三相感应电动机的设计

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1、毕 业 设 计课题名称： 三相感应电动机的设计学 院：专业班级：学生姓名：导师姓名：完成日期：摘要其性能的提高具有重要意义。在文章中简要介绍了感应电机设计的基础知识，阐述 了中型电机的设计方法与步骤，介绍了电磁设计的步骤与计算程序，也述及电机的优化 设计。 电磁设计是根据设计技术要求确定电机的电磁负荷，计算转子、定子冲片和铁 心各部分尺寸及绕组数据，进而核算电机各项参数及性能，并对设计数据做必要的调整， 直到达到设计要求。本文也简单介绍了 Auto CAD绘图的基础知识。Au to CAD是计算机 辅助设计领域应用最广泛的工具之。学会使用Auto CAD绘制三相感应电动机定子冲片 图、定子绕组

2、图。关键词：电动机，设计，优化性能AbstractIts improved performance is important. Article briefly introduces the basics of the asynchronous motor design, elaborate design methods and steps of the small and medium-sized motors,electromagnetic design steps and calculation procedures are also covered in the optimization

3、 of the design of the motor. Electro magnetic design is based on the design of the technical requirements to determine the electromagnetic motor load, calculate the rotor, stator punching and core size of each part and winding data, thus accounting motor parameters and performance and design data to

4、 make the necessary adjustments, until it reaches the design requirements.Also a brief introduction to the basics of the AutoCAD drawing. AutoCAD is the most widely use dinstruments in the field of computer-aided design applications. Learn how to use AutoCAD drawing three-phase induction motor stato

5、r punching.Figure stator winding diagram. Armament diagram of the three-phase induction motors tator punching.Figurerotor equipped diagram,winding associated.Keywords: Electric motor,Design ,Optimize performance.目录摘 要 2Abstract 3第一章 绪论 51.1感应电机制造工业的发展概况 51.1.1国内感应电动机的发展状况 61.1.2国外感应电动机的发展状况 61.2三相感应

6、电动机的任务与过程 71.3三相感应电动机的主要性能指标与冷却要求 8第二章 三相感应电动机的工作原理 10第三章电磁方案分析设计 133.1额定功率 133.2 磁路计算 153.3 参数计算 183.4 工作性能计算 213.5 起动性能计算 22第四章 电机结构设计 244.1结构设计的基本原则 244.2定子设计 244.2.1 主要尺寸分析及气隙长度的选择 244.2.2 定、转子槽配合的选择 254.2.3定子绕组设计 264.3转子结构设计 264.3.1 转子铁心 264.3.2 转子槽尺寸的确定 274.3.3 转子内风扇 274.3.4 转轴 274.4 轴承设计 29全文

7、总结 30致 谢 32参考文献 33附录 1 三相感应电机装配图 34附录2 三相感应电动机定转子冲片图 35附录3电工硅钢薄板(0.5mm)的损耗曲线36附录4三相60相带谐波比漏磁导系数工s 36第一章 绪论感应电动机一般都用作电动机，在少数场合下，也有用作发电机的。三相感应电动机又称“ 异步电动机”，即转子置于旋转磁场中，在旋转磁场的作用 下，获得一个转动力矩，因而转子转动。转子是可转动的导体，通常多呈鼠笼状。定子 是电动机中不转动的部分，主要任务是产生一个旋转磁场。旋转磁场并不是用机械方法 来实现。而是以交流电通于数对电磁铁中，使其磁极性质循环改变，故相当于一个旋转 的磁场。这种电动机

8、并不像直流电动机有电刷或集电环，依据所用交流电的种类有单相 电动机和三相电动机，单相电动机用在如洗衣机，电风扇等；三相电动机则作为工厂的 动力设备。三相感应电动机在工业中应用极广，感应电机的结构简单、制造方便、价格便宜、 运行可靠。其主要缺点是，功率因数恒为滞后，轻载时功率因数很低，另外，在调速性 能方面比直流电机稍差三相感应电动机在任何转速下，转子磁动势在空间始终以同步速度旋转，并与定子 的旋转磁动势保持相对静止。所以感应电机在任何转速下都能产生平均电磁转矩，并进 行电能量转换。这是感应电机的一个特点。因而应用极为广泛，几乎遍及航空航天、国 防、工农业生产和日常生活的各个领域。1.1 感应电

