小型電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)與制作

/小型電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)和制作1設(shè)計(jì)目的電機(jī)和拖動(dòng)是一門(mén)要求實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，具有極其廣泛的工程應(yīng)用價(jià)值。若要深化地駕馭理論學(xué)問(wèn)，就必需在加強(qiáng)理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，留意加強(qiáng)工程實(shí)踐操作技能的系統(tǒng)訓(xùn)練。不僅通過(guò)試驗(yàn)論證一些理論問(wèn)題，而且還要通過(guò)工程設(shè)計(jì)、工程實(shí)踐等環(huán)節(jié)，駕馭該課程在實(shí)踐工程應(yīng)用、故障分析等方面的綜合實(shí)踐技能，使學(xué)生樹(shù)立工程意識(shí)、提高工程實(shí)踐實(shí)力。本課程設(shè)計(jì)旨在通過(guò)學(xué)生獨(dú)立完成小型電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)以達(dá)到對(duì)學(xué)生的綜合性訓(xùn)練。2設(shè)計(jì)計(jì)算和裝配過(guò)程2.1設(shè)計(jì)題目試設(shè)計(jì)一臺(tái)f=50Hz的三相異步電動(dòng)機(jī),額定電壓為380V，額定輸出功率0.55KW，額定電流1.5A，額定轉(zhuǎn)速1390轉(zhuǎn)/分鐘，額定效率73％，額定功率因素0.76，Y型接法，極數(shù)為4，極對(duì)數(shù)p＝2，即2p=4。1)計(jì)算功電流；2)計(jì)算定子槽數(shù)，轉(zhuǎn)子槽數(shù)；3)計(jì)算電機(jī)主要尺寸（定子鐵心內(nèi)徑，外徑，鐵心有效長(zhǎng)度）；4)計(jì)算氣隙，轉(zhuǎn)子外徑；5)銅線直徑及繞組匝數(shù)的計(jì)算。2.2設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算由題目設(shè)計(jì)數(shù)據(jù),查詢(xún)書(shū)籍《異步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》附表1-9Y系列（IP44）小型三相異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)（380V、50Hz）可知電機(jī)型號(hào)應(yīng)為Y801-4。1)計(jì)算功電流三相異步電機(jī)功電流計(jì)算公式為依據(jù)題目所給數(shù)據(jù)得2)計(jì)算定子槽數(shù)，轉(zhuǎn)子槽數(shù)依據(jù)Y801-4電機(jī)數(shù)據(jù)可知定子槽數(shù)QUOTE，轉(zhuǎn)子槽數(shù)QUOTE的關(guān)系為極距計(jì)算：(槽)為了較好地抑制5次和7次諧波，接受短距繞組；節(jié)距(槽)3)計(jì)算電機(jī)主要尺寸（定子鐵心內(nèi)徑，外徑，鐵心有效長(zhǎng)度）依據(jù)Y801-4電機(jī)數(shù)據(jù)可知：定子鐵心內(nèi)徑：定子外徑：鐵心有效長(zhǎng)度：4)計(jì)算氣隙，轉(zhuǎn)子外徑依據(jù)Y801-4電機(jī)數(shù)據(jù)可知：氣隙長(zhǎng)度：轉(zhuǎn)子外徑：5)銅線直徑及繞組匝數(shù)的計(jì)算銅線截面積計(jì)算公式為其中，QUOTE：定子額定電流 QUOTE：并聯(lián)支路數(shù)QUOTE：并繞根數(shù)QUOTE：定子電流密度對(duì)于小型電機(jī)，QUOTE較小，常取QUOTE；當(dāng)QUOTE較大時(shí)，可選用QUOTE根導(dǎo)線并繞。一般取QUOTE；對(duì)于QUOTE，定子電流密度一般在QUOTE，取QUOTE。由銅線截面積計(jì)算公式可得又由得d=0.9mm。