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电机方案优化一例

2007-3-21 21:41:23 来源:南牛公司原创 作者:管理员 点击:4857

电机方案优化一例

操作说明:首先输入原有的设计方案,打一遍[电磁设计计算单],相关指标自动输入到[自动设计与优化计算]界面,点电机方案优化框中的[开始设计]按钮即可,直到得到的合格方案很少,则为最优之结果。

下面是软件自动优化的结果对比.此例并非最佳设计,仅作为软件操作方法说明之用,绕组铜重节约18克(比原方案节省用铜6.1%),转子铝重节约6克(比原方案节省用铝11%),成本降低约1.05元/台.所有性能均达到或优于原设计方案。实际上将此方案进一步调整设计成异形槽,绕组铜重还可以降低25克左右.

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[原有的设计方案]

一、电机额定数据
   电机型号:原有的设计方案
   电机类型:YY式电容运转电机
   额定电压(V):220
   电源频率(Hz):  50
   电机极数p=4
   额定指标:转速r/min1090
   规定效率(%):50
   规定功率因数:.85
   绝缘等级:B级绝缘
   冷却方式:闭式风冷

二、定子冲片数据
   定子外径:8.8厘米(cm)
   定子内径:5.05厘米(cm)
   定子槽数:16
   定子槽形:平底槽
   hs0=.08厘米(cm)
   hs1=.05厘米(cm)
   hs2=1.005厘米(cm)
   b01=.24厘米(cm)
   bs1=.66厘米(cm)
   bs2=.96厘米(cm)
   rs=0厘米(cm)

   定子齿宽:.4141703厘米(cm)
   定子齿长:1.055厘米(cm)
   定子轭高:.7400001厘米(cm)
   定子轭长:3.165155厘米(cm)
   定子槽面积:65.21181平方毫米(mm^2)

三、转子冲片数据
   毛坯外径:5.05厘米(cm)
   转子内径:1厘米(cm)
   转子槽数:22
   转子槽形:梨形槽
   hr0=.22厘米(cm)
   hr1=0厘米(cm)
   hr2=.76厘米(cm)
   hr3=0厘米(cm)
   b02=.05厘米(cm)
   br1=.32厘米(cm)
   br2=0厘米(cm)
   br3=0厘米(cm)
   br4=0厘米(cm)
   r1=.16厘米(cm)
   r2=.06厘米(cm)

   转子齿宽:.3269362厘米(cm)
   转子齿长:.8866667厘米(cm)
   转子轭高:.9800001厘米(cm)
   转子轭长:.7775442厘米(cm)
   槽面积:.2130672平方厘米(cm^2)

四、转子端环数据
   端环外径:4.9厘米(cm)
   端环内径:3厘米(cm)
   端环厚度:.3厘米(cm)
   上部宽度:.9厘米(cm)

   转子电阻系数:1
   斜槽宽度:1个转子齿距
   导体材料:铸铝
   电阻率(10Ω*Km):4.34
   导体价格(元/kg):22
   导体密度(g/cm):2.7

   端环中径:3.95厘米(cm)
   端环截面积:.2775平方厘米(cm^2)
   斜槽宽度:.7139984厘米(cm)

五、结构与材料数据
   气隙宽度 g=.025厘米(cm)
   定转子叠厚L=2.8厘米(cm)

   铁芯叠压系数kfe=.95
   铁芯密度(g/cm)7.8
   铁芯价格(元/kg)5.5

   50Hz磁化曲线文件名:  DR510-50.B_H
   50Hz损耗曲线文件名:  DR510-50.Pfe
   不输出50Hz磁化曲线数据点
   不输出50Hz损耗曲线数据点

   按铜漆包圆线线径系列进行计算
   电阻率(10Ω*Km) 2.17
   价格(元/kg) 50
   密度(g/cm) 8.9

   槽锲厚度(mm) 1.5
   槽纸厚度(mm) .2

   定子铁损系数2
   转子铁损系数1.5
   空载机械损耗(W)2.1
   附加损耗系数:1

   极距3.966261厘米(cm)
   定子齿距.9915652厘米(cm)
   转子齿距.7139984厘米(cm)
   转子齿距.7139984厘米(cm)
   气隙有效宽度3.202228E-02厘米(cm)
   铁芯有效长度2.66厘米(cm)

六、绕组数据与槽满率

   基本型式
       绕组种类: 两绕组正交
       相间夹角: 90

   主相数据
       主线绕组型式: 第一类绕组
       主线并联支路数: 1
       主线并绕根数: 1
       主线直径(mm) .25
       槽1-4匝数为510
       槽2-3匝数为0
       槽3-2匝数为0
       槽4-1匝数为0
       槽5-0匝数为0

