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1、Harbin Institute of Technology课程设计说明书课程名称：电机设计设计题目：单相串激电动机原理与设计院 系：电气工程及自动化班级：1206111班设计者：徐浩学号： 1120610620指导教师：尚静、赵猛设计时间： 2015.01.05-2015.01.14哈尔滨工业大学教务处哈尔滨工业大学课程设计任务书姓名：徐浩院（系）：电气工程及自动化专 业：电气工程及其自动化班 号：1206111任务起至日期：2015年1月5日至2015年1月14日课程设计题目：单相串激电动机原理与设计已知技术参数和设计要求:1、额定功率：Pn=250W2、额定交流电压：Un=220V3、电
2、源频率：f1=50 Hz4、额定转速：nN=6000 rpm5、额定转矩：Mn=0.398 N m6、额定效率：nN=61%7、额定功率因数：CosN=0.85工作量：1、电磁设计2、定转子冲片设计和绕组设计3、总装图的绘制单相串激电机设计一、主要技术要求1. 额定功率PN=120w2, 额定交流电压Un = 220V3. 电源频率f = 50Hz4. 额定转速七=6000rpm5. 额定转矩 M n = 0.191N - m6, 额定效率门n =58%7, 额定功率因数cos、= 0.868, 工作状态：连续工作状态二、电机主要尺寸9 计算功率 P = E -1 =虫n - P = 1 +
3、0.58 x 120 = 163.45Wi N 2 ,N 2 x 0.5810. 负载时电枢电流1 = NT = 1.09Aa 叩.U cosP11, 负载时电枢电势E = 了 = 149.47Va12, 极对数P = 113. 极弧系数a = 0.6314, 预取线负荷A = 80A / cm115. 预取气隙磁感应强度B = 3300GS0116.电机常数C17. 电机长径比18. 电枢外径6、2 x1086瑚2 x108=5101.8a -B&A0.63x3300x80= 1.05D2 = 10 -H =10 . - nN5025.6 x 163.45 =50.7 mm1.05 x 60
4、00取 D = 51mm219. 铁芯计算长度 L = - D = 1.05 x 51 = 53mm20, 电枢周边速度v =丸.D no10-3N60兀 51 6000 10-3=云 一匕35 m /，冗 D兀x 5121. 极距 t = 2 = = 80.11mm2 P2 x 122, 计算极弧长度 b0 = a . t = 0.63 x 80.11 = 50.5 mm23. 电枢铁芯磁化频率f = N = 6 = 100Hz606024, 气隙长度 8 = 0.01 D = 0.01 x 51 = 0.51mm取 8 = 0.5mm25.定子外径D = 2 D = 2 x 51 = 10
5、2 mm取 D = 102mm126. 定子内径 D = D + 2 8 = 51 + 2 x 0.5 = 52mm27. 转子内径 D = 0.21 D = 0.21 x 51 = 10.5mm取 22 = I。.5电枢及换向28. 电枢绕组形式：单迭绕组29. 负载时每极有效磁通4 = B&. b - L -10-2 = 3300 x 50.5 x 53 x 10-2 =1.0739 x 105 MX30. 导体数v 60 - a 项-E-108N =P - n -4_ 60 x 1x 侦2x 150.0 x 108=1x 6000 x 1.0739 x 105=2394.7（条）其中并联
6、支路数a = 131,电枢槽数 Z = 0.3 - D2 = 0.3 x 51 = 15.3取 Z = 15（槽）32,换向片数 K = 3 - Z = 3 x 15 = 45片）33.电枢绕组元件匝数W =卫=当=26.6 c 2 - K 2*45取七=26（匝）34. 电枢导体数最终值N = 2 - K - Wc = 2 x 45 x 25 = 2340（条）35. 气隙磁感应强度最终值B = 60很 x1010 - a - E8 = P - n - b - L - N_ 60 寸2 x1010 x1x150.0=1x 6000 x 50.5 x 53 x 2250=3377GS| Ba1