繞線匝數(shù)：依據(jù)Y801-4電機(jī)數(shù)據(jù)可知，其具體計(jì)算公式為其中，：降壓系數(shù)（一般取0.75~0.95），這里取0.8；：相電壓，這里：極對(duì)數(shù)：定子鐵芯內(nèi)徑，這里7.5cm：定子鐵芯長(zhǎng)度，這里6.5cm：定子槽數(shù)24槽：氣隙磁密，0.40~0.65，這里取0.6：繞組系數(shù)，這里取0.966計(jì)算得(根/槽)，實(shí)際取128(根/槽)2.3電機(jī)拆卸拆卸過(guò)程1)斷開(kāi)電動(dòng)機(jī)電源，保證操作人員的平安；2)拆去接線盒內(nèi)的電源接線盒接地線，使定子銅線和外部接口斷開(kāi)，按接線盒上的相序，標(biāo)注相關(guān)銅線的對(duì)應(yīng)相序；3)拆下風(fēng)扇罩上的螺絲，取下風(fēng)扇罩；4)拆下風(fēng)扇，順便清掃一下污垢；5)拆下前軸承外蓋盒后端蓋螺釘；6)敲出轉(zhuǎn)子聯(lián)通后端蓋，視察轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，為一個(gè)已經(jīng)鑲嵌好的鐵心；7)拆下前端蓋，使定子繞組的兩端都顯露出來(lái)，視察定子繞組，為單層繞組結(jié)構(gòu)，線圈和線圈之間緊密連接，銅線之間有類(lèi)似于紙質(zhì)的物質(zhì)相隔，起到絕緣作用，定子鐵心為硅鋼片壓制而成，明顯看得出每片硅鋼片之間的縫隙，技術(shù)不怎么樣；8)將定子線圈從定子鐵心上面當(dāng)心拆下，拆下繞組，視察線圈具體繞制方法和鑲嵌方法并登記線圈繞組鑲嵌圖示（手工繪制），如圖1所示。圖1線圈繞組鑲嵌圖示拆卸留意事項(xiàng)1)留意要在斷電狀況下對(duì)電機(jī)進(jìn)行拆卸；2)拆螺絲時(shí)要當(dāng)心旋轉(zhuǎn)，不要把螺絲帽的凹痕弄掉；3)拆卸風(fēng)扇時(shí)當(dāng)心風(fēng)扇葉片，不要弄斷葉片；4)拆卸線圈時(shí)要按部就班，不能操之過(guò)急；5)線圈拆卸確定要留意輕手，留意不要把絕緣層弄破，否則簡(jiǎn)潔造成事故。2.4電機(jī)裝配繞組嵌放方法（定子繞組接受單層鏈?zhǔn)嚼@組，節(jié)矩為1～6），比照?qǐng)D1，起始槽選定以后，即可按以下依次進(jìn)行嵌線：1)假設(shè)以第7槽為起始槽，先將U相一線圈的下層邊(由于該線圈邊的端部是被壓在其他線圈下面的，故稱(chēng)下層邊)嵌入第7槽，上層邊短暫吊起不嵌。2)空一槽(第8槽)，將W相一線圈的下層邊嵌入第9槽，其上層邊短暫也吊起不嵌。3)再空一槽(第10槽)，將V相一線圈的下層邊嵌入第11槽，其上層邊按y＝（1-6）槽嵌入第6槽。4)再空一槽(第12槽)，將U相其次個(gè)線圈的下層邊嵌入第13槽，其上層邊按y=(1-6)槽嵌入第8槽。5)按空一槽、嵌一槽的方法，依次將其余線圈嵌完。6)最終把U相和W相尚未嵌入的上層邊（吊把邊），分別嵌入第2和第4槽，整個(gè)繞組即全部嵌好。3試驗(yàn)結(jié)果和分析3.1繞組對(duì)一機(jī)殼及其相互間絕緣電阻測(cè)定本試驗(yàn)接受500伏搖伏表，搖表外有兩個(gè)接線柱，分別標(biāo)有“L”和“E”。將二絕緣導(dǎo)線的一端分別接于二接線柱上，另二端分開(kāi)，用手搖動(dòng)搖表（轉(zhuǎn)速約120轉(zhuǎn)/分），表的指針指向無(wú)窮大。假如把引線的兩端快速碰一下，表的指針應(yīng)偏轉(zhuǎn)至0歐。檢查電動(dòng)機(jī)繞組的相間絕緣電阻時(shí)，將搖表“L”和“E”的引線分別接至待測(cè)的不同相繞組的端頭，搖動(dòng)搖表，表的指針指到750MΩ。檢查各相繞組對(duì)鐵心的絕緣電阻時(shí)，可將“L”引線接該相繞組的一端，“E”的引線和外殼相接，絕緣電阻為500MΩ。結(jié)果分析：對(duì)于工作在380V的電器，絕緣電阻不應(yīng)小于0.5兆歐。因此，相間絕緣和繞組對(duì)鐵芯絕緣均符合要求。3.2繞組在實(shí)際冷態(tài)下直流電阻的測(cè)定伏安法測(cè)得的數(shù)據(jù)如表1所示表1繞組Ⅰ繞組Ⅱ繞組ⅢI（mA）504030.130.240.150.250.240.130U(V)0.630.510.380.380.510.640.640.510.38R(Ω)12.612.7512.6212.5812.7212.7512.7512.7212.67平均值(Ω)12.6612.6812.7100—250V可調(diào)直流電樞電源電機(jī)定子一相繞組AV﹢﹣S1S2圖2三相溝通繞組電阻測(cè)定接線圖結(jié)果分析：依據(jù)圖2接線和測(cè)定結(jié)果，可由公式計(jì)算得定子各相的冷態(tài)電阻值，分別為12.66Ω，12.68Ω，12.71Ω。