132S-6 3KW三相鼠籠式異步電動機設計

1、 學號 2010040211122 密級 武漢大學東湖分校本科畢業(yè)設計（論文）132S-6 3KW三相鼠籠式異步電動機設計 院（系）名稱： 機電工程學院 專業(yè)名稱： 電氣工程及其自動化 學生姓名 ： 吳文杰 指導教師： 楊長安 教授 二一四年五月 BACHELORS DEGREE THESIS OF WUHAN DONGHU UNIVERSITYY132S-6 3KW Three-phase asynchronousmotor design a rat trap type College ：College of Electromechanical Engineering Subject ：El

2、ectric Engineering and Automation Name ：WuWenJie Directed ： YangChangAnMAY,2014 鄭 重 聲 明本人聲明所呈交的學位論文，是本人在導師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果，所有數(shù)據(jù)、圖片資料真實可靠。盡我所知，除文中已經注明引用的內容外，本學位論文的研究成果不包含他人享有著作權的內容。對本論文所涉及的研究工作做出貢獻的其他個人和集體，均已在文中以明確的方式標明。本學位論文的知識產權歸屬于培養(yǎng)單位。本人簽名： 日期： I 摘 要這篇論文是應屆生畢業(yè)論文，它設計的主要內容有三相異步電動機的電磁設計以及它的用途。全文分為

3、5章，第1和第2章主要是介紹了異步電機的概念，基本結構和工作原理。第3章建立在對電機理論的了解上，簡要的講述了電機設計的基本理論，主要原則，設計要求。第4章是在前面4章的理論基礎上，對電機參數(shù)的具體計算，這是全文的重點內容，也是該設計是否達標的具體體現(xiàn)。第5章是對電機如何降低起動電流的專題研究，目的是為了更加深刻的體會，理解電機理論。了解這些參數(shù)及工作特性將有助于我們?yōu)橄旅鎅132S-6 3KW三相鼠籠式異步電動機設計做好準備。關鍵詞：異步電動機；設計；優(yōu)化；繪圖 II Abstract This essay is a fresh graduate thesis, electromagneti

4、c design of its main contents design of three-phase asynchronous motor and its use. The full text is divided into 5 chapters, the first and the second chapter mainly introduces the concept of asynchronous motor, the basic structure and working principle.The third chapter based on the motor theory un

5、derstanding, briefly describes the basic theory, motor design principle, design requirements. The fourth chapter is in front of the theory on the basis of the 4 chapter, the specificcalculation of motor parameters, which are the focus of this paper, but also embodies the design standards. The fifth

6、chapter is the study of how to reduce the starting current of the motor, the purpose is to understand more deeply,understand the motor theory. Understanding these parameters and working characteristics will help us prepare for the following Y132S-6 3KW three-phasesquirrel cage asynchronous motor des

7、ign.Keywords: asynchronous motor; design; optimization; drawing目 錄 TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc11828 摘 要 前言 在直流電機、異步電機和同步電機等三大基本類型的電機中，中小型籠型轉子異步電動機屬于量大面廣的產品，生產及應用及其普遍，其設計計算的難度和工作量比較適中，與電機學和電機設計等課程的基本內容聯(lián)系非常密切。隨著電力系統(tǒng)自動化的高速發(fā)展，異步電機在工農業(yè)、日常生活中的扮演的角色越來越重要。然而在異步電機中，中小型大概占了70%的比列，所以發(fā)展好中小型異步電機將會有舉足輕重的意義。在工農

8、也生產中三相鼠籠式異步電動機，具有結構簡單，效率很高，使用方便，性能穩(wěn)定，易于維修成本低的優(yōu)點。在我們日常生活中，電機的運用及其廣泛：電動車里面的直流電機，學校的電動門、吊扇以及學生食堂的壓面機、鼓風機等等都是用電動機來工作的為了保證異步電動機的安全運行，了解對異步電動機的安全評估，對異步電動機深入研究也是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，運用一些新型的原材料來改善效率和功率因數(shù)等性能，使其能更好地適用于生產需要。大型三相異步電機功率大，它一般用于大型工農業(yè)設備中。值得注意的一點的，三相異步電機只用于電動機，卻很少用作發(fā)電機，我們日常生活中用的電一般都是同步電機用來發(fā)電。我