9、机制造工业的发展概况电动机是把电能转换成机械能的设备。电动机行业是一个传统的行业，经过200 多年 的发展，它已经成为现代生产、生活中不可或缺的核心与基础，是国民经济中重要的一 环。作为劳动密集型产业，我国发展电机制造业有着得天独厚的优势。随着中国经济的 快速发展，电动机行业的发展也进入了高速增长的阶段。在整个行业中，中小型电动机占据着主要的市场份额。因此，中小型电动机的节能 是实现电动机节能的重点。另外，钢铁、化工、电力和石油等工业行业是耗电大户，也 是中小型电动机的主要应用领域，能耗越大，节能的潜力也越高。同时，这些行业的电 动机工作时间比较长，工作负载相对稳定，这些特点都有利于高效电动机

10、在这些行业的 推广和应用。电动机能源效率水平的提高对于我国能源节约、环境保护以及资金节约均具有重要 意义。同时，高效电动机的开发与应用也是目前国际上的发展趋势，世界各国对电动机 的节能工作都给予了高度的重视。中国能源相对缺乏，优质能源严重短缺，从节约能源、 保护环境出发，高效率电动机是目前的国际发展趋势，发展前景广阔。1.1.1 国内感应电动机的发展状况随着国民经济快速发展，电机产量也在快速增长，尤其是近年来电动机国际市场需 求量很大，处于高增长阶段，也推动了中国电动机行业的快速发展。随着电机产品国外 市场的进一步拓宽，中小型电机在出口数量、品种、产品档次、创汇额上都有了重大突 破行业上下形成

11、共识：改变目前我国电机出口不利局面的根本措施在于加强自主研发、 调整出口产品结构、提高出口产品的技术附加值和打造国际品牌。60 年代起即走上自行设计的道路；50 年代只能生产一般中小型 电机，不久后即能 生产大型电机设备和特殊用途电机。与此同时，新技术、新材 料、新结构和新工艺的 日益广泛应用，使我国电机工业的发展走上了更加成熟的 道路。 在国内中小型电机方 面，自 1953 年进行第一次全国统一设计后，中小型电机 的生产开始摆脱过去混乱的 局面，走上了统一和系列化的道路到目前为止我国 生产的中小型电机系列，除一般电机或基本系列外，还有防爆、船 用、潜水、单 绕组多速等派生系列和专用系列。从目

12、前情况来看，一般或基本系列中 小型电机 已经能够满足国民经济各部门的需要，其技术经济指数也在逐步提高。 到 2010 年，我国平均每年将投产发电装机容量 3700 万千瓦以上，年均增长 7.8%左右。 而电动机的需求与发电设备的需求呈 1：3.51 的正比关系，也就是说， 大型、中小型 交流电动机产品在国内市场的有效需求会保持稳定增长。1.1.2 国外感应电动机的发展状况国外电机制造工业的发展状况 在大型机组及其采用的某些新材料、新结构的基础 上，在充分保证可靠性和足够的运行经验的前提下，稳步发展更大机组；于此同时，努 力寻求更好的绝缘材料和结构，以提高电压等级；并采用更为合理的励磁系统与冷却

13、系 统，以提高运行的稳定性和在可供应的转子锻件范围内提高单机容量等等 。20 世纪60 年代以来，一些主要工业国家还相继发展了中小型电机的新系列，或对原有系列进行改 型，其共同点如下1. 应用电子计算机进行设计，从而提高了计算精度，缩短了设计周期2. 功率等级和安装尺寸尽量与国际电工委员会的标准接近。3. 由注意“小型轻量化”（减轻重量、降低中心高）转为注意“省能化”和“无公 害化”，提高效率和降低噪声。4. 积极采用新材料。目前B级绝缘的电极所占的比重日益增大，E级减少，而且呈 现向F级过渡的趋势、有的为了提高电机的使用寿命和可靠性，把F级当作B级，留有 较大的温升裕度；在同一系列中，按电机

14、温升高低或机座号大小，分别采用E、B、F级 绝缘、在电机中普遍采用无硅低碳冷轧电工钢片、半冷轧无取向硅钢片和磁性槽楔。另 外，有的国家还发展铝线电机新系列。5. 扩大原有的功率划分范围，改进结构，提高通用化程度，注意维修使用方便。中 小型同步电机和感应电机都大量采用箱型结构或通用定子，小型电机采用密封轴承，中 型电机采用不停机添加润滑脂的滚动轴承并有甩油盘自动排除废油1.2 三相感应电动机的任务与过程电机设计的任务是根据用户提出的产品规格、技术要求、结合技术、经济方面和生 产实际情况，运用相关的理论和计算的方法，正确处理设计时遇到的各种问题，从而设 计出性能好、体积小、结果简单、运行可靠制造、

