三相鼠笼式异步电动机优化设计

宋华

摘  要：异步电机是工农业生产中应用最广泛的电机，其性能的提高具有重要意义。本文针对设计参数要求，采用优化设计的方式以权衡电机性能、运行费用、制造成本、运行可靠性等因素，决定最优的设计改进方案。

关键词：异步电机;设计

一、设计主要尺寸

异步电动机中心高及相应的定子铁心外径：Y180L-6型号。中心高为180mm，定子铁心外径290mm，内径205mm，铁心长200mm。不同极数电机定子铁心内外径比KD=Di1/D1l 6～8极电机为0.68～0.74，主要尺寸比λ= lef/为1.5-3.0之间。本文研究的电机气隙为0.45mm。本文每极每相槽数q1为3，所选用的槽配合为定子54槽，转子44槽。

二、电机优化设计方案

1、节省材料：节约有效材料主要是减少电机的体积，可以减小定子外径和铁心长，也可以减少导体总数和导线截面积。电磁负荷A、值决定了利用系数，直接影响电机的有效材料利用量，可以采取提高电磁负荷的办法来缩小电机的体积。

此方案中，将铁心长减小5mm， 然后在线规的选择上选择2跟直径为1.04mm的导线代替一跟直径1.5mm 的导线，这样导体总截面积由1.767 减为1.699，调试结果显示，五项指标都达到要求，用铜量 10.44423kg  ，比原方案的11.015kg少了0.5777kg 用铁量117.6828kg  ，比原方案的120.7kg减小了3.0172kg，所用的材料虽有所减少，但是其功率因数、效率都有所降低，最大转矩与起动转矩都有所提高，起动电流比原方案提高了。

分析：铁心长度减小，定、转子的齿部轭部截面积变小，定、转子的的齿部轭部磁密增大，导致总安匝变大，从而满载磁化电流变大，满载电流无功部分增大，功率因数降低;由于满载电流无功部分增大，使得定子电流变大，从而定子铜损会升高，导致效率降低;由于铁心长度减小，定子相电阻会有所降低，最大转矩增高;转子起动电阻变大，起动转矩降低。铁心长度减小，导致起动总漏抗减小，使得起动电流升高。

2、提高性能的调整方法：提高效率的调整方法有多种，此处通过改变槽行来进行调整，本方案中b1增加0.1mm，R1也增加了0.1mm，槽深增加了2.1mm，转子槽高减小0.2mm，端环面积减小15，同时将气隙减小0.05个毫米，结果显示，五项指标都通过，效率、起动转矩倍数得到提高（因为转子电阻增大），起动电流由6.1861减为6.159533A。功率因数比原方案有所降低，可以通过减小气隙、增加每槽导体数来获得提高。

分析：b1增加R1也增加使得定子齿、轭磁密有所增大，总安匝变大，满载磁化电流变大，会使功率因数降低;定子齿截面积变小，齿体积也相应减小，铁耗降低，效率得到提高;转子槽面积与端环面积减小，使得转子起动电阻减小，起动转矩倍数增大;气隙减小，谐波漏抗增大，起动总漏抗变大，使得起动电流降低。性能得到改善。

3、既节省材料又提高性能：要求将以上方案进行综合考

虑，在此方案中，保留方案2中的气隙不变，b1增加了0.5 mm，R1增加了0.1mm，槽深增加了2mm，转子槽也进行了调整，br2增加了0.1mm，hr3增加了1mm，端环截面积 减少10 ，铁心长减小5mm，每槽导体数增加1，结果显示，仍然通过了五项指标，效率有了明显的提高，起动转矩倍数也增加了，起动电流减小为6.159A，选择的线规为2-1.12mm，使得用铜量稍有增加，但用铁量减少到117.6828kg，总质量还是减小了达到了节约材料与提高性能的双重目的。

分析：同样的原因，增大了槽宽使得齿磁密变大，功率因数稍有降低;铁心长度的减小与所选线规总截面积变大使得定子绕组的电阻减小，转子槽面积与端环面积减小，使得转子起动电阻减小，每槽导体数增加，满载磁化电流减小，定子电流减小，这些都使效率得到提高;转子起动电阻减小，起动转矩倍数增加;每槽导体数增加，漏抗系数增大，总漏抗减小，起动漏抗也减小，起动电流降低。

4、其他。（1）槽绝缘与匝间绝缘。槽绝缘和匝间绝缘材料由绕组的温度、电机的电压和额定功率来决定。板料材料可以是用于中等大小发电机裱糊（芳族聚酰胺）或是用于小型电机的碾压的塑料胶膜粘合布。对使用铜线圈的转子， 所使用的绝缘材料是稀薄碾压玻璃纤维布料和聚酯或环氧树脂。二极和四极转子所用的槽绝缘对改铸槽孔单元或槽防护片从时间上经历了从基于云母、牛皮纸、玻璃或石棉布料和合成树脂。被选择为槽绝缘材料的树脂必须是有很强的韧度， 抗老化性能好的，保持绝缘的软化温度（TG）远在运行时所能达到的温度之上。（2）转子绕组的绝缘系统。50兆瓦以上的突极电机，运行在1200

rpm 及以上时，设计时倾向导条放于边缘，因为它可能改善承受旋转的离心力量。这种磁极的绕组可由者叠压钢片的或实心钢做成。线圈通常也被充分地处理， 包括在他们被安装在极身上之前注入油漆。在一些铜框架， 特别是在磁极表面附近， 可用绝缘胶带来增加铜的移动动距离。

参考文献：

[1] 南昌大学电气自动化系电机教研室：《电机设计资料汇编》中小型异步电动机设计，2004。

[2] 陈世坤主编：《电机设计》（第2版），机械工业出版社，2000。