YLKW三相鼠籠式異步電動機的電磁設(shè)計論文

1、密級： nanchang university 學(xué)學(xué) 士士 學(xué)學(xué) 位位 論論 文文 thesis of bachelor （20072011 年） 題 目: 三相鼠籠型異步電機設(shè)計（y100l-2 3kw） 英文題目: design of three phases squirrel-cage asynchronous motor （y100l-2 3kw） 學(xué) 院: 系 別: 工程技術(shù)系 專 業(yè): 電氣工程及其自動化 班 級: 7 電氣本 學(xué)生姓名: 學(xué) 號: 指導(dǎo)老師: 起訖日期: 2011 年 2 月 1 日2011 年 5 月 10 日 目目 錄錄 摘 要.1 abstract.2 第

2、1 章 三相異步電動機原理.4 1.1 三相異步電動機的額定數(shù)據(jù)與技術(shù)指標.4 1.1.1 三相異步電動機的名牌額定數(shù)據(jù).4 1.1.2.三相異步電動機的主要技術(shù)經(jīng)濟指標.5 1.2 三相異步電動機的工作原理.5 1.3 三相異步電動機的功率關(guān)系.6 1.4 三相異步電動機的機械特性和工作特性.7 1.4.1 三相異步電動機的機械特性.7 1.4.2.三相異步電動機的工作特性.8 第 2 章 電機設(shè)計理論.9 2.1 電機設(shè)計的概況.9 2.2 電磁設(shè)計.9 第 3 章 畢業(yè)設(shè)計要求及結(jié)果分析.12 3.1 手算程序.12 附錄 1.13 附表 3.1 三相異步電動機 y100m-2 3kw

3、手算步驟與結(jié)果 .13 13.2 優(yōu)化方案.30 總 結(jié).34 參考文獻.35 致 謝.36 附錄 3.cad 圖.37 y100l-2 3kw 三相鼠籠式異步電動機的電磁設(shè)計三相鼠籠式異步電動機的電磁設(shè)計 摘 要 本文介紹了異步電機的特征、類型和用途，從而引出三相異步電動機的類 型和結(jié)構(gòu)，進一步闡述了三相異步電動機的額定數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作原理、 功率平衡關(guān)系、機械特性和工作特性等。這些都是為下一步的電動機設(shè)計做準 備的。 電動機設(shè)計是個復(fù)雜的過程，需要考慮的因素和確定的尺寸、數(shù)據(jù)很多， 因此遇到錯綜復(fù)雜的矛盾。而本文全面地、綜合地看待了這個問題，充分協(xié)調(diào) 了電動機的耗材量與各項性能之間以及

4、技術(shù)指標和經(jīng)濟指標之間的關(guān)系。作者 先按照電動機的手算程序進行手算工作，了解了國家的有關(guān)標準規(guī)定，熟悉了 電動機各項指標之間的大致關(guān)系，為優(yōu)化方案打了個基礎(chǔ)。方案一中在追求節(jié) 省材料時，會導(dǎo)致電機性能降低。方案二中采取措施提高效率、功率因數(shù)也會 使起動電流變大。因此，綜合考慮各方面得失，最后得出一個既節(jié)省材料又提 高性能的方案。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：異步電動機；設(shè)計；優(yōu)化；繪圖 design of three phase squirrel-cage asynchronous motor（y100l-2 3kw） abstract this paper shows the character, ty

5、pe and usage of induction motor. in succession, it introduces the type and framework of three phase squirrel-cage asynchronous motor, and farther set forth its rated data, technical specification, operation theory, power equation, mechanism specialty, running specialty and so on. this is the groundw

6、ork to the design of motor. constructing a motor is a complexity. the designer must consider many factors and ascertain lots and lots of sizes and dates, and therefore barge up against reticule illogicality. however, this study treats the problem all-sided and synthetically, and that well harmonizes

7、 the material wastage, capabilities, technical dates as well as economical dates. after the handworker count, the designer has known about the national criterion and is up on the rough connections among the specifications, which grounds for the next work. in the first optimized project, aspiring aft

8、er economizing the materials will deteriorate the motor capabilities. in the second optimized project，taking measures for augmenting efficiency and power will make the starting current large. consequently, after considering all factors synthetically, the designer has gotten a project to both economi

9、ze materials and improve capabilities. keywords: induction motor；design；optimize；plot 緒緒 論論 電機在當代各個領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用電動機是工農(nóng)業(yè)中生產(chǎn)機械和日 常生活中各種電器最重要的原動力和驅(qū)動裝置。異步電動機是其中應(yīng)用最廣、 需要量最大的，據(jù)統(tǒng)計，全世界每年發(fā)電量的70%-80%消耗在各種類型的電動 機上，而其中中小型異步電動機的用電量占總發(fā)電量的40%左右。尤其紡織、 大型機械加工等特殊工業(yè)部門中，異步電動機的用電量占70%以上。異步電動 機結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、堅固耐用，具有適用的工作特性，但缺點是

10、功率因數(shù) 較差，在運行時，必須從電網(wǎng)吸收滯后性的無功功率。 異步電機與直流電動機、三相同步電動機不同，其轉(zhuǎn)子繞組無需與其它電 源連接，因此具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、運行可靠，以及制造容易，成本低廉 等優(yōu)點。異步電機有較高的運行效率和較好的工作特性，從空載到滿載范圍內(nèi) 接近恒速運行，能滿足大多數(shù)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械的傳動要求。異步電機還便于派 生成各種防護型式，以適應(yīng)不同環(huán)境條件的需求。由于異步電動機的轉(zhuǎn)速 n 與 其旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速 n1有一定的轉(zhuǎn)差關(guān)系，其調(diào)速性能較差，對要求較寬廣和平滑 調(diào)速范圍的交通運輸機械、印染及造紙機械等，采用直流電機較經(jīng)濟、方便。 異步電動機由于電網(wǎng)的功率因數(shù)可以用別的辦法進行