15、使用和维修方便的先进产品。在设计前和设计过程中，设计人员还应认真进行调查研究，听取有关人员的意见和 建议，注意理论与实际，设计与工艺相结合。例如深入现场，访问用户和查询有关技术 资料等等，以便对所设计电机的技术要求、现状、发展趋势、生产经验与现有加工条件 等有所了解，从而为具体设计打下坚实的基础，减少设计差错。电机设计是个复杂的过程，需要考虑的因素和确定的尺寸、数据很多，这就难免会 遇到错综复杂的矛盾。因此设计人员必须全面地、综合地看问题，并能因时因地制宜， 针对具体情况采取不同的解决方法。 电机设计时通常会给定下列数据：（1） 额定功率（2）额定电压 （3）相数及相同连接方式 （4）额定频率

16、 （5）额定转速或同步转 速 （6）额定功率因数。 对电机的技术要求通常在有关的国家标准或技术条件中规定， 其内容视具体电机二异。电机设计的过程可分为:1. 准备阶段:熟悉国家标准，收集相近电机的产品样本和技术资料，听取生产和使 用单位的意见与要求，在国家标准有关规定和分析相应资料的前提上，编写设计技术建 议书。2. 电磁设计:根据技术任务书的规定，参考实际的生产经验、使用的材料，核算出 电磁的性能。3. 结构设计:确定电机的机械结构、零部件尺寸、加工要求与材料的规格及性能要 求，包括必要的机械计算及通风和升温计算。设计任务与给定数据通过毕业设计，进一步掌握所学知识中关于电机学及电机设计和计算

17、机应用等方面 的专业知识，加强独立思考、分析、判断及解决问题的能力，并根据设计时应满足设计 任务书规定的各项指标要求设计出各参数符合 JB/T10315.2-2002 三相感应电动机。1.3 三相感应电动机的主要性能指标与冷却要求（一）.感应电动机性能指标有：（1）效率：电动机输出机械功率与输入电功率之比，通常用百分数表示.本次电机 设计中采用的效率参数为93.1%。（2）功率因素：电动机输入有效功率与视在功率之比。本设计中的功率因数为 0.85（3）起动电流：电动机在额定电压、额定频率和转子起动时从供电回路输入的最 大稳态方均根电流。本次设计中的起动电流倍数为 5 倍。（4）起动转矩：电动机

18、在额定电压、额定频率和转子起动时说产生的转矩的最小 测得值。本次设计的起动转矩倍数为 1.6 倍。（5）最小转矩：电动机在额定电压、额定频率下，在零转速与对应于最大转矩的 转速之间所产生的稳态异步转矩的最小值。（6）最大转矩：电动机在额定电压、额定频率下说能产生的最大稳态异步转矩。 本次设计中的最大转矩倍数参数倍数为2倍。（7）噪声：电动机在空载稳态运行时A计权声功率级（dB），以及在额定负载运行 是时超过空载运行的噪声声功率级增量。（8）振动;电动机在空载稳态运行时振动速率有效值。根据设计任务书的要求，本次需要设计的电机产品性能参数如下（二）冷却要求电机在运行时将产生各种损耗，损耗会转变成热

19、量，使电机各部件发热，温度升高， 而电机中的某些部件只能在一定温度限值内才能可靠工作。这就需要采取冷却措施，将 电机中的热量散发出去，使其在允许的温度限值内运行，保证电机的可靠运行。冷却方式：采用密闭通风循环冷却。1 ）一次冷却介质与周围环境隔离自成闭合循环回路。一次冷却介质吸热后通过回 路中的冷却器将热量传递给二次冷却介质带出机外，二次冷却介质是 空气。2）电机的通风系统：采用径向通风系统，由风扇和转子通风槽片组成压头，风道 由转轴筋板、定子挡风板、定转子通风槽板、机座和冷却器组成。3 ）内风扇：是电机的附加压头元件。它与转子旋转的压头元件共同维持电机所需 风量。4、6 极电机选用轴流风扇，