9、們知道，三相是三相交流之意，大小相等，相位依次滯后120度。異步與同步是相對而言的，它們的主要差別是在其轉子轉速不等于同步轉速而成一定的差值，然后與同步轉速的比值叫做轉差率。有無勵磁是異步電機與同步電機的主要區(qū)別，異步電機靠從電網吸收無功功率來形成電磁感應帶給轉子繞組上產生感應電勢形成感應電流。然后，在定子磁場的作用下來轉動，有了轉差率就會切割磁場，那么就會帶動異步電機工作。第1章 異步電機概念因為異步電機與同步電機有著明顯的差別，是因為異步電機的轉子轉速與同步轉速不同步，而同步電機時嚴格的同步，也就是轉速相同，同步電機不存在轉差率。正是由于異步電機存在這轉差率，那么定轉子氣隙旋轉磁通密度與轉

10、子繞組重點感應電流相互作用就產生了電磁轉矩，那么就實現(xiàn)了能量的轉換。故異步電機我們又稱之為感應電機。1.1異步電機的類型、特點和用途異步電動機分為：三相異步電動機和單相異步電動機兩大類；三相異步電動機又分為：繞線型和鼠籠型兩種；三項鼠籠式異步電動機又包括三鼠籠型、雙鼠籠型和單鼠籠型三種；單相異步電機又分為：電阻啟動異步電機、電容啟動異步電機、電容運轉異步電機以及單相罩極式異步電機。在工農業(yè)生產中三相異步電機的運用及其廣泛。異步電機與直流電動機、三相同步電機不同，其轉子繞組無需與其他電源連接，所以它有很多優(yōu)點比如：結構簡單、效率高、經濟便宜，以及制造容易，成本低廉，易于維修等優(yōu)點。前面已經介紹了

11、異步電機的一些優(yōu)點，它的運行效率比較高，工作性能很好，運行平穩(wěn)，能夠滿足機械生產的傳動要求。因為轉子轉速與同步轉速有轉差關系，所以要想平滑的調速是比較困難的，這也是它的一大缺點，另外它必須從電網吸收滯后的無功功率，來保證它的運行。異步電機可用作電動機也可用作發(fā)電機，但是由于它的特殊性，主要用作電動機，在傳動的過程中將電能轉換為機械能，用來帶動機械的運轉。比如：數(shù)控機床、吊扇、冶金、紡織，所以它的運用很廣泛，很多領域都用它作為驅動設備。1.2異步電機的發(fā)展趨勢近年來我國已開始研究、設計、生產高效率異步電機。隨著中國加入WTO和機械調整產業(yè)結構和產品結構，高效率感應電動機將成為產品的主要市場需求。

12、電機性能的好壞直接關系到了經濟的利益。當電動機功率增大，功率因數(shù)增加時，單位電耗相對減少，效率提高。普通大容量電機效率一般為94%到98%，小容量電機一般為81%到92%。我們的設計目標是設計和創(chuàng)造出比正常標準電機高出一個級別。解放60余年來，我國的電機制造業(yè)取得了很大的進步，經過我國科研人員的不懈努力，在落后的基礎上逐步建立起來了完整的制造工業(yè)體系。電機的品種、質量、數(shù)量都取得了世人矚目的成績。為我國的工農業(yè)生產與人們日常生活做出了巨大的貢獻?！笆濉庇媱澔救蝿盏膬身椫匾獌热菔翘岣邍鴥犬惒诫姍C的可靠性和經濟性指標，隨著科學技術的高速發(fā)展，市場對電機的要求也就越來越高。中小型異步電機時工農業(yè)

13、生產與人們生活中的重要組成部分，上海電機行業(yè)協(xié)會付鳳禮認為高效、調速好、低噪、智能可以概括為我國中小型電動機的發(fā)展方向。 未來我國將以高效電機、智能化電機、調速電機、環(huán)保催生低噪音電機等為主要發(fā)展方向，因此個性化的電機將會越來越受歡迎。發(fā)展的主要方向可以概括為以下幾個方面：無刷電機，直接驅動技術，小型化，微型化，伺服技術等其他技術。要大力發(fā)展現(xiàn)代汽車，在這個階段我有一個需要關注的領域電機解決幾個關鍵技術：綜合模擬和設計。 2，高效節(jié)能電機技術（這也是電機一直都在突破的技術問題）3、極端條件下的特種電機技術（在極端溫度比如-60度到+180度，這樣的溫度條件下一班電子器件都會失效，為此如何突破這