11、補償，因而這一點并不妨 礙異步電動機的廣泛使用。 因此，對異步電動機深入研究是非常必要和有意義的，要盡量節(jié)省異步電 動機的材料用量，改善效率和功率因數(shù)等性能，使其能更好地適用于生產(chǎn)需要。 第第 1 1 章章 三相異步電動機原理三相異步電動機原理 1.1 三相異步電動機的額定數(shù)據(jù)與技術(shù)指標 1.1.1 三相異步電動機的名牌額定數(shù)據(jù) 1)型號 y 系列國產(chǎn)三相異步電動機型號是按國際電工委員會 iec 標準設(shè)計生產(chǎn)的 新系列三相電動機，它是以電動機中心高為依據(jù)編制型號譜的，如： “y100m-2”y：異步電動機；100：中心高 100mm；m：中機座（l-長 機座，s-短機座） ；2：2 極。 2)

12、額定值 （1）額定功率（pn）：指電動機在額定運行時，軸端輸出的機械功率，單 位為瓦（w）或千瓦（kw） 。 （2）額定電壓（un）：指電動機在額定運行時，加在定子繞組上的線電壓， 單位為伏（v） 。如果銘牌上標有兩個電壓數(shù)據(jù)。 （3）額定電流（in）：指電動機在額定電壓下，軸端輸出額定功率時，定 子繞組中的線電流，單位為安（a） 。 （4）額定頻率（fn）：指輸入交流電（即電網(wǎng)）的頻率，我國規(guī)定的電網(wǎng) 頻率為 50hz，除出口電動機（多為 60hz）外，國內(nèi)用的異步電動機的額定頻率 都是 50hz。 （5）額定功率因數(shù)（）：指電動機額定運行時，定子相電壓與相電cos n 流之間的相位差。 （

13、6）額定轉(zhuǎn)速（nn）：指電動機在額定頻率、額定電壓下，且軸端輸出額 定功率時，轉(zhuǎn)子每分鐘的轉(zhuǎn)速，單位為轉(zhuǎn)/分（r/min） 。 （7）額定效率（n）：指電動機在額定運行時的效率。 （8）絕緣等級：指電動機在額定運行時，繞組允許的溫度升高值（即繞組 的溫度比周圍空氣穩(wěn)定高出的數(shù)值） 。允許溫升的高低取決于電動機使用的絕緣 材料。絕緣材料的耐熱等級見表 1-1，也有些電動機制造廠在銘牌上直接給出 電動機的允許溫升。 表 1.1 絕緣材料的耐熱等級 耐熱等級 yaebfhc 最高工作溫度 （） 90105120130155180180 (9)標準編號：指電動機產(chǎn)品按這個標準生產(chǎn)，技術(shù)數(shù)據(jù)能達到這個標

14、準的 要求。例如國際 gb755-2000。 （10）工作制或定額：指三相電動機的運行狀態(tài)，即允許連續(xù)使用的時間， 分為連續(xù)、短時、斷續(xù)周期三種。連續(xù)工作制（s1）的電動機在銘牌規(guī)定的額 定負載范圍內(nèi)允許長期連續(xù)使用。短時工作（s2）的電動機在銘牌規(guī)定的條件 下，只能在規(guī)定的時間內(nèi)短時運行，短時運行的持續(xù)時間標準有四種： 10min、30min、60min 及 90min，達到規(guī)定的時間后必須停機，待三相電動機完 全冷卻后才可以開機運行。斷續(xù)周期工作制（s3）的電動機在銘牌規(guī)定的額定 值下只能斷續(xù)周期性使用，斷續(xù)運行常以負載持續(xù)率百分數(shù)表示，標準負載持 續(xù)率分為四種：15%、25%、40%、6

15、0%，每周期為 10min。 1.1.2.三相異步電動機的主要技術(shù)經(jīng)濟指標 效率（）：指電動機輸出機械功率與輸入電功率之比,通常用百分數(shù)表示。 功率因數(shù)（）：指電動機輸入有效功率與視在功率之比。cos 堵轉(zhuǎn)電流（ik）：指電動機在額定電壓、額定頻率和轉(zhuǎn)子堵住時從供電回 路輸入的穩(wěn)態(tài)電流有效值。 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩（tk）：指電動機在額定電壓、額定頻率和轉(zhuǎn)子堵住時所產(chǎn)生的 最小測得值.。 最大轉(zhuǎn)矩（tmax）：指電動機在額定電壓、額定頻率和運行溫度下,轉(zhuǎn)速不 發(fā)生突降時所產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩。5 1.2 三相異步電動機的工作原理 三相對稱的繞組通過三相對稱的電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場，其轉(zhuǎn)速即為同步速 n1=60f/p