20、有旋向要求；8 极以上选用离心风扇，无旋向要求。 风扇材质有铸铝和钢板焊接两种。风扇可直接装在转轴上。4 ）外风扇：是外风路的压头元件。它维持外风路所需风量。是后倾叶片式离心风 扇。风扇材质为钢板焊接。通过风扇坐与转轴相连。5 ）冷却器：采用气体气体冷却器。由冷却管、撑管板、侧板、顶板和端板组成， 其中冷却管多为铝管；其它元件为钢板。冷热空气通过铝管进行热量交换，并由外风路 带出电机。6 ）导风罩：是约束电机周围新鲜空气进入冷却管的管道部件，是热交换器和外风 扇通风系统之间所必需的部件。由钢板焊接而成，要求有一定的机械强度和有足够的通 风面积。第二章 三相感应电动机的工作原理众所周知电机的运行

21、是可逆的，感应电机即可作电动机运行，又可作发电机运行。 感应发电机和感应电动机其实就是感应电机的两种不同的运行状态。因此感应发电机和 感应电动机的机构基本相同。一台鼠笼型异步发电机当定子外加电压作电动机运行= 池时，其转速n总是小于气隙旋转的磁场转速nO（即nnO转差率（0），此时转子导体切割旋转磁场的方向就与nn0时相反，因而转子感应电势的方向也与nn0时相反。旋转电机是一种机电能量转换的机械装置，其中电动机是将电能转换成为机械能。电动 机实现能量转换都基于以下两个基本定律：（1）法拉第楞次定律（感应电动势定律） 当导体在磁场中运动切割磁力线时，在 导体两端必然会产生感应电动势e，感应电动势

22、的大小与导体的运动速度V、导体的长 度L以及磁场的磁感强度B成正比，即为：e=BLV（ 2-1）式中：e导体内的感应电动势，单位为V；B磁场的磁感强度，单位为T；L导体在磁场范围以内的有效长度，单位为m；V导体的运动速度，单位为m/s。（2）电磁力定律（安培力） 载流导体在磁场中必然会受到电磁力的作用，电磁力的大小与导体所载电流I、磁场的磁感强度B以及导体长度L成正比，即为：F=BIL（2-2）式中：F电磁力，单位为N；B磁场的磁感强度，单位为T；I 导体中的电流，单位为 A ；L导体在磁场范围以内的有效长度，单位为m。三相感应电动机的工作原理，就是电动机的定子三相绕组通以三相交流电流时，在

23、气隙中产生旋转磁场。旋转磁场切割定、转子绕组而分别在定、转子绕组中感生电动势。 转子电动势在自成闭合回路的转子绕组中产生电流。转子电流与气隙中基波磁场相互作 用产生电磁转矩，使转子拖动机械负载旋转笼型与绕线型只是在转子结构上不同，它们的工作原理是一样的。电动机定子三 相绕组 U1U2、V1V2、W1W2 可以联结成星形也可以联结成三角形，它们的结构如图 2-1:L1a）星旳联接b）二角宠宠联接hlUT图2-2三相电诡叢形(2-3J(2 D)二匚 sin(a-t20u)对口 （砂十121鬥具波形如图所屮:樹2-1电动机進于 湍】绕爼不妨设定子绕组以星形联结接在三相电源上，则绕组中的电流为三相对称

24、电流当我们通入的三相电流是交变的，所以它们的合成磁场随着电流的交变而在空间不断地旋转，形成了如图 2-3 所示旋转磁场由于旋转磁场要切割转子导体，便在磁场中感应出如图 2-4所示的电动势和电流。电动势的方向可由右手规则确定。转子导体电流与旋转磁场相互作用便产生电磁力 F 施 加于导体上。电磁力F的方向可由左手定则确定。由电磁力产生电磁转矩，从而使电动 机转子转动起来。转子转动的方向与磁场的方向相同，而磁场旋转的方向与通入绕组的 三相电流的相序有关。如果将联接三相电源的三相绕组端子中的任意两相对调，就可以 改变转子的旋转方向.第三章电磁方案分析设计已知数据：输出功率P二315 KW,电压U二60

25、00V （Y接法），相数m二3，频率N N 1f二50Hz，极对数P=2, F级绝缘，连续运行，封闭空空冷，机座号H400，可采用铸 铝转子，主要性能指标按技术条件 JB/T 10315.2-2002YKK、YKKW 系列高压三相 异步电动机 技术条件（机座号 355630）.3.1 额定功率1.额定功率 P二315KWN6000 _2外施相电压U,Y接法U =盲 _NNyl 3I P315 21033.功电流1 _N_ 30.3 AKW m U32 34641 N 4.效率耳按照技术条件规定取=93.1%5功率因数COS申,按照技术条件规定取COS申=0.857. 定 转 子 槽 数6.极对