14、一瓶頸將會是電機發(fā)展的突破）現(xiàn)代電機技術將不只是電機一門學科，它將會是許多學科的綜合，因此生產會涉及到許多方面比如：材料的選取、電子器件的調試等。因此以上問題的優(yōu)化與解決將會大力發(fā)展現(xiàn)代電機產業(yè)，并且創(chuàng)造出良好的經濟與社會效益。在日本、英國、德國等國家。無軸承電動機在半導體、紡織、冶金行業(yè)等得到了廣泛的應用。隨著我國加入WTO，“十五”計劃任務的提出。在眾多電氣傳動的領域將改變傳統(tǒng)的傳動方式。在產品質量，技術成本和對環(huán)境的污染將發(fā)揮重要作用。因此我們的無軸承電機將是一個巨大的發(fā)展前景。第2章 三相異步電動機的基本結構和工作原理2.1 三相異步電動機的基本結構 三相異步電機主要是有定子、轉子、電

15、樞繞組、鐵心、機組等組成的。轉子裝在定子的腔內，定轉子之間有一縫隙，我們稱之為氣隙定子 三相異步電動機的定子主要是機座、鐵心與定子繞組等組成的，機組相當于外殼，它由鐵或者剛才制成。定子鐵心裝置在機組內，一般由圓形鐵心硅鋼片、壓圈等部分組成。通過焊接形成一個整體。（1）定子鐵心 定子鐵心是一個在圓周上有齒與槽的空心圓心，顧名思義，定子鐵芯就是導磁的介質或者是安防定子繞組。鐵心沖片一般由相互絕緣的0.5mm厚的硅鋼片沖成，定子鐵芯沖片：整圓沖片（中小型）；扇形沖片（大中型）。（2）定子繞組 定子繞組是定子中的電路部分，它采用絕緣導線繞制成線圈。分為單層繞組（小型）、雙層繞組（中大型）。（3）機座

16、也就是三相異步電機的外殼，機座的主要作用就是固定、支撐定子鐵芯轉子也通過軸承、端蓋固定在機座上，機座一般為鑄鐵件，大型的是用鋼板焊成的。機座的作用主要就是支撐轉子，并起防護、散熱的作用。 2、轉子異步電動機的轉子由轉子鐵心、轉子繞組和轉軸組成。（1）轉子鐵心 轉子鐵心是用0,5mm厚的硅鋼片疊成的圓柱體，主要用來安置轉子繞組的。轉子鐵心是電機磁路的一部分，小型籠型轉子是用銅條安裝在鐵心槽內，兩端用端環(huán)焊接這樣看起來很像鼠籠。鼠籠是異步電機結構簡單，工作可靠，維護與運行方便，所以運用很廣泛。（2）轉子繞組 轉子繞組分為鼠籠式和繞線式，籠型繞組沒有繞組，繞線式有繞組。鼠籠型繞組有雙籠型及深槽型，這

17、兩種轉子可改善異步電動機的啟動性能，主要用于100kw以上的大中型電動機。（3）轉軸 轉軸一般用中碳鋼制成，轉子鐵心套在轉軸上或通過壓圈套在軸上，它支持著轉子，使轉子在定子內腔均勻地旋轉，并傳導三相電動機所輸出的轉矩。3、氣隙 氣隙主要指的就是電機在工作時靜止的磁極與旋轉的電樞它們之間的間隙，氣隙越大，漏磁就越多，那么電機的工作效率就會下降，如果氣隙太小，就容易發(fā)生摩擦，使電機的壽命減短。所以控制好氣隙很關鍵，在中小型電機中，氣隙控制在0.5-2.9mm間比較好。2.3三相異步電動機的工作原理轉子繞組在磁場中受到電磁力的作用轉子繞組中產生e和i磁場切割轉子繞組對稱三相繞組通入對稱三相電流三相交