7、 B 1 x 100%B5I 3377 - 3300 I3430=2.35% 3%36.每极有效磁通最终值=x 100%4 = B&.b0 -L10-2 = 3377.1X50.47x53x10-2 = 1.0739x105MX37.电机线负荷最终值A= 32 =2340x1.09x10 *A/cm2 兀-气 2x 3.14 x 51I I1.100% = 0.18% 3%，可通过A N 2340 38.电枢每槽导体数S = = 156Z 1539.电枢绕组的元件节距及换向器节距V =土 =生=22.5 y = y - 0.5 = 22 Y = 1 Y = 11 2 P2 x12 。k40.电
8、枢绕组电流密度预取值 七=12A/mm241.导线截面及直径 g =0.0456mm2 a1 2 j2 x 12根据导线标准，取导线QZ-2导线截面积g = 0.062mm2a铜线直径d = 0.28mma带绝缘导线直径d = 0.33mm u42, 电枢绕组最终电流密度j =- = 1.09= 8.88A / mm 22 g 2 x 0.06243. 电枢槽与齿的计算K - D 兀 X 51齿距 t =2 = 10.68mm2 Z 15齿磁密B 2 T3000GS齿宽4 = 3 10.68 = 2.98mm* - B 2 0.93 x 13000其中铁芯叠压系数Kfe = 0.93槽口宽 b
9、 = 2.5xd = 2.5x0.33 = 0.83mm,槽口高 h = 0.55-b = 0.45mm，取h = 1mm槽上圆直径Z +兀d =(D2 2 . h02) Z 气 2 = 6.20mm d 2=6.0 mm轭磁密Bj2=13000GSD - B轭高h= 7.12 mm 槽高2 - P - *e - B 2h 2 = 0.5 - (D2 - D 2 - 2h 2) = 13.12mm槽下圆直径一 .兀 ，(D - 2 - h ) - sin(一) - bd = 2Z = 2.7 mmX 2兀、1 - sin( z )槽上下圆中心距h = h - h - 0.5 - (d + d
10、) = 8.2mmS 21202d 2X 244. 电枢槽截面积兀hS = (d 2 + d 2) + S2(d + d ) = 54.7mm228 d 2X 22d 2X 245 槽满率 f = ” J = 0.1755 0.334 S2符合要求图1转子冲片尺寸示意图46. 一根导体平均长度L = L +1.2 D = 114.2mm a247.热态电枢绕组电阻r = 1.22 -10-1 = 23.21Q a 57004ga48.满载情况下电枢绕组内电压降AU = I r = 25.38V49,换向器直径及周边速度Dk = 0.82 D2 = 40.80mmV = Dk n X10-3 =
11、 12.81m / sK 6050.换向片距t = -K = 2.85mmk K51.电刷参数选用电刷牌号D308摩擦系数R = 0.25每对电刷压降*= 25V电流密度允许值JS0 = 10 A / mm2单位压力P = 300g / mm2S最大周边速度V = 40m / sK 052. 电刷的电流密度js = JS0 = 10A/mm253, 电刷载面积及其尺寸S =- X102 = 10.9 mm 2尸s电刷宽度 b = 1.9 -1 = 5.4mm，取b = 5.8mm电刷长度 a = 宁 =2.0mm，取a = 10mm s电刷截面积 Ss = a、-气=5.8 x 10 = 58
12、mm254,换向器轴向有效长度、=1.7xaS =1.7x10 = 17mm换向器总长、=、+ 4-d = 17 + 4x0.27 = 18.08mm55.换向器的检验：换向器宽度b = b + (K + 1 -y I-a)-1 D = 19.71mmK S Z2 - P1 P K DK换向区宽度允许值b = 0.8 - (t -b ) = 23.71mmbK 七0，符合要求电枢元件漏磁通单位磁导X = 0.6 2 ht 2+ 1,2 D2 + 0.92 - log( 2) = 4.15d 2 +dX 2L02电枢短路元件内电抗电势乌=2%A LV -10-7 = 1.17V电枢反应电势eKR
13、8 小七 E L 匕 x 10-7 = 1.20V t 一 b 0合成电势 e = + Er = 1.17 +1.20 = 2.37Vep 4.5V，满足要求四、磁路系统及磁路计算推荐磁密范围：极芯 B 2 9000GS定子轭 B:16000 - 17500GS电枢齿 B 2:16500 - 17500GS电枢轭 B 2:14000 - 17500GS气隙 B : 3500 - 6000GS56,磁极尺寸轴向长度 = L = 53mm极芯高度 h 1 = 0.3 D2 = 0.3 x 51 = 15.3mm极靴厚度 b = 0.06 D = 3.1mm极芯磁密B 1 = 8000GS极芯截面积
