大，功率因数不致过低。

（3）绕组系数k_dp

1）分布系数k_d1。k_d1是由于一个极相组的各个线圈分嵌在不同槽内引起的，k_d1的大小和每极每相槽数q有关。q越大，k_d1越小。当q＞6时，k_d趋于一个常数。k_d1的值可由表2-28查得。

表2-28 分布系数k_d1值

2）短距系数k_p1。双层绕组的线圈都采用短距，其节距y小于极距τ。y越小，k_p1也越小。k_p1可由表2-29查得。

表2-29 短距系数k_p1值

（续）

3）绕组系数k_dp：k_dp=k_d1k_p1。对于单层绕组，当采用全距线圈时，k_p1=1，故k_dp=k_d1。

（4）每相串联导线根数N1

（5）每槽导线根数每槽导线根数N与每相串联导线根数N₁之间有如下关系：

经推算，得

将f=50Hz，m=3（三相异步电动机）代入上式，得

式中，a为电动机绕组并联支路数。

（6）每个线圈的匝数W_y

1）双层绕组：由于每一槽中有上、下两个线圈边，故W_y=N/2。整个电动机绕组的线圈总数等于槽数z，每相线圈数为z/3。

2）单层绕组：W_y=z。整个电动机绕组的线圈总数等于z/2，每相线圈数为z/6。

按以上公式求得的线圈匝数，在电动机气隙正常的情况下才适用。若气隙不在规定范围内，则需适当增加线圈匝数以减小空载电流，使电动机的性能满足要求。

（7）极对数的估算对于无铭牌的电动机，极对数p可按下式估算：

式中，h_c为定子铁心实际轭高（cm），，如图2-1所示。

图2-1 定子尺寸图

2.额定功率的估算

1）估算方法一：用定子铁心尺寸来估算额定功率，即

P_e=KD³₁l式中，P_e为电动机的额定功率（kW）；K为估算系数，见表2-30；其他符号意义同前。

表2-30 估算系数K的值

【例2-1】有一台电动机，其定子内径D₁为15.5cm，铁心长度l为9cm，极对数为4极，试估算其功率。

解：查表2-30得K=1.4×10^-4，故电动机额定功率约为

P_e=KD³₁l=1.4×10^-4×15.3³×9=4.7kW，可认为此电动机额定功率为4.5kW。

2）估算方法二

P_e=KD²₁ln₁

式中，K为电动机的功率系数，见表2-31；n₁为电动机的同步转速（r/min）；其他符号同前。

试算时，可取K=1.75×10^-6，也可从表2-31中查得。

表2-31 电动机功率系数与极距τ的关系

3）估算方法三：用三相功率公式估算额定功率，即

P_e=3U_xI_xηcosφ×10^-3=3 U₁I₁ηcosφ×10^-3（kW）式中，U_x、U₁分别为电动机额定相电压和线电压（V）；I_x、I₁分别为电动机额定相电流和线电流（A）；cosφ、η分别为电动机的功率因数和效率，可由同类电动机的技术数据中查得。

4）估算方法四：用额定线电流估算，即

小电机分母取大值，大电机分母取小值。

3.导线截面的选择

（1）根据额定功率选择导线截面积

1）根据估算出的额定功率P_e，求出额定电流：

式中，I_e为电动机额定电流（A）；U_e为电源额定线电压（V）。电动机绕组的相电流I_x的计算方法如下：星形联结时，I_x=I_e；三角形联结时，(www.xing528.com)

2）求出定子导线截面积：

式中，q₁为定子导线截面积（mm²）；a为并联支路数；n为导线并联根数；j为定子电流密度（A/mm²），铜导线一般可按表2-32选取或参照相近规格的电动机技术数据。

表2-32 中小型电动机定子电流密度j（A/mm²）

表中数据较适用于新产品，对老产品应酌情减小10%～15%。一般功率大者取小值，功率小者取大值。

3）导线直径的选择原则：当导线直径过小时，绕组电阻将增大5%以上，从而影响电动机的电气性能；当导线直径过大时，漆包线的绝缘厚度过大，则会导致嵌线困难。常用聚酯漆包线的绝缘厚度见表2-33。

表2-33 常用聚酯漆包线的绝缘厚度

为了使嵌线顺利、槽利用率高，绕组的导线直径不宜超过1.68mm。但若导线过细，机械强度就较差，嵌线时容易拉断。一般对于5号机座以下的电动机，单根导线的直径最好不超过1.25mm；对于6～9号机座的电动机，单根导线的直径最好不超过1.68mm。导线并联根数n最好不超过4根。若所需导线总的截面积过大，则可增加电动机并联支路数a。

图2-2 槽尺寸

确定导线线规后，还应校验槽满率F_k。校验槽满率的方法如下：把实际槽形描印下来进行测量，如图2-2所示。槽楔厚度h可根据拆下的实物量取，一般为2～4mm。

槽内导线总面积（即槽有效面积）为

S_ux=S_s-S_i

式中，S_s为槽面积（mm²）；S_i为槽绝缘占的面积（mm²）。对于图2-2a所示的圆底槽有

单层绕组 S_i=C_i[2（h_s1+h_s2）+πR+b_s]

双层绕组 S_i=C_i[2（h_s1+h_s2）+πR+2R+b_s]对于图2-2b所示的平底槽有

单层绕组 S_i=C_i[2（h_s1+h_s2）+b_s1+b_s2]

双层绕组 S_i=C_i[2（h_s1+h_s2）+2b_s2+b_s1]

式中，h为槽楔厚度，一般取2～4mm；C_i为槽绝缘材料的厚度（mm），可按电动机的工作电压和绝缘等级来确定（见表2-34和表2-35），或按下面数值估计；A级绝缘：C_i=0.35～0.45mm；B级绝缘：C_i=0.44～0.50mm；E、F级绝缘：63～112号机座，C_i=0.25mm；132～355号机座，C_i=0.40。

表2-34 Y、Y2、YX3系列定子绕组槽绝缘规范