26、数P=2每极每相槽取整数。参考类似规格电机q二5 ,则1Z 2 = m 1 Pq 1= = 2 2 3 3 2 2 5=60,再按表108选Z 2=50,并采用转子斜槽.8.定转子每极槽数Z Z 60 i5Z _ 15p 2 P 41Z 50Z _ _12.5p2 P429.确定电机主要尺寸一般可参考类似电机的主要尺寸求确定D和lef由经验公式（10-8）可得满载电势标幺值K E 二 0.0109ln3150.01X2 + 0.892 = 0.892 再由表（10-3），按定子内外径比求出定E子冲片外径D= D D D）=罟=1-068m根据标准直径最后确定D1=1.07m,于是D 二 D A

27、d D 丿二 1.52 X 0.64 二 0.68mi11i11铁心的有效长度l * 二 011196 二 0.123mef D20.972i1取铁长le = 0.118m （按生产要求，铁心通常采用5mm进位）10.气隙的确定参考类似产品或经验公式（10-a）得6 二 0.30.4 +)3 二 0.7 X10-3订 e于是铁心有效长度1厂1广26二18+2 X .005二0-121m转子外径 D 二 D - 26 二 0.97 2 x 0.0005 二 0.969m，D 二 0.06m2i1i 2兀D12. 定子齿距t广1 兀D转子齿距t二 社2Z1211. 极距善二呼二0.53721M0.

28、68 兀=0.03581m60兀 0.68=0.04298m5013. 定子绕组采用单层绕组,交叉式,节距 19, 210, 1118 14.设计定子绕组取并联支路a1=1，由式（10-15）,可得每槽导体数N maN 3x 1 x484_ .-N81二1 Z =60= 242于是每线圈匝数为24.115. 绕组线规设计初选定子电密工=5.0 V 由式（10-16）计算导线并绕根数和每根导线截面积的 1/ mm 2乘积。其中定子电流初步估计值1kw = 38.3 A切 1 CO S16. 设计定子槽形用定子绕组为导线散嵌，故采用离形槽，齿部平行。初步去B . = 1.25T,按式(10-19)

29、估计定子厄部计算咼度i1h = 0.1030 m j117. 槽满率A = 0.003X (2X0.0152 +兀 x0.0051)m2 = 13.93x10-6m2 i绕组系数k = k k = 0.9 5 9 8dp1d 1 p1设计转子槽形与转子绕组h j2 =號=0.146m18. 按式估计端环电流I I ZI = I2 = 927AR2 2 兀 P端环所需面积ZA = I2 = 441 mm2R2 2 兀 P3.2 磁路计算21. 计算满载电势初设k = 0.927由式（3-5）得BE =（i-工）U = 3211V1LN22. 计算每极磁通初设k二1.20,由图3.5查得k = 1

30、.095由式（3-9）得 5NME2 4kk f = .8739WbNM dp1123. 每极下齿部截面积A 二k lb Zt1Fe 1 t1 p1轭部导磁截面积A 二k Ih 二 4385 x10-5 m2 j1Fe t j1A 二k l h =7100x10-5m2 j 2Fe t j124. 一极下空气隙截面积A =T l = 8.38x10-5m2def25. 气隙磁密由式（3-7）计算BFB =aS = 1.5329T526. 转子齿部磁密t227. 从 附 录 一 的 D 磁 化 曲 线 找 出 对 应 上 述 磁 密 的 磁 场 强 度23H = 5.07 A.m, H = 14

31、.2 Amt11228. 有效气隙长度5 = k 5 = 0.63x10-3 m ef 5k = k k = 1.260 m55 1 5 229. 齿部磁路计算长度按式（ 328）计算L （h + h）+ 丄丫t11221 3=1.69x10-3 m21L （h+ h）+ 丄丫t 2 1221 3= 26.8x10-3 m2230. 按式（ 3-6）计算气隙磁压降8-=945.22AF =8031. 齿部磁压降F 二 HL 二 9.26 At1t 1 t 1F = H L = 38.05At 2t2 t232. 饱和系数按式（3-15）计算F + F + FK =t1t2 = 1.0501sF

32、8比原假设值KS小,与初设值k s二1.20相比较，误差5.8%太大，计算出的KS=1.0501,假设Ks=1.156，重新计算第2231项中有关各项；22. KS=1.156，由图 3-5 查得K 二 1.095;Q 二0.4360NM23. 二 0.675, F 二 1.483PS24. B 二 1.5329T25. B = 7.809T26. B 二 16015T27. H 二 5.55A/m28. H 二 14.50Am29. F 二 9.26A30. F 二 38.60A31. K = 1.0501, 0.14% 1%,S33.定子轭部磁密按式（3.36）计算B = - xg = 1