16、；轉(zhuǎn)子直流勵磁產(chǎn)生固定磁極；輔助電動機起動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn) 速接近同步 n1時，其異性磁極就被旋轉(zhuǎn)磁場拉住，即定子旋轉(zhuǎn)磁場就拖著固定 磁場（轉(zhuǎn)子）以轉(zhuǎn)速 n（nn1）旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換為機械能。故稱為三相異步 電動機。 轉(zhuǎn)差率（s）：同步轉(zhuǎn)速 n1和電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n 之差與同步轉(zhuǎn)速 n1的比值。 其實，異步電機有三種運行狀態(tài)：（a）電動機運行；（b）發(fā)電機運行； （c）電磁制動運行。具體如下： (a)電動機狀態(tài)（0s1）：輔助電動機起動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近同 步時，其異性磁極就被旋轉(zhuǎn)磁場拉住，持續(xù)以轉(zhuǎn)速 n(nn1)旋轉(zhuǎn)。電機從電網(wǎng) 1 n 吸收電功率，經(jīng)過氣隙的耦合作用從軸上輸出機械

17、功率。 (b)發(fā)電機狀態(tài)（s0）：原動機拖動轉(zhuǎn)子以 n(n1)：轉(zhuǎn)子逆著磁場方向旋轉(zhuǎn)（n0） ，電機既從電網(wǎng)吸 收電功率又從軸上吸收機械功率，消耗在電機內(nèi)部。5 1.3 三相異步電動機的功率關(guān)系 三相異步電動機以轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運行時，定子繞組從電源輸入的電功率為n 11 11 3cospu i 定子銅損耗為 2 11 1 3 cu pi r 轉(zhuǎn)子鐵損耗很小，可忽略不計，故鐵損耗主要是定子鐵心損耗： 2 0 3 fem pi r 電磁功率： 22 112222 11 3()3 mcufe ss ppppirri ss 電磁功率也可表示為 2222222 3coscos m pe im e i 轉(zhuǎn)子繞組

18、中的銅損耗為 2 222 3 cum pi rsp 電磁功率 pm減去轉(zhuǎn)子繞組中的銅損耗 pcu2就是等效電阻上的損耗。 2 1s s r 這部分等效損耗實際上是傳輸給電機轉(zhuǎn)軸上的機械功率，用 pm表示。它是轉(zhuǎn)子 繞組中電流與氣隙旋轉(zhuǎn)磁通密度共同作用產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩，帶動轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速 旋轉(zhuǎn)所對應(yīng)的功率。n 2 222 1 3(1) mmcum s pppirs p s 電動機在運行時，會產(chǎn)生軸承以及風(fēng)阻等摩擦阻轉(zhuǎn)矩，這也要損耗一部分 功率。把這部分功率叫做機械損耗，用 pm表示。 在異步電動機中，除了上述各部分的損耗外，由于定、轉(zhuǎn)子開了槽和定、 轉(zhuǎn)子磁動勢中含有諧波磁動勢，還要產(chǎn)生一些附加損耗，用

19、 pa表示。pa一般不 易計算，往往根據(jù)經(jīng)驗計算，在大型異步電動機中，pa約為輸出額定功率的 0.5%；而在小型異步電動機中，滿載時可達輸出額定功率的 1%-3%或更大些。 機械功率 pm減去機械損耗 pm和附加損耗 pa,才是轉(zhuǎn)軸上真正輸出的功率, 用 p2表示。 2mma pppp 可見異步電動機運行時，從電源輸入電功率 p1到轉(zhuǎn)軸上輸出功率 p2的全過 程為 11221cufecuma ppppppp 從以上功率關(guān)系定量分析中看出，異步電動機運行時，電磁功率、轉(zhuǎn)子回 路銅損耗和機械功率三者之間的比例關(guān)系是 5 2 :1: :(1) cumm psspp 1.4 三相異步電動機的機械特性和

20、工作特性 1.4.1 三相異步電動機的機械特性 三相異步電動機的機械特性是指電動機轉(zhuǎn)速 n 與電磁轉(zhuǎn)矩 m 之間的函數(shù)關(guān) 系，即 n=f(m)。三相異步電動機的機械特性有不同的表達形式，如物理表達式、 參數(shù)表達式和實用表達式。本文中僅介紹參數(shù)表達式。 三相異步電動機的電磁功率為 （1） 2 2 12m r m i s p 所以，電磁轉(zhuǎn)矩為 （2） 2 2 12 11 1 m pr mm i s 三相異步電動機近似等值電路如下： 圖 2.1 由圖可知： （3） 2 1 2 2 2 112 ()() u i r rxx s 而 （4） 1 1 2f pp 由式（2） 、 （3） 、 （4）得出：

21、（5） 2 2 2 1 1 2 21 112 2 ()() r u m p s m rf rxx s 式（5）即為三相異步電動機機械特性的參數(shù)表達式。5 1.4.2.三相異步電動機的工作特性 三相異步電動機的工作特性是指在電動機的定子側(cè)加額定電壓，電壓的頻 率又為額定值時，電動機的轉(zhuǎn)速 n、定子電流 i1、功率因數(shù)、電磁轉(zhuǎn)矩 t、 1 cos 效率 等與輸出功率 p2的關(guān)系。即： u1=un、f1=fn時，n，i1，t，=f(p2). 1 cos （1）效率特性： 2 ()f p ，電機空載時，p2=0, =0，隨著輸出功率 p2的增加， 2 12 1 p p ppp 效率 也增加，當鐵損耗與