理論上，三相對(duì)稱(chēng)電阻應(yīng)相等，而試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果已相當(dāng)接近，在誤差允許范圍內(nèi)，完全符合要求。3.3空載電流和空載損耗的測(cè)定空載試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示表2序號(hào)UOL(V)IOL(A)PO(W)UABUBCUCAUOLIAIBICIOLPIPIIPO1367.5375382.53751.11.081.11.09-187.5340.1152.60.222345345352.5347.51.121.11.11.11-133.7255.4121.70.1833153153183160.930.90.950.93-101.7198.696.90.1942852852852850.550.550.580.56-76.0415982.960.3052102102102100.550.530.550.54-31.4890.4758.990.306178.5178.5178.5178.50.450.450.450.45-15.9566.8850.930.367142.5142.5142.5142.50.40.380.40.39-4.3249.5945.270.478939393930.30.30.30.37.1733.0240.190.8396967.56968.50.350.350.350.359.3826.9436.320.87DD01三相調(diào)壓DD01三相調(diào)壓溝通電源WWAAAMVVVABC＊＊＊＊圖3空載和短路測(cè)定接線圖結(jié)果分析：依據(jù)圖3接線和測(cè)定結(jié)果，可依據(jù)公式計(jì)算出空載功率，再依據(jù)公式計(jì)算出空載電壓，再依據(jù)公式求出空載電流，最終依據(jù)公式求得功率因數(shù)。通過(guò)查找資料可知，空載時(shí)，定子的功率因數(shù)較低，約為0.1~0.2，和測(cè)量計(jì)算結(jié)果完全吻合，進(jìn)一步說(shuō)明電機(jī)設(shè)計(jì)的正確性。此時(shí)，轉(zhuǎn)差率，電機(jī)吸取功率主要用于勵(lì)磁，原等效電路轉(zhuǎn)子部分相當(dāng)于開(kāi)路。由空載試驗(yàn)數(shù)據(jù)求激磁回路參數(shù)：空載阻抗：；Y型接法空載電阻：；Y型接法空載電抗：激磁電抗：，其中由短路試驗(yàn)測(cè)得。激磁電阻：式中，為額定電壓時(shí)的鐵耗，由下圖4確定圖4鐵耗和機(jī)械損耗圖由試驗(yàn)數(shù)據(jù)畫(huà)圖，得到，所以結(jié)論：空載時(shí)，功率因數(shù)只有0.1~0.2，特殊低，即利用率很低。因此，應(yīng)避開(kāi)大馬拉小車(chē)現(xiàn)象出現(xiàn)。盡量讓電機(jī)工作在額定負(fù)載，此時(shí)功率因數(shù)最大，利用率最高。3.4短路試驗(yàn)短路試驗(yàn)的數(shù)據(jù)如下表3所示表3序號(hào)UKL(V)IKL(A)PK(W)UABUBCUCAUKLIAIBICIKLPIPIIPK182.582.582.582.51.251.251.251.2520.7100.2120.90.68267.567.567.567.5111113.516881.510.693484848480.750.750.750.757.438.1345.530.734333333330.50.50.50.53.317.7721.070.735303030300.450.450.450.452.4114.1216.530.70結(jié)果分析：依據(jù)圖3接線和測(cè)定結(jié)果，可依據(jù)公式計(jì)算出短路功率，再依據(jù)公式計(jì)算出短路電壓，再依據(jù)公式求出短路電流，最終依據(jù)公式求得功率因數(shù)。此時(shí)，電機(jī)堵轉(zhuǎn)，，相當(dāng)于轉(zhuǎn)子短路，而主要功率消耗在銅耗上，勵(lì)磁部分很少，可以忽視。由空載試驗(yàn)數(shù)據(jù)求激磁回路參數(shù)：短路阻抗：短路電阻：短路電抗：轉(zhuǎn)子電阻的折合值：式中，，冷態(tài)電阻。定子，轉(zhuǎn)子漏抗：結(jié)論：堵轉(zhuǎn)時(shí)，電流量過(guò)大，發(fā)熱量也大；若加上額定電壓，可能會(huì)燒壞電機(jī)，因此，運(yùn)行時(shí)嚴(yán)禁