       主绕组每极串联总匝数: 510
       每极有效串联总匝数: 471.1786
       主绕组系数: .9238795
       75℃时绕组电阻:149.0691
       20℃时绕组电阻:122.6213

   付相数据
       运转电容: 3.5
       付线绕组型式: 第一类绕组
       (与主绕组型式一致)
       付线并联支路数: 1
       付线并绕根数: 1
       付线直径(mm) .25
       槽3-6匝数为510
       槽4-5匝数为0
       槽5-4匝数为0
       槽6-3匝数为0
       槽7-2匝数为0

       付绕组每极串联总匝数: 510
       每极有效串联总匝数: 471.1786
       付绕组系数: .9238795
       主付线匝比: 1
       75℃时绕组电阻:149.0691
       20℃时绕组电阻:122.6213

   中间绕组
       主相位 抽头匝比
       付相位 抽头匝比

   槽满率
       第1槽:70.38602
       第2槽:70.38602
   (以主线大圈开始为第1槽,其余依此类推。)

七、重量与成本
   主绕组铜重(kg):.1473186
   付绕组铜重(kg):.1473186
   绕组总线重(kg):.2946372

   转子铝重(kg):5.403267E-02
   铁芯毛重(kg):1.729946
   定子净重(kg):.5338234
   转子净重(kg):.2587977
   铁芯废料(kg):.9373254
   有效材料净重(kg):.8466538

   绕组成本(元):14.73186
   转子铝成本(元):1.188719
   铁芯成本(元):9.514706
   设计总成本(元):25.43528

八、空载磁路与参数计算

   电势系数ke=.8318035
   每极磁通量43478.15

   定子齿磁密(Gs) 15497.81
   定子轭磁密(Gs) 11044.03
   转子齿磁密(Gs) 10761.53
   转子轭磁密(Gs) 6285.266
   气隙磁密(Gs) 4879.475

   每极总磁势(A) 162.0713
   定子计算电阻(Ω) 149.0691
   定子电抗(Ω) 79.11142
   转子归算电阻(Ω) 143.8114
   转子电抗(Ω) 83.27518

九、空载点性能

   计算电压(V) 220
   计算频率(Hz) 50
   输入电流(A) .272179
   输入功率(W) 59.71031
   输出功率(W) -4.033571E-02
   输出扭矩(Nm) -2.591745E-04
   转速(r/min) 1486.125
   效率(%) -6.755234E-02
   功率因素 .9971764

   主相电流(A) .2765907
   主相电流角(°) 70.0224573331888
   付相电流(A) .4458417
   付相电流角(°) 38.9684797622543
   主线电密(A/mm^2) 5.63466
   付线电密(A/mm^2) 9.082612

   导条电流(A) 8.659458
   端环电流(A) 15.16015
   导条电密(A/mm^2) .406419
   端环电密(A/mm^2) .5463117

   热负荷 1442.179
   电容端电压 405.4738

   磁场圆度(长轴/短轴) -4.082507
   长轴与主绕组轴线夹角(°) 12.43382
   (机械角度,正值表示沿转向超前主绕组轴线)

   主绕组铜耗(W) 11.4041461014266
   付绕组铜耗(W) 29.631176019388
   电容损耗(W) 3.03489522904216
   转子铝耗(W) 8.567153
   铁损耗(W) 5.040107
   机械损耗(W) 2.080575
   总损耗(W) 59.75064

十、额定点性能

   计算电压(V) 220
   计算频率(Hz) 50
   输入电流(A) .5727879
   输入功率(W) 125.9591
   输出功率(W) 55.31552
   输出扭矩(Nm) .4845944
   转速(r/min) 1090
   效率(%) 43.91546
   功率因素 .9995694

   主相电流(A) .4170378
   主相电流角(°) -35.494915342858
   付相电流(A) .3105779
   付相电流角(°) 46.5138990213941
   主线电密(A/mm^2) 8.495823
   付线电密(A/mm^2) 6.327042

   导条电流(A) 19.03894
   端环电流(A) 33.33155
   导条电密(A/mm^2) .8935647
   端环电密(A/mm^2) 1.201137

   热负荷 1416.518
   电容端电压 282.4572

   磁场圆度(长轴/短轴) 1.386984
   长轴与主绕组轴线夹角(°) 10.19845
   (机械角度,正值表示沿转向超前主绕组轴线)

   主绕组铜耗(W) 25.9261640778929
   付绕组铜耗(W) 14.3790004069197
   电容损耗(W) 1.47273127819167
   转子铝耗(W) 22.51844
   铁损耗(W) 5.040107
   机械损耗(W) 1.526
   总损耗(W) 70.64357