22、機械損耗之和等于定、轉(zhuǎn)子銅損耗之和時，電動機 的效率達到最大。但當負載繼續(xù)增大時，效率反而降低。一般來說，電動機的 容量越大，效率越高。 （2）功率因數(shù)特性：電動機運行時必須吸取滯后無功功率， 2 1 cos()f p 其功率因數(shù)總小于 1?？蛰d時，功率因數(shù)很低，不超過 0.2。當負載增大時,定 子電流中的有功電流增加，使功率因數(shù)提高,額定負載時最高，如負載再增大, 功率因數(shù)又反而減少。 （3）定子電流特性 i1=f(p2)：空載時，轉(zhuǎn)子電流差不多為零，定子電流 2 i 等于勵磁電流，隨著負載的增加，轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)子電流增大，定子電流也增 0 i 大。 （4）電磁轉(zhuǎn)矩特性 t=f(p2)：空載時

23、，電磁轉(zhuǎn)矩 t=t0。隨著負載增大，p2 增大，但由于機械角速度 變化不大，電磁轉(zhuǎn)矩 t 隨 p2的變化近似為一條直 線。 （5）轉(zhuǎn)速特性 n=f(p2)：空載時，轉(zhuǎn)速 n 接近 n1，隨著負載的增加，轉(zhuǎn)速 n 略微降低，隨著輸出功率 p2的增加，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n 下降，轉(zhuǎn)差率 s 增大。5 第第 2 2 章章 電機設(shè)計電機設(shè)計理論理論 2.1 電機設(shè)計的概況 電機設(shè)計的任務(wù)可歸納為四要點：1、滿足用戶提出的產(chǎn)品規(guī)格（如功率、 電壓、轉(zhuǎn)速等）和技術(shù)要求（如效率、參數(shù)、溫升限度、機械可靠性等） ；2、 貫徹國家的技術(shù)經(jīng)濟政策，結(jié)合生產(chǎn)的經(jīng)濟性和可靠性；3、運用有關(guān)的理論和 計算方法 4、正確處理設(shè)計

24、時遇到的各種矛盾。 電機設(shè)計的目的就是設(shè)計性能好、體積小、運行可靠、維修方便的電機。 電機設(shè)計時通常給定數(shù)據(jù)：額定功率、額定電壓、相數(shù)及相間連接方式、額定 頻率、額定轉(zhuǎn)速或同步轉(zhuǎn)速、額定功率因數(shù)。在此次的中小型異步電動機的設(shè) 計中，以上 6 個數(shù)據(jù)都已給出。 總的電機設(shè)計分三個階段：準備階段、電磁設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計。 （一）準備階段 首先是熟悉國家標準，收集相近電機的產(chǎn)品樣本和技術(shù)資料，并聽取生產(chǎn) 和使用單位的意見與要求；然后編制技術(shù)任務(wù)書或技術(shù)建議書。 （二）電磁設(shè)計 根據(jù)技術(shù)條件或技術(shù)任務(wù)書的規(guī)定，參照生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，通過計算和方案 比較，來確定與所設(shè)計電機電磁性能有關(guān)的尺寸和數(shù)據(jù)，選定有關(guān)材料

25、，并核 算其電磁性能。 （三）結(jié)構(gòu)設(shè)計 確定電機的機械結(jié)構(gòu)、零部件尺寸、加工要求與材料的規(guī)格及性能要求， 包括必要的機械計算及通風(fēng)和溫升計算。通常，首先根據(jù)技術(shù)條件或技術(shù)任務(wù) 書（技術(shù)建議書）中規(guī)定的防護型式、安裝方式與冷卻方式，再考慮電磁計算 中所選負荷的高低，來選取合適的通風(fēng)冷卻系統(tǒng)；然后安排產(chǎn)品的總體結(jié)構(gòu)， 繪制總裝配草圖。然后分別繪制部件的分裝配圖和零件圖，并對總裝配草圖進 行必要的修改。 由于本次設(shè)計主要針對電磁設(shè)計，故只對電磁設(shè)計部分作重點介紹。2 2.2 電磁設(shè)計 電磁設(shè)計分四大步驟： 1.額定數(shù)據(jù)及主要尺寸；2.磁路計算；3.參數(shù)計算；4.起動計算。 一個好的設(shè)計方案應(yīng)該達到節(jié)

26、省材料的目標，即將定子用銅量、轉(zhuǎn)子用鋁 量、硅鋼片用量盡量降到最小，另外，電機性能良好，即效率和功率因數(shù)應(yīng)該 盡可能大、起動電流盡可能小、起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)和最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)盡量大。然而， 電機的各項性能之間以及技術(shù)指標和經(jīng)濟指標之間，經(jīng)常存在矛盾，長了此短 了彼。例如，當采取措施改善某個性能時，常會使其他一些性能變差，因此必 須全面照顧。又如，在設(shè)計電機時，不能片面追求體積小和材料省，因為這樣 容易導(dǎo)致電機性能變差，特別是效率降低，加工工時增加，而使運行費用或制 造成本上升，并造成浪費。因此，設(shè)計人員必須全面、綜合地看問題。 以下著重介紹電機的五個性能指標及改善方法 1效率 (1) 100%(1) 1

27、00% 1 p p p 是電動機所有損耗標幺值之和：。 p 12 - cucusfefw pppppp 針對本次設(shè)計，由于風(fēng)摩損耗和雜散損耗基本上不容變動，所以，通常導(dǎo) 致效率低的原因有定子銅損耗大、轉(zhuǎn)子鋁損耗大、鐵損耗大。針對不同原因， 采取不同的措施來提高效率。 1）定子銅損耗大：降低定子繞組電阻，可采取的措施：a.增大導(dǎo)條面積， 減少每相導(dǎo)體數(shù)；b.減少每槽導(dǎo)體數(shù)；c.減少繞組端部長度。 2）轉(zhuǎn)子鋁損耗大：降低轉(zhuǎn)子繞組電阻，可采取的措施：a.增大轉(zhuǎn)子槽面積； b.增大端環(huán)尺寸。 3）鐵耗大：降低定子鐵心磁密，a.減少定子內(nèi)徑，改變定子槽型適當?shù)亟?低定子磁密，使定、轉(zhuǎn)子齒、軛部磁密和損耗