33、.39Tj12 Aj134. 转子轭部磁密B =1 xg = 1.23Tj 22 Aj235. 从附录二的 D 磁化曲线找出应上述磁密的磁场强度;23H = 12.1 A cm, H = 7.61 A cmj1j 236.每极磁势F 二 F + F + F + F + F 二 1034.98A08t1t 2j1j 237. 按式（3-57）计算满载磁化电流2 P FI -0= 9.1812Am 0.9 m N k11 dp 138. 磁化电流标幺值* = i m = 0.9514A mIKW3.3 参数计算39.线圈平均半匝长其节距比0 = 0.852是平均值直线部分长度1 = I + 2 d

34、 = 0.185m0 t 140. 端部平均长L = d + k t = 0.185mF 1 c v41. 由式（4-38）可知感应电机绕组的漏抗为X 二 f N / 右二 0.0892580 pq1 ef142按照附录二计算定子槽比漏磁导，因为是单层绕组，整距，节距漏抗系数kv1= k =1.0九二 k 九 V + k 九 L 二 1.172S1v11L11l43.只在铁心部分有槽漏抗，固而计算槽漏抗时要乘上厂ef2m PXx =1 九8 C = 0.5328Cs1 Z K 21 xx1 dp144.考虑到饱和的影响，定子谐波漏抗可按式（工S 二 0.0129由图4.10以q 二 3.0 二

35、 1 查出14-76）代入式 （4-38） 计算，其中，45.定子漏抗标幺值X * = X * + X * + X * 二 0.07813SsiE18146.转子漏抗标幺值X*22m PC 二 0.019632x47.转槽比漏磁导的计算见附录二九二九U +XL 二 2.789s 22 2b122 = 1查曲线得到2248.考虑饱和影响的谐波比漏磁导可由式(4-79)求出提转子谐波漏抗标幺值Z其中，Z二0.0195由图(4-11)以二12.5查出R2 P49.转子斜槽漏抗按式(4-162)计算X * = 1.055 C 2x(b k 20.5I 12丿50. 转子漏抗标幺值X * = X * +

36、 X * = 0.1796 21 251. 定子绕组直流电阻按式(4-5)计算R P 2 N LR = P 1 0 = 1.7542。1 wN A at1 c11其中，P = 0.0217 xl0-6。, m为F绝缘平均工作温度75 0c时铜的电阻率w52. 定子绕组相电阻标幺值R* = R二 0.015353. 按式(4-12)并折算至定子边便可计算转子电阻的折算值11 dp = R + RZB R2R = P2w(ZD )4m、2兀P2 ar丿其中， K 是考虑铸铝转子因叠片部整齐，造成槽面积减少，导条电阻増加，通常取BK =1.04BR = 0.62310BIR* = R U/KW =

37、0.03457IR* = R UKW = 0.023257R* = R* + R* = 0.057827 2BR54. 定子电流有功分量标幺值按式（10-48）计算=1.0741155.转子电流有功分量标幺值按式10-49）计算X其中系数 = 1 +1 = 1.12841 X *m10-47）计算I = I * +1 * = 0.6997a m x57.满载电势标幺值按（10-3）计算56.定子电流无功分量标幺值按式K = 1 工 L = 1-6* R* +1 * X * ）= 0.907E 1 P 1 1 158.由式（3-52）计算空载电势标幺值 1-工 Q = 1 -1 * X * =

38、0.972m 1 59.假设饱和系数 KS 不变1 - QB = 1.631Tt101 乙 L60.空载时转子轭部磁密及磁场强度1-y 0 = 1.630T, H= 1032 A., cmJ 201 - y Lj 2061.空载气隙磁密J 301-y01-y L= 0.7125T62.空载时定子轭部磁压降，此时 C= 0.535J1F =C H L = 49.52AJ10J1J10 J163.空载时每极磁势F 二 F + F + F + F + F00 s0 t10t 20j10 j203.4 工作性能计算64.由式（10-46）计算定子电流标幺值I * = ：I*2 P +1 *2 q 二

39、1.575a1 1 165.导条电流实际值I I ZI = I2 = 723.60AR2 2 兀 P66.导条电密=才=2.79 a mm?1367. 由式（10-53）可计算总损耗标幺值 工 P* = P* + P* + P* + P* + P* =cu1 A12 S fw Fe68. 输入功率标幺值P* = 1+ E P* = 1.1748N169. 10-52工P*耳=1-= 93.17%P*1494.95A0.1748误差率 0.23%0.5% 70.功率因数I*Pcos 申=|= 0.856171. 额定转速n = h C - S ）= 2950 r minN 1N72. 最大转矩倍