十一、最大转矩点性能

   计算电压(V) 220
   计算频率(Hz) 50
   输入电流(A) .5550782
   输入功率(W) 122.1032
   输出功率(W) 56.6682
   输出扭矩(Nm) .4785535
   转速(r/min) 1130.751
   效率(%) 46.41006
   功率因素 .9998857

   主相电流(A) .3903314
   主相电流角(°) -36.8616805920072
   付相电流(A) .3176425
   付相电流角(°) 45.2953966885584
   主线电密(A/mm^2) 7.951766
   付线电密(A/mm^2) 6.47096

   导条电流(A) 18.18576
   端环电流(A) 31.83789
   导条电密(A/mm^2) .8535222
   端环电密(A/mm^2) 1.147311

   热负荷 1326.807
   电容端电压 288.8821

   磁场圆度(长轴/短轴) 1.281671
   长轴与主绕组轴线夹角(°) 10.62331
   (机械角度,正值表示沿转向超前主绕组轴线)

   主绕组铜耗(W) 22.711955767848
   付绕组铜耗(W) 15.0405859133766
   电容损耗(W) 1.54049243272148
   转子铝耗(W) 19.71598
   铁损耗(W) 5.040107
   机械损耗(W) 1.583051
   总损耗(W) 65.43505

十二、堵转点性能

   计算电压(V) 220
   计算频率(Hz) 50
   输入电流(A) .7193703
   输入功率(W) 155.909
   输出功率(W) 4.07575E-05
   输出扭矩(Nm) .256062
   转速(r/min) 1.519918E-03
   效率(%) 2.614185E-05
   功率因素 .9851354

   主相电流(A) .7057446
   主相电流角(°) -33.0131558626501
   付相电流(A) .2785974
   付相电流角(°) 69.4908842006542
   主线电密(A/mm^2) 14.37731
   付线电密(A/mm^2) 5.67554

   导条电流(A) 25.15688
   端环电流(A) 44.04227
   导条电密(A/mm^2) 1.180702
   端环电密(A/mm^2) 1.587108

   热负荷 3016.054
   电容端电压 253.3723

   磁场圆度(长轴/短轴) 2.616979
   长轴与主绕组轴线夹角(°) 5.299801
   (机械角度,正值表示沿转向超前主绕组轴线)

   主绕组铜耗(W) 74.2476434298831
   付绕组铜耗(W) 11.5702216811338
   电容损耗(W) 1.18504950853309
   转子铝耗(W) 64.66666
   铁损耗(W) 5.040107
   机械损耗(W) 2.127886E-06
   总损耗(W) 155.9089

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[优化的设计方案]

一、电机额定数据
   电机型号:优化的设计方案
   电机类型:YY式电容运转电机
   额定电压(V):220
   电源频率(Hz):  50
   电机极数p=4
   额定指标:转速r/min1090
   规定效率(%):50
   规定功率因数:.85
   绝缘等级:B级绝缘
   冷却方式:闭式风冷

二、定子冲片数据
   定子外径:8.8厘米(cm)
   定子内径:5.05厘米(cm)
   定子槽数:16
   定子槽形:平底槽
   hs0=.063厘米(cm)
   hs1=.083厘米(cm)
   hs2=1.018厘米(cm)
   b01=.24厘米(cm)
   bs1=.504厘米(cm)
   bs2=.903厘米(cm)
   rs=0厘米(cm)

   定子齿宽:.5451552厘米(cm)
   定子齿长:1.101厘米(cm)
   定子轭高:.7109999厘米(cm)
   定子轭长:3.176543厘米(cm)
   定子槽面积:58.71767平方毫米(mm^2)

三、转子冲片数据
   毛坯外径:5.05厘米(cm)
   转子内径:1厘米(cm)
   转子槽数:22
   转子槽形:梨形槽
   hr0=.212厘米(cm)
   hr1=0厘米(cm)
   hr2=.547厘米(cm)
   hr3=0厘米(cm)
   b02=.05厘米(cm)
   br1=.312厘米(cm)
   br2=0厘米(cm)
   br3=0厘米(cm)
   br4=0厘米(cm)
   r1=.156厘米(cm)
   r2=.078厘米(cm)

   转子齿宽:.3484427厘米(cm)
   转子齿长:.677厘米(cm)
   转子轭高:1.189厘米(cm)
   转子轭长:.8596184厘米(cm)
   槽面积:.1757816平方厘米(cm^2)