28、分配合理；b.增加鐵心長，降低 旋轉(zhuǎn)鐵耗；c.減少定、轉(zhuǎn)子槽口寬度以及采用閉口槽和磁性槽鍥；d.增加定子 繞組匝數(shù)實現(xiàn)。 2功率因數(shù)cos 11 22 1 11 cos pp pq ii i ii 導(dǎo)致效率低的原因通常是磁化電流大和漏電抗大。當磁化電流大：可以通 過 a.增加定子繞組每槽導(dǎo)體數(shù)；b.使磁通密度下降增加鐵心長；c.減少氣隙； d.調(diào)整槽型尺寸，使定、轉(zhuǎn)子齒、軛部磁密分布合理四種方法來降低磁化電流。 而減少每槽導(dǎo)體數(shù)、減少鐵心長或改變槽型尺寸來減少槽漏抗都可以減小漏電 抗。 3起動電流倍數(shù) ist 22 () 1 , stkw ststststst st ii iizrx i z

29、歸根結(jié)底，漏抗過小導(dǎo)致起動電流過大。要降低起動電流，可通過以下方 法來增大漏抗：增加每槽導(dǎo)體數(shù)；改變定轉(zhuǎn)子槽型，使槽變成深而窄；減少槽 口，肩部斜度增加，使漏磁磁路不至于過分飽和。 4起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù) tst 2() (1) st stn st r ts z sn是對應(yīng)于額定轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)差率。 一般說來，起動轉(zhuǎn)矩越大越好。通常起動轉(zhuǎn)矩太小是因為漏電抗太大或轉(zhuǎn) 子電流太小。針對漏電抗太大，可采取措施：適當減少定子繞組每槽導(dǎo)體數(shù)和 改變定轉(zhuǎn)子槽型，增加槽寬減小槽高。而當轉(zhuǎn)子電流太小時，則可以通過改變 轉(zhuǎn)子槽型使槽增加擠流效應(yīng)和適當縮小槽面積和端環(huán)面積來增大電流從而增大 起動轉(zhuǎn)矩。 5最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù) tmax

30、 max 22 11 1 2() n s t rrx 通常最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)大好。導(dǎo)致最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)太小的緣故也是因為漏電抗太 大或轉(zhuǎn)子電流太小。因此，增大最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)的方法與增大起動轉(zhuǎn)矩的方法是 一樣的。2 第第 3 3 章章 畢業(yè)設(shè)計要求及結(jié)果分析畢業(yè)設(shè)計要求及結(jié)果分析 3.1 手算程序 設(shè)計中小型三相異步電動機，型號是 y100l-2 3kw。給定數(shù)據(jù)：輸出額定 功率 pn=3kw,額定電壓 un=220v（y 接法） ，額定頻率為 50hz，極數(shù)是 2，相數(shù) m1=3，b 級絕緣，外殼的防護等級為 ip44，冷卻方式為 ic0141。主要性能指標 按技術(shù) jb3074-82 規(guī)定，依照手算電磁

31、計算程序，進行各個項目的核算，具體 步驟詳見附表 3.1。通過手算鞏固所學(xué)的電機學(xué)與電機設(shè)計的理論知識，熟悉 電機設(shè)計的整個過程，對各個參數(shù)對消耗硅鋼片、銅、鋁等材料量與電機性能 的影響有了更深的理解。從而給下一步的三個優(yōu)化方案的研究和調(diào)試打下基礎(chǔ)。 14 附錄 1 附表 3.1 三相異步電動機 y100m-2 3kw 手算步驟與結(jié)果 （一）額定數(shù)據(jù)及主要尺寸 1輸出功率 2 p=3kw 2 p=3 kw 2 p 2外施相電壓 1 u=220v 1 u=220 v 1 u 3功電流 kw i=4.545a 11 3 2 10 um p ikw 3 3 10 3 220 =4.545a kw i

32、 4效率=0.815=0.815 5功率因數(shù)cos=0.89cos=0.89cos 6極數(shù)p =2p=2p 7定子槽數(shù) 1 q=24 1 q=24 1 q 轉(zhuǎn)子槽數(shù) 2 q=20 2 q=20 2 q 8定子每極槽數(shù)=12 p q qp 1 1 24 2 =12 1p q 轉(zhuǎn)子每極槽數(shù)=10 p q qp 2 2 20 2 =10 2p q 9定、轉(zhuǎn)子沖片尺寸 見圖 見附錄見附錄 10極距 p =13.1943cm p di p 1 8.4 2 =13.1943cm p 11定子齒距 1 t =1.0995cm 1 1 1 q d t i 3.1415 84 24 =1.0995cm 1 t

33、12轉(zhuǎn)子齒距 2 t 21 28.42 0.048.32 i ddgcm =cm 2 2 2 q d t 8.32 1.3069 20 2 8.32dcm =1.3069cm 2 t 13節(jié)距y =12y=12y 14轉(zhuǎn)子斜槽寬 sk b=1.0995cm sk b 1 t=1.0995 cm sk b 15每槽導(dǎo)體數(shù) 1 z=40 1 z=40 1 z 16每相串聯(lián)導(dǎo)體數(shù) 1 z =320 11 11 1 am zq z 24 40 3 1 =320 1 z 并聯(lián)支路數(shù) 1 a=1 1 a=1 1 a 17繞組線規(guī)（估算） 導(dǎo)線并繞根數(shù)截面積 11 sn 1 11 11 17.3 5.819

