三相鼠籠式異步電動機優化設計

宋華

摘 ?要：異步電機是工農業生產中應用最廣泛的電機，其性能的提高具有重要意義。本文針對設計參數要求，采用優化設計的方式以權衡電機性能、運行費用、制造成本、運行可靠性等因素，決定最優的設計改進方案。

關鍵詞：異步電機;設計

一、設計主要尺寸

異步電動機中心高及相應的定子鐵心外徑：Y180L-6型號。中心高為180mm，定子鐵心外徑290mm，內徑205mm，鐵心長200mm。不同極數電機定子鐵心內外徑比KD=Di1/D1l 6～8極電機為0.68～0.74，主要尺寸比λ= lef/為1.5-3.0之間。本文研究的電機氣隙為0.45mm。本文每極每相槽數q1為3，所選用的槽配合為定子54槽，轉子44槽。

二、電機優化設計方案

1、節省材料：節約有效材料主要是減少電機的體積，可以減小定子外徑和鐵心長，也可以減少導體總數和導線截面積。電磁負荷A、值決定了利用系數，直接影響電機的有效材料利用量，可以采取提高電磁負荷的辦法來縮小電機的體積。

此方案中，將鐵心長減小5mm， 然后在線規的選擇上選擇2跟直徑為1.04mm的導線代替一跟直徑1.5mm 的導線，這樣導體總截面積由1.767 減為1.699，調試結果顯示，五項指標都達到要求，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、效率都有所降低，最大轉矩與起動轉矩都有所提高，起動電流比原方案提高了。

分析：鐵心長度減小，定、轉子的齒部軛部截面積變小，定、轉子的的齒部軛部磁密增大，導致總安匝變大，從而滿載磁化電流變大，滿載電流無功部分增大，功率因數降低;由于滿載電流無功部分增大，使得定子電流變大，從而定子銅損會升高，導致效率降低;由于鐵心長度減小，定子相電阻會有所降低，最大轉矩增高;轉子起動電阻變大，起動轉矩降低。鐵心長度減小，導致起動總漏抗減小，使得起動電流升高。

2、提高性能的調整方法：提高效率的調整方法有多種，此處通過改變槽行來進行調整，本方案中b1增加0.1mm，R1也增加了0.1mm，槽深增加了2.1mm，轉子槽高減小0.2mm，端環面積減小15，同時將氣隙減小0.05個毫米，結果顯示，五項指標都通過，效率、起動轉矩倍數得到提高（因為轉子電阻增大），起動電流由6.1861減為6.159533A。功率因數比原方案有所降低，可以通過減小氣隙、增加每槽導體數來獲得提高。

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，會使功率因數降低;定子齒截面積變小，齒體積也相應減小，鐵耗降低，效率得到提高;轉子槽面積與端環面積減小，使得轉子起動電阻減小，起動轉矩倍數增大;氣隙減小，諧波漏抗增大，起動總漏抗變大，使得起動電流降低。性能得到改善。

3、既節省材料又提高性能：要求將以上方案進行綜合考

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，轉子槽也進行了調整，br2增加了0.1mm，hr3增加了1mm，端環截面積 減少10 ，鐵心長減小5mm，每槽導體數增加1，結果顯示，仍然通過了五項指標，效率有了明顯的提高，起動轉矩倍數也增加了，起動電流減小為6.159A，選擇的線規為2-1.12mm，使得用銅量稍有增加，但用鐵量減少到117.6828kg，總質量還是減小了達到了節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，功率因數稍有降低;鐵心長度的減小與所選線規總截面積變大使得定子繞組的電阻減小，轉子槽面積與端環面積減小，使得轉子起動電阻減小，每槽導體數增加，滿載磁化電流減小，定子電流減小，這些都使效率得到提高;轉子起動電阻減小，起動轉矩倍數增加;每槽導體數增加，漏抗系數增大，總漏抗減小，起動漏抗也減小，起動電流降低。

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、電機的電壓和額定功率來決定。板料材料可以是用于中等大小發電機裱糊（芳族聚酰胺）或是用于小型電機的碾壓的塑料膠膜粘合布。對使用銅線圈的轉子， 所使用的絕緣材料是稀薄碾壓玻璃纖維布料和聚酯或環氧樹脂。二極和四極轉子所用的槽絕緣對改鑄槽孔單元或槽防護片從時間上經歷了從基于云母、牛皮紙、玻璃或石棉布料和合成樹脂。被選擇為槽絕緣材料的樹脂必須是有很強的韌度， 抗老化性能好的，保持絕緣的軟化溫度（TG）遠在運行時所能達到的溫度之上。（2）轉子繞組的絕緣系統。50兆瓦以上的突極電機，運行在1200

rpm 及以上時，設計時傾向導條放于邊緣，因為它可能改善承受旋轉的離心力量。這種磁極的繞組可由者疊壓鋼片的或實心鋼做成。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， 可用絕緣膠帶來增加銅的移動動距離。

參考文獻：

[1] 南昌大學電氣自動化系電機教研室：《電機設計資料匯編》中小型異步電動機設計，2004。

[2] 陳世坤主編：《電機設計》（第2版），機械工業出版社，2000。