14、S = 1476.6mm2tiBti极芯宽 b =ti = 30.0mmti 七-L157.机座尺寸机座轭磁密B.1 = 11000GS机座轭截面积S = 1.1二.100 = 537.0mm 2ji2 Bj1机座厚度 h =j =10.9mmj1 K L图2定子冲片图58,气隙磁密气隙系数=1.05t +1052t2 - b02 +105气隙磁势F = 1.6-、 B -5 -10-1 = 285.17（安匝）59. 电枢齿磁势电枢冲片选用D42-0.35电枢齿磁场强度由相应的磁密查磁化曲线得到，电枢齿磁场强度H 2 = 5A / cm电枢齿磁势F2 = 2- H 之-h 2 -10-1 =
15、 13.12（安匝）60, 电枢轭磁势电枢轭磁场强度H = 5A / cm j 2电枢轭长L = 竺D_2h2_匕2） = 27.70mm电枢轭磁势j 22 - PF22 = H 2 -L22 -10-1 = 13.84（安匝）61,极芯磁势极芯磁感应强度色1 = 8000Gs极芯磁场强度H = 0.93A / cm极芯磁势F1 = 2 - H1 - h 1 -10-1 = 2.84 （安匝）62,极轭磁势极轭磁感应强度B = 110005极轭磁场强度H广2A / cm极轭长 L = 1匕= 143.1mm j12 - P极轭磁势F1 = HL1 -10-1 = 28.62(安 匝)63.每对
16、极磁势F = 1.09 - (F + F + F + F + F ) = 374.52(安匝)5 j1t112j 2五、激磁绕组计算64. 每极匝数FW =公匠厂=121,取吗=121a65. 定转子绕组匝数比K =理 = 0.20 , K 0.35，不符合要求K NK66. 导线截面与直径电流密度初值j1=m / g截面初值 g =-a = 0.099mm21 j1取导线规格QZ-2 铜导线直径 = 0.38mm带绝缘导线直径d = 0.44mm1u导线截面积g1=0.113mm2 激磁绕组窗口面积S =七 = 18.40mm210.83定子拥有的窗口面积兀S = 0.12* (D -2h
17、)2 -(D + 2b )2勺亦 八141 j112 xq 3% UN不符合要求75.功率因数cosQ 一 c os pl-i-N2-1 x100% = 3.1% 1%cos甲 N不符合要求六、损耗和效率76,铁重机座重G = 22 - (D + 2h + h ) - h - L -10-6 = 1.175Rg j12 t1j1j1 1极芯重G1 = 7.8 x 2 P - S 1 - h 1 -10-6 = 0.352kg电枢轭重G.2 = 5.5 - (D2 - 2h2 - L -10-6 = 0.179kg电枢齿重G 2 = 7.8 Z - b 2 - h 2 - L-10-6 = 0.
18、243kg77,机座、磁极及电枢中的磁滞和涡流损耗 单位铁耗系数：K= 28 （f） + 2.5 p （4）2FE1100，100=2 X1.1x（四）+ 2.5 X 1.4 x（当2 = 1.975 W100100K = 28 （上）+ 2.5 p （上）2FE 2100，100=2 x 1.1 x （史0） + 2.5 x1.4 x （四）2 = 5.7 Wkg100100K= 1.58 （上）+ 3p（上）2FE 3100，100=1.5 x1.1x（四）+ 3 x1.4 x（四）2 = 5.85 W/kg100100机座中铁耗:P = K - （-B）2 - G = 1.975 x G
19、9000）2 x1.141 = 2.81W j1FE1 10000， j110000极芯中铁耗：P = K - （B）2. G = 0.446W t1FE1 10000 t1电枢轭铁耗：BP = K- （ ）2. G = 1.72Wj 2FE2 10000 j 2电枢齿铁耗：P = K - （-BJ ）2. G = 2.40W12FE3 1000012总铁耗：P = P + P + P + P = 7.37W0 j1 t1 j 21278.铜损电枢绕组铜损Pa= Ia 2 - ra= 27.76W激磁绕组铜损Pb = I： = 14.98W79. 电刷及换向器接触电损耗Pk=XU、-1 = 2.73W80. 电刷磨耗P = 9.81-r P -S V -10-5 =1.03WHS S K81. 轴承与风磨耗P = 3.5 X10-3 - (D2)2.6 - (2Ln)1.6 = 4.25Wmt10100082. 满载时总损耗P = K (P + P + P + P + P + P ) = 63.36W at a b 0 K H mt83. 效率n = U/a cs甲-p x100% = 69.67%U I cos甲1 a