34、7249 1 4.21 i ns a 2 cm =5.8197 11 sn 249 2 cm 定子電流初步估算值 a 1 4.545 6.2659 cos0.815 0.89 kw i i a 1 6.2659i 定子電流密度 1=5.6 a/ 1 2 mm=5.6a/ 1 2 mm 18槽滿率 （1）槽面積 = 2 1 2 22 s ss rbr shh 2 2 0.4350.663.1415 0.435 0.970.2 22 =0.8863 2 cm 0.8863 s s 2 cm （2）槽絕緣占面積 2 20.025 (2 0.973.1415 0.435)0.0827 iis schr

35、 cm =0.0827 i s 2 cm （3）槽有效面積 2 0.88630.0827 0.8036 esi sss cm 0.8036 e s 2 cm （4）槽滿率 22 11 1 40 0.126 ) 0.8036 0.7902 f e nzd s s 07902 f s 絕緣厚度 i c=0.025cm i c=0.025cm i c 導(dǎo)體絕緣后外徑d 2 0.126dcm 2 0.126cmd 槽契厚度h=2mmh=0.2cmh 19鐵心長l=100mml=10cml 鐵心有效長 無徑向通風(fēng)道 cm2102 0.0410.08 eff llg 10.08cm eff l 凈鐵心長

36、無徑向通風(fēng)道 cm0.95 109.5 fefe lkl 9.5cm fe l 鐵心壓裝系數(shù) fe k=0.95 fe k=0.95 fe k 20繞組系數(shù) 111 0.9577 1 0.9577 dpdp kkk 0.9577 1dp k （1）分布系數(shù) =0.9577 2 sin 2 sin 1 1 1 q q kd 15 sin4 2 15 4 sin 2 0.9577 1d k 式中： 1 1 1 24 4 3 2 q q mp 4 1 q 1 2 180 15 24 p q 15 （2）短距系數(shù) 1 1 p k 1 1 p k 式中： 1 12 1 12 p y q 1 21每相有效

37、串聯(lián)導(dǎo) 體數(shù) 1111 320 0.9577312.466 dpdp zkzk （二）磁路計算 11 312.466 dp zk 22每極磁通 88 1 11 10207.9 10 2.222.22 50 320 0.9496 611155.9508 dp e f zk 611155.9508 式中： 11 10.945 220207.9 l euv 1 e 207.9v 23齒部截面積 （1）定子 111 2 0.489 9.5 12 55.746 ttfep sblq cm 55.746 1t s 2 cm （2）轉(zhuǎn)子 222 2 0.766 9.5 10 72.77 ttfep sblq

38、 cm 222 2 0.587 9.5 10 55.765 ttfep sblq cm =72.77 2t s 2 cm =55.765 2t s 2 cm 24軛部截面積 （1）定子 =2.239.5=21.185 fecc lhs 11 2 cm 21.185 1c s 2 cm 式中： 定子軛部磁路計算高 度(圓底槽) 1c h 11 1 1 23 15.58.40.43 (0.970.4350.06) 23 2.23 i cs dd hhr cm =2.23cm 1c h （2）轉(zhuǎn)子 =2.29.5=20.9 fecc lhs 22 2 cm 20.9 2c s 2 cm 轉(zhuǎn)子軛部磁路

39、計算高 度（圓底槽） 2c h 22 22 2 23 i crk dd hhd cm 8.323.8 0.062.2 2 =2.2 2c h cm 25空氣隙面積 =132.998513.1943 10.08 gpeff sl 2 cm 132.9985 g s 2 cm 26波幅系數(shù)=1.51 平均 最大 s f1.51 s f 27定子齒磁密 1 1 611155.9508 1.51 55.746 15872.81537 ts t bf s t 1 15872.81537 t b t 28轉(zhuǎn)子齒磁密 2 2 611155.9508 1.51 72.77 12296.4089 ts t bf

40、 s t 2 2 611155.9508 1.51 55.765 15826.475 ts t bf s t 12296.408 2t b 9t 15826.475 2t b t 29定子軛磁密 1 1 11611155.9508 14424.26 2221.185 c c bt s 1 14424.26 c bt 30轉(zhuǎn)子軛磁密 2 11611155.9508 14232.788 22221.18 c bt s 14232.788 2c b t 31空氣隙磁密 611155.9508 1.516938.559 132.9985 gs g ft s 6938.559t g b 32查附錄 vl

41、 得、 1t at 2t at 1c at 2c at 26.88、6.01、34. 35、13.72、29.7 6、 33齒部磁路計算度： 定子（圓底槽）=0.97+=1.115cm 112 1 3 tss hhhr 0.435 3 1.115cm 1t h 轉(zhuǎn)子（圓底槽） 212trr hhh =1.52cm =1.52cm 2t h 34軛部磁路計算長 度 定子 11 1 (15.52.23) 22 2 10.42 c c dh l p cm =10.42cm 1c l 轉(zhuǎn)子 22 2 (8.322.2) 22 2 4.712 ic c dh l p cm 4.712cm 2c l 35