四、转子端环数据
   端环外径:4.9厘米(cm)
   端环内径:3厘米(cm)
   端环厚度:.3厘米(cm)
   上部宽度:.9厘米(cm)

   转子电阻系数:1
   斜槽宽度:1个转子齿距
   导体材料:铸铝
   电阻率(10Ω*Km):4.34
   导体价格(元/kg):22
   导体密度(g/cm):2.7

   端环中径:3.95厘米(cm)
   端环截面积:.2775平方厘米(cm^2)
   斜槽宽度:.7139984厘米(cm)

五、结构与材料数据
   气隙宽度 g=.025厘米(cm)
   定转子叠厚L=2.8厘米(cm)

   铁芯叠压系数kfe=.95
   铁芯密度(g/cm)7.8
   铁芯价格(元/kg)5.5

   50Hz磁化曲线文件名:  DR510-50.B_H
   50Hz损耗曲线文件名:  DR510-50.Pfe
   不输出50Hz磁化曲线数据点
   不输出50Hz损耗曲线数据点

   按铜漆包圆线线径系列进行计算
   电阻率(10Ω*Km) 2.17
   价格(元/kg) 50
   密度(g/cm) 8.9

   槽锲厚度(mm) 1.5
   槽纸厚度(mm) .2

   定子铁损系数2
   转子铁损系数1.5
   空载机械损耗(W)2.1
   附加损耗系数:1

   极距3.966261厘米(cm)
   定子齿距.9915652厘米(cm)
   转子齿距.7139984厘米(cm)
   转子齿距.7139984厘米(cm)
   气隙有效宽度3.202228E-02厘米(cm)
   铁芯有效长度2.66厘米(cm)

六、绕组数据与槽满率

   基本型式
       绕组种类: 两绕组正交
       相间夹角: 90

   主相数据
       主线绕组型式: 第一类绕组
       主线并联支路数: 1
       主线并绕根数: 1
       主线直径(mm) .25
       槽1-4匝数为477
       槽2-3匝数为0
       槽3-2匝数为0
       槽4-1匝数为0
       槽5-0匝数为0

       主绕组每极串联总匝数: 477
       每极有效串联总匝数: 440.6906
       主绕组系数: .9238796
       75℃时绕组电阻:139.8557
       20℃时绕组电阻:115.0426

   付相数据
       运转电容: 3.5
       付线绕组型式: 第一类绕组
       (与主绕组型式一致)
       付线并联支路数: 1
       付线并绕根数: 1
       付线直径(mm) .25
       槽3-6匝数为477
       槽4-5匝数为0
       槽5-4匝数为0
       槽6-3匝数为0
       槽7-2匝数为0

       付绕组每极串联总匝数: 477
       每极有效串联总匝数: 440.6906
       付绕组系数: .9238796
       主付线匝比: 1
       75℃时绕组电阻:139.8557
       20℃时绕组电阻:115.0426

   中间绕组
       主相位 抽头匝比
       付相位 抽头匝比

   槽满率
       第1槽:73.11258
       第2槽:73.11258
   (以主线大圈开始为第1槽,其余依此类推。)

七、重量与成本
   主绕组铜重(kg):.1382134
   付绕组铜重(kg):.1382134
   绕组总线重(kg):.2764268

   转子铝重(kg):4.783132E-02
   铁芯毛重(kg):1.729946
   定子净重(kg):.574131
   转子净重(kg):.277326
   铁芯废料(kg):.8784896
   有效材料净重(kg):.8992882

   绕组成本(元):13.82134
   转子铝成本(元):1.052289
   铁芯成本(元):9.514706
   设计总成本(元):24.38834

八、空载磁路与参数计算

   电势系数ke=.8236846
   每极磁通量46082.89

   定子齿磁密(Gs) 12479.52
   定子轭磁密(Gs) 12183.12
   转子齿磁密(Gs) 10895.46
   转子轭磁密(Gs) 5589.951
   气隙磁密(Gs) 5250.425

   每极总磁势(A) 160.4236
   定子计算电阻(Ω) 139.8557
   定子电抗(Ω) 69.71487
   转子归算电阻(Ω) 139.7323
   转子电抗(Ω) 73.38408

九、空载点性能

   计算电压(V) 220
   计算频率(Hz) 50
   输入电流(A) .2656992
   输入功率(W) 58.40568
   输出功率(W) -3.345681E-02
   输出扭矩(Nm) -2.148878E-04
   转速(r/min) 1486.725
   效率(%) -5.728348E-02
   功率因素 .9991764

   主相电流(A) .3084239
   主相电流角(°) 73.3987427833312
   付相电流(A) .4382256
   付相电流角(°) 40.5313226670016
   主线电密(A/mm^2) 6.283161
   付线电密(A/mm^2) 8.927458