18、流電能旋轉磁場能量機械負載旋轉起來輸出機械能量轉子旋轉起來三相對稱的繞組通過三相對稱的電流產生旋轉的磁場，其轉速即為同步速n1=60f/p；轉子直流勵磁產生固定磁極；輔助電動機起動轉子旋轉，當轉子轉速接近同步n1時，其異性磁極就被旋轉磁場拉住，即定子旋轉磁場就拖著固定磁場（轉子）以轉速n（nn1）旋轉，實現(xiàn)電能轉換為機械能，故稱為三相異步電動機。轉差率（s）：同步轉速n1和電動機轉子轉速n之差與同步轉速n1的比值。轉差率S是三相異步電機重要的的參數(shù)。當負載變化時，轉子的轉差率s也隨之變化，通常異步電動機額定負載時的轉差率2%5.5%左右。其實，異步電機有三種運行狀態(tài)：（a）電動機運行；（b）發(fā)

19、電機運行；（c）電磁制動運行。具體如下：0S11SS0電動機狀態(tài)電磁制動運行發(fā)電機狀態(tài)nnnnn10mm，以此來增大電機的啟動轉矩。如果起動轉矩小的鼠籠式電機，在電機的效率、功率因數(shù)和溫室都有較大裕度的前提下，可采取下面措施來改善它的啟動性能。減少轉子槽面積Sb，以及減少端環(huán)面積Sr，都可以增大啟動轉矩，但是槽滿率一定要滿足在75%-80%間，這樣電機的效率才會比較高。但是這只對于2、4極電動機比較有效適當減小定子的外徑，增大氣隙，以減小漏抗和諧波轉矩。在保證轉子斷環(huán)有足夠機械強度的前提下，在斷環(huán)上離鐵芯約為環(huán)厚的四分之一處，開一道深為環(huán)高的六分之五而3mm寬的槽。將斷環(huán)分為緊靠鐵芯的起動部分

20、1和截面積較大的工作部分。3、啟動電機時，轉子電流集中在導條和斷環(huán)的上方。電流幾乎不再斷環(huán)下層通過，所以轉子起動電阻會增大。采用深槽結構的轉子，或者將單籠轉子改為雙籠轉子，使得起動時轉子電阻增大，提高堵轉矩并且抑制堵轉電流。公式（1），公式（2）Sn=，公式（3）R2st=，公式（4），公式（5），公式（6）I1=結 論本科畢業(yè)設計是學校培養(yǎng)學生必不可少的途徑，也是一種學術素養(yǎng)，在學生進入社會工作或者繼續(xù)讀書深造都將會有不少的幫助，做到好的優(yōu)秀畢業(yè)設計并不容易，它要求我們有好的思路、語言簡潔、設計與時代接軌要講創(chuàng)新，在計算時要有耐心，大學四年，不光光是學生的成長與素質的提高，通過優(yōu)秀的畢業(yè)設計

21、可以看出一個學生對只是運用和掌握程度。目的是為了培養(yǎng)學生嚴謹?shù)膶W術作風和認真的科學態(tài)度，有了正確的世界觀、人生觀并且掌握科學的方法論。通過畢業(yè)設計訓練學生檢索中外文材料、翻譯外國期刊、計算以及文字表達能力。畢業(yè)論文可以說是大學四年學術中最大的設計項目，對于沒有任何基礎的學生來說的確很難。在該設計中，電磁計算、機械計算時最為困難的，這個耗費了大量的時間，整個過程枯燥無味。在前面計算轉子的主要尺寸時遇到了困難，那時候畢業(yè)設計停滯不前，浪費了許多時間，耽誤了后面的進程，經過楊教授的知道才得以度過難關。三相異步電機的設計最重要的就是計算，通過反復的計算，在計算中回顧與鞏固所學的電機知識，熟悉電機的工作

22、工程與計算的各步驟的意義。計算過程完成后就進入了電磁方案的優(yōu)化設計中，在剛開始的時候并不知道如何優(yōu)化，在楊老師的指導下，通過各公式下手，就跟連環(huán)套一樣，一個重要的參數(shù)變化將會引起電機的效率發(fā)生很大的變化。設計優(yōu)化方案的時候，為達到節(jié)省材料的目的，定子用銅量與轉子用鋁量都需要盡量減少，那么這樣就得減小定子外徑與鐵心的長度，這將降低電機效率與功率因數(shù)。然而定子外徑和鐵心的長度不能下降太多，既要下降又要保持電機有著好的工作效率與功率因數(shù)。所以必須全名的考慮問題。通過做這個必要設計，把四年的專業(yè)知識又復習了一遍，這將對以后的繼續(xù)深入學習有著重要的作用。參考文獻1 陳世坤.電機設計機械工業(yè)出版社.20082 戴文進.電機學航空工業(yè)