42、有效氣隙長度 12 0.04 1.256467 1.031443 0.05184 ecc gg kk cm 0.05184cm e g 式中：定、轉(zhuǎn)子卡氏系數(shù)、 1c k 2c k 半閉口槽和半開口槽 2 75 . 0 4 . 4 75 . 0 4 . 4 oo o c bbgt bgt k =1256467 1c k =1031443. 2c k 式中：=1.09956cm 1 t=1.09956cm 1 t =1.3069cm 2 t=1.3069cm 2 t 槽口寬 o b =0.3cm 1o b =0.66cm 2o b =0.3cm 1o b =0.66cm 2o b 36齒部所需安

43、匝 定子 =1.11526.88=29.9712 111ttt hatat 29.9712 1t at 轉(zhuǎn)子 =(6.01+34.35)1.52=61.347 222ttt hatat 61.347 2t at 37軛部所需安匝 定子 1111 0.349 13.72 10.42 =29.97 ccc atc atl 29.97 1c at 軛部磁路長度校正系 數(shù) 1 c =0.349 1 c=0.349 1 c 轉(zhuǎn)子 2222 0.165 29.76 4.712 =10.09 ccc atcatl 10.09 2c at 2 c=0.165 2 c=0.165 2 c 38空氣隙所需安匝 0

44、.80.8 6938.559 0.05184 =287.750 gge atbg 287.750 g at 39飽和系數(shù) 12 29.9712+61.347+287.750 287.750 1.13922 ttg t g atatat f at 113922 t f 40總安匝 gcctt atatatatatat 2121 =401.008 401.008at 41滿載磁化電流 111 2.222.22 401.008 2 3 306.464 1.9366 m dp at p i m z k a 1.9366a m i 42滿載磁化電流標 么值 1.9366 0.42604 4.545 m

45、m kw i i i 0.42604 mi 43激磁電抗 11 2.3472 0.42604 m m x i 2.3472 mx （三）參數(shù)計算 44線圈平均半匝長 （估算） 單層線圈 13 1.16 2.735 16.173 zbsy llk cm 16.173cm z l 式中： 1 2102 1.5 13 b lld cm 直線部分長 =13cm b l 1.16 s k 1.16 s k 112 2 8.322(0.060.10396)0.970.435 1 2 isoss y dhhhr p =2.735cm 2.735 y cm 式中：d1=1.5cmd1=1.5cm 45雙層線圈

46、端部軸 向投影長 cmsin13.13 0.851510.9197 ds fc10.9197cm d f 46單層線圈端部平 均長 1 22 1.5 1.16 2.735 6.17266 ssy ldk cm 6.17266cm s l 47漏抗系數(shù) 2 211 25 1 2 25 2.63 10 2.63 50 3 (306.464) 2 22010 0.038583 effdp x f p lz k c p u 0.038583 x c 48定子槽單位漏磁 導(dǎo) 11111 1 0.4165 1 0.621.0365 suull kk 1.0365 1s 式中：查附圖 12,得: 1 1 u

47、 k1 1u k 查附圖 12,得: 1 1 l k1 1l k 式中查附圖 1, 得:0.4165 1u 01 1 01011 2 0.062 (0.660.3)/ 2 tan30 0.30.30.66 0.4165 ss u s hh bbb 式中查附圖 8,得: 1 0.62 l 0.62 1l 49定子槽漏抗 111 1 2 11 s s x effdp l mp xc lkq 2 8.4 3 2 1.0365 0.038583 10.08 0.957724 =0.010814 0.010814 1sx 式中：無徑向通風(fēng)道時=10cmll 1 =10cm 1 l 50定子諧波漏抗 1

48、1 22 1 22 3 13.194690.0082 0.051840.95771.329319 0.0385830.02343 p d x edpt ms xc gkf 0.02343 1dx 式中：0.0082s 0.0082s 51定子端部漏抗 1 2 1 0.670.64 0.67 (0.16170.64 0.0617) 0.038583 10.08 0.9577 0.01236 by e x effdp lt xc l k 10.01236ex 52定子漏抗 11110.0466sdexxxx10.0466x 53轉(zhuǎn)子槽單位漏磁 導(dǎo) 222 02.78652.7865 sul 2 2

49、.7865 s 式中：0 2u 0 2u 2.7865 2l 2.7865 2l 54轉(zhuǎn)子槽漏抗 212 2 2 10 3 2 2.7865 0.038583 10.08 20 0.031997 s s x eff lmp xc lq 0.031997 2sx 55轉(zhuǎn)子諧波漏抗 1 2 2 2 3 13.194690.0083 0.038583 0.051841.139 0.02175 p d x et mr xc gf 0.02175 2dx 式中：0.0083 r0.00083 r 56轉(zhuǎn)子端部漏抗 2 0.757 1.13 0.7576.8 00.038583 10.082 0.0098

50、516 br e x eff lld xc lp 0.0098516 2ex 10.08cm b l10.08cm b l 8.6cm r d8.6cm r d 57轉(zhuǎn)子斜槽漏抗 2 2 2 2 10.9956 0.50.5 13.069 0.038583=0.007697 sk d sk b xx t 0.007697 sk x 58轉(zhuǎn)子漏抗 2222 0.07129 sdeskxxxxx 0.07129 2x 59總漏抗 120.0466+0.07129=0.1179xxx0.1179x 60定子相電阻 1 1 111 0.0217 0.161727 320 1001 1.0936 100

51、 1.0269 z lz r a sn 0.1.0269 1 r 61定子相電阻標么 值 1 1 1 4.545 1.3320919 220 0.027523 kw i rr u 0.0275231r 62有效材料 6 1111 6 10 1.05 0.161727 40 24 1.0936 2.7 10 5.0428kg alz gclzq sn 1.5867 cu gkg 5.0428kg al g 1.5867 cu gkg 硅鋼片重量 2 3 1 23 7.8 10 0.95 0.1008 (0.151 0.005)7.8 10 18.9696 fefe gkld kg 18.9696