   导条电流(A) 7.96162
   端环电流(A) 13.93844
   导条电密(A/mm^2) .4529268
   端环电密(A/mm^2) .5022862

   热负荷 1407.122
   电容端电压 398.5472

   磁场圆度(长轴/短轴) -3.640293
   长轴与主绕组轴线夹角(°) 10.77309
   (机械角度,正值表示沿转向超前主绕组轴线)

   主绕组铜耗(W) 13.3038171722807
   付绕组铜耗(W) 26.8581157070725
   电容损耗(W) 2.93209309431653
   转子铝耗(W) 8.024791
   铁损耗(W) 5.245359
   机械损耗(W) 2.081415
   总损耗(W) 58.43914

十、额定点性能

   计算电压(V) 220
   计算频率(Hz) 50
   输入电流(A) .5907412
   输入功率(W) 129.8242
   输出功率(W) 57.34454
   输出扭矩(Nm) .5023697
   转速(r/min) 1090
   效率(%) 44.17091
   功率因素 .9989316

   主相电流(A) .4426175
   主相电流角(°) -35.3576114650678
   付相电流(A) .309646
   付相电流角(°) 47.6477650651296
   主线电密(A/mm^2) 9.016931
   付线电密(A/mm^2) 6.308055

   导条电流(A) 20.09002
   端环电流(A) 35.17169
   导条电密(A/mm^2) 1.142897
   端环电密(A/mm^2) 1.267448

   热负荷 1429.779
   电容端电压 281.6096

   磁场圆度(长轴/短轴) 1.46008
   长轴与主绕组轴线夹角(°) 9.43638
   (机械角度,正值表示沿转向超前主绕组轴线)

   主绕组铜耗(W) 27.3991662866753
   付绕组铜耗(W) 13.4094488152509
   电容损耗(W) 1.46390583384949
   转子铝耗(W) 23.63521
   铁损耗(W) 5.245359
   机械损耗(W) 1.526
   总损耗(W) 72.47967

十一、最大转矩点性能

   计算电压(V) 220
   计算频率(Hz) 50
   输入电流(A) .5766992
   输入功率(W) 126.7814
   输出功率(W) 58.29158
   输出扭矩(Nm) .497481
   转速(r/min) 1118.89
   效率(%) 45.978
   功率因素 .9992719

   主相电流(A) .4233005
   主相电流角(°) -36.4302551081779
   付相电流(A) .3145015
   付相电流角(°) 46.8293000817924
   主线电密(A/mm^2) 8.623406
   付线电密(A/mm^2) 6.406972

   导条电流(A) 19.39415
   端环电流(A) 33.95343
   导条电密(A/mm^2) 1.10331
   端环电密(A/mm^2) 1.223547

   热负荷 1362.667
   电容端电压 286.0256

   磁场圆度(长轴/短轴) 1.377504
   长轴与主绕组轴线夹角(°) 9.704272
   (机械角度,正值表示沿转向超前主绕组轴线)

   主绕组铜耗(W) 25.0598015774645
   付绕组铜耗(W) 13.8332945703591
   电容损耗(W) 1.51017695819649
   转子铝耗(W) 21.46016
   铁损耗(W) 5.245359
   机械损耗(W) 1.566445
   总损耗(W) 68.48987

十二、堵转点性能

   计算电压(V) 220
   计算频率(Hz) 50
   输入电流(A) .762747
   输入功率(W) 165.2948
   输出功率(W) 4.2269E-05
   输出扭矩(Nm) .2655581
   转速(r/min) 1.519918E-03
   效率(%) 2.557189E-05
   功率因素 .9850448

   主相电流(A) .7494717
   主相电流角(°) -31.377260669635
   付相电流(A) .2743226
   付相电流角(°) 70.6382262076221
   主线电密(A/mm^2) 15.26811
   付线电密(A/mm^2) 5.588453

   导条电流(A) 28.82417
   端环电流(A) 50.4626
   导条电密(A/mm^2) 1.639771
   端环电密(A/mm^2) 1.818472

   热负荷 3121.115
   电容端电压 249.4845

   磁场圆度(长轴/短轴) 2.811863
   长轴与主绕组轴线夹角(°) 4.947859
   (机械角度,正值表示沿转向超前主绕组轴线)

   主绕组铜耗(W) 78.5580367714385
   付绕组铜耗(W) 10.5245417733089
   电容损耗(W) 1.14896132665922
   转子铝耗(W) 70.54744
   铁损耗(W) 5.245359
   机械损耗(W) 2.127886E-06
   总损耗(W) 165.2948

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