40、数按式（11-55）计算、=1.9851-SN=*22R* %尸b丿3.5 起动性能计算73.按式（10-56）假设起动电流I二（2.5 3.5）T* I 二 256.79Ast m KW74. 起动时漏抗饱和系数 Kx 由图（10-18）查出K 二 0.57,1- K 二 0.45 xx75. 按式（10-61）计算起动时定子谐波漏抗X *（st）= X *（st）+ X *（st）+ X * = 0.07621aa 1aB176. 起动时转子谐波漏抗按式（10-62）计算X * （st）二 Ks X * 二 0.067156 aa277. 起动时总漏抗X * Ct）二 X * Ct）+ X

41、 * Ct）二 0.1935 aa1a 278. 起动时总阻抗Z* = ：R*2 + X*2 二 0.142179. 起动电流st误差率为 0.30%80.起动电流倍数ststa（st）81.按式（10-85）计算起转矩倍数stZ *2st名称标准值计算值偏差效率n0.9310.9317土 0.07%功率因数cos申0.850.855土 0.01%最大转矩倍数T *m21.985土 0.01%起动转矩倍数T *st1.61.55-0.06%起动电流倍数ist53.37-1.7%第四章 电机结构设计4.1 结构设计的基本原则1、基本原则 确定电机的总体结构型式，包括防护型式、轴承型式和数目、轴伸

42、型 式、安装方式、通风系统等。 确定零部件的结构型式、材料、形状、尺寸、加工精 度、形位公差、表面粗糙度和技术要求等。 确定某些零部件之间的机械连接方式、 配合种类等。 核算零部件的机械性能。 2、设计原则 应保证电机在规定期限内 能安全可靠地运行； 所有结构型式一般应符合有关国家标准规定，如防护型式、轴 承型式、中心高、外形尺寸、安装尺寸等； 尽量使零部件符合“标准化、系列化、 通用化”的要求； 应具有良好的结构工艺性； 应考虑电机装拆和维修方便； 适当注意外形美观。4.2 定子设计三相感应电机由定子、转子、和气隙三部分组成。定子由定子铁心、定子绕组和机 座、端盖等着部分组成。定子铁心是主磁

43、路的一部分。为了减少旋转磁场在铁心中所产生的涡流和磁滞损 耗，铁心由厚 0.5mm 的硅钢片叠成。容量较大的电动机，硅钢片两面涂以绝缘漆作为片 间绝缘。本设计中的定子铁心，每层是由扇形冲片在机座内拼成整圆，然后按每层依次 错位、叠装而成。4.2.1 主要尺寸分析及气隙长度的选择感应电动机的主要尺寸是指定子铁心内径 Di1 和铁心有效长度 Lef 。根据第二 （2-49），感应电动机主要尺寸与功率、电磁负荷、转速等基本关系为：PxlO 1 （kVAJ. i式中视在内功率（也称计算视在功率）；但是在电机设计之初，电机的绕组电阻和漏抗尚不知道，因而Ls -1开始无法得到，所 以在设计之初可以先假设一

44、个Ls -1值，也可以利用下列经验公式先作估算 中型电机I 1对于中小型感应电动机，定子外径D1也是较重要的尺寸。D1的确定要考虑硅钢片的利 用。根据我国目前生产的硅钢片规格，规定了标准的外径，当D1大于0.99mm时，需要 采用扇形冲片。电动机的功率和转速可选定电动机的Dii2 Lef，然后凭经验选取一定的主 要尺寸比Lef乜i，得出本设计中电动机的主要尺寸分别是定子铁心内径0.97m和铁心有 效长度 0.118m.在感应电动机中，为减小励磁电流、提高功率因数，通常使气隙长度尽可能小，感 应电动机的气隙长度是影响制造成本和性能的重要设计参数。它的取值范围很宽，选得 小，可使励磁电流降低而提高