52、 fe g kg 式中：c=1.1c=1.1 =8.9=8.9 =1.0936 1 s 2 mm=1.0936 1 s 2 mm 式中：=0.95 fe k=0.95 fe k =0.5cm=0.5cm 63轉(zhuǎn)子電阻 導(dǎo)條電阻 2 1.04 10 0.0434 28.176 0.615 20 1.0339 bbb b b kl rk sq 1.0339 b r 端環(huán)電阻 2 2 2 2 8.6 0.0434 28.176 22.8 0.47265 rr r r d rk ps 0.47265 r r 式中： 2 2 111 44 3 (306.464) 1010 28.176 dp m z k

53、 k 28.176k =1.04 b k=1.04 b k 轉(zhuǎn)子導(dǎo)條面積 2 0.615 b scm 2 0.615 b scm 端環(huán)截面積 2 0.28 r scm0.28 r s 2 cm 轉(zhuǎn)子導(dǎo)條或端環(huán)的電 阻系數(shù) 2 0.0434/ br mmm 2 0.0434 / br mmm 導(dǎo)條電阻標么值 1 4.545 1.0339 220 0.021363 kw b b i rr u 0.021363br 端環(huán)電阻標么值 1 4.545 0.47265 220 0.0098 kw r r i rr u =0.0098rr 轉(zhuǎn)子電阻標么值 2 0.021363+0.0098=0.031128

54、 brrrr 0.0311282r 64滿載電流有功部 分 11 1.227 0.815 pi 1.227 pi 65滿載電抗電流部 分 22 1 0.18496 pp xmm ikxikx i 0.18496 x i 式中： 111 0.18496 0.0466 =1.01986 m m kix 1.01986 m k 66滿載電流無功部 分 0.42600.18496 0.611 mx r iii 0.611 r i 67滿載電勢 1111 1 (1.227 0.021217+0.611 0.0466) =0.94549 pr l irix 10.94549 l 68空載電勢 1 0 11

55、10.4260 0.0466 =0.9801 mix 0 1=0.9801 69空載定子齒磁密 0 101 10.9801 15872.815 10.94549 =16454.576t tt l bb 16454.57 10t b 6t 70空載轉(zhuǎn)子齒磁密 0 202 10.9801 12296.409 10.94549 12747.089t tt l bb 0 202 10.9801 15870 10.94549 16716.11t tt l bb 12747.08 20t b 9t 16716.11 20t b t 71空載定子軛磁密 0 101 10.9801 14424.261 10.

56、94549 14952.93t cc l bb 14952.93 10c b t 72空載轉(zhuǎn)子軛磁密 0 202 10.9801 14232.789 10.94549 14754.44t cc l bb 14754.44 20c b t 73空載氣隙磁密 0 0 10.9801 6938.559 10.94549 7192.867t gg l bb 7192.867t 0g b 74空載定子齒安匝 10101 46.93 1.11552.327 ttt atath 52.327 10t at 75空載轉(zhuǎn)子齒安匝 20202 (7.3760.98) 1.512 103.892 ttt atath

57、 103.892 20t at 76空載定子軛安匝 101101 0.349 20.17 1.042223 73.3655 ccc atc atl 73.3655 10c at 77空載轉(zhuǎn)子軛安匝 202202 0.165 22.67 1.52 17.8032 ccc atcatl 17.8032 20c at 78空載空氣隙安匝 00 0.80.8 0.05184 6938.559 =298.2967 geg atgb 298.296 0g at 79空載總安匝 0102010200 =458.88 ttccg atatatatatat 458.88 0 at 80空載磁化電流 0 0 11

58、1 2.222.22 458.88 2 3 306.464 2.216 m dp atp i m z k a 0 2.216 m ia 81定子電流標么值 22 22 11.22699390.611 1.3707 priii 1.3707 1i 定子電流實際值 1 1 1.3797 4.545 6.2305 kw iii a 6.2305a 1 i 82定子電流密度 a/ 1 1 111 5.6972 i ans 2 mm a/ 1 5.6972 2 mm 83線負荷 111 1 1 3 320 6.2305 8.4 226.655a/cm i m zi a d 226.655 1 a a/c

59、m 84轉(zhuǎn)子電流標么值 22 22 21.22699390.184964 1.240857 pxiii 1.240857 2i 轉(zhuǎn)子電流實際值 111 22 2 3 306.464 1.240857 4.545 20 259.2804a dp kw m zk iii q 259.2804a 2 i 端環(huán)電流實際值 2 2 20 259.2804825.315a 2 r q ii p 825.315a r i 85轉(zhuǎn)子電流密度 導(dǎo) 條密度 a/ 2 259.2804 4.2159 61.5 b b i s 2 mm 4.2159a/ b 2 mm 端環(huán)密度 2 825.2804 2.94756a

60、/ mm 280 r r r i s 2.94756a/ r 2 mm 86定子鋁損耗 2 2 11 1 1.37070.02122 0.03986 al pir 0.03986 1al p 3 121 100.03986 3000 119.592 alal ppp w 119.592w 1al p 87轉(zhuǎn)子鋁損耗 2 2 22 2 1.240860.031128 0.047929 al pir 0.047929 2al p 3 222 100.047929 3000 143.786 alal ppp w 2 143.768 al pw 88附加損耗 3 2 75 0.025 103000 s