45、功率因数，但槽漏抗也随之增加。使起动转矩、最大转矩 降低。过小的气隙也容易招致定、转子相擦。但若选得大，则情况刚好相反。在感应电 动机设计选取气隙时，需考虑多种影响。从电抗去磁能力考虑，较小的对提高抗去 磁能力有利。但由于制造和装配工艺的限制气隙不能取的太小。与材料有关，较小时， 抗去磁能力相对较差宜取小些。极数是选取有效值需考虑的重要因数4.2.2 定、转子槽配合的选择感应电动机定、转子槽数选择原则，在极数、相数既定的情况下，定子的槽数决定 于每极每相槽数ql.ql的值大小对电机的参数、附加损耗、温升及绝缘材料消耗能量等 都有影响。当选择槽配合时，通常遵循以下原则。1.考虑到转子磁路的对称性

46、，转子槽数Z 2为极数的整数倍，且采用多槽远槽配合；2为避免起动过程产生较强的异步附加转矩，应使Z2 - 1.25（三+ P）；3.避免产生同步附加转矩，应使Z2丰Zi, Z2丰Zi 士 P ；4为避免单向振动力，应使Z 2丰Zi+ 1 , Z 2丰Z1 士 P 士 1。5. 绝缘材料用量和加工工时增加，槽利用率降低。因此选择槽数时应对各方面的因素综合考虑。对于一般感应电动机，q1可在26 间选取，而且尽量取整数，因分数槽绕组容易引起振动和噪声。对极数少、功率大的 电机， q1 可取得大些（功率较大的二级电机 q1 可达 69）；对于极数多的电机，则 q1 需取得小些。本次电机设计当中采用的

47、q1 为 5.4.2.3 定子绕组设计绕组型式选择： 三相感应电动机定子绕组常用的有单层同心式、单层链式、单层交叉式、双层叠 绕组等几种主要型式。功率较大的中小型及中大型感应电动机，则选用双层绕组。它 的特点是：可以选取适当的节距削弱磁势谐波以改善磁势与电势波形；端部排列方 便。但是绝缘材料用得较多，嵌线也较麻烦。本次电机设计采用的是双层叠绕组。节距yl=3，并联支路数a1=1,每槽导体数NS1=26.4.3 转子结构设计感应电动机的转子是由转子铁心、转子绕组、内风扇和转轴组成的。转子是异步电 动机的转动部分，它在定子绕组旋转磁场的作用下获得一定的转矩而旋转，通过联轴器 或皮带轮带动其他机械设

48、备做功。4.3.1 转子铁心转子铁心是电动机磁路的一部分，它用0.5mm的硅钢片叠压而成。铁心固定在转轴 或转子支架上，整个转子的外表呈圆柱形。转子绕组：分为笼型和绕线型两类。本次设计采用的是笼型绕组。 笼型转子：笼型绕组是一个自己短路的绕组。在转子的每一个槽里放上一根导体， 在铁心的两端用端环连接起来，形成一个短路的绕组。如果把转子铁心拿掉，则可以看 出，剩下来的绕组形状像一个松鼠笼子，因此又叫鼠笼转子。导条的材料有用铜的，也 有用铝的。本次设计采用的是铸铝，就连同端环、风扇一次铸成。笼型转子结构简单、制造方 便、是一种经济、耐用的电机，应用极广。4.3.2 转子槽尺寸的确定感应电动机转子电

49、阻及漏抗大小对起动性能、最大转矩、转差率、转子铜耗、功率 因数、温升等性能具有重要影响，而转子参数直接取决于转子槽形尺寸。因此，笼形转 子确定槽形尺寸时，除了与定子槽尺寸确定原则相似，即应保证转子齿和轭部磁密在适 当范围内以外，还必须考虑起动性能的要求。具体方法如下：对于笼型转子，槽面积和笼条截面积可以近似认为相等，根据感应电动机定、转子 磁势平衡关系，当忽略励磁电流时f _a*叫N詁詁笼条截面积为其中JB笼条电流密度，对于铸铝转子，一般取JB=24.5 A/mm24.3.3 转子内风扇本次设计的内风扇选用离心风扇，内风扇是直接跟转子端环铸造在一起的，它有13 个叶片。当风扇转动的时，处于其叶

50、片间的气体受离心力的作用向外飞逸。因而在风 扇的出口处形成压力气流进出离心式风扇时，运动方向要发生改变。离心式风扇能够产 生较高的压力最适用于本次所设计电机的通风系统需要。4.3.4 转轴转轴材质对电机的振动有很大影响。本设计中的转轴是圆钢160,焊6根厚30mm 的筋组成的。本次设计中电机的转轴技术要求(1)电机中转轴的强度和刚度的保证，电机运行时，转轴所受的机械力和力矩的形式 随电机种类和传动机构的不同而异。作用力主要有:转子组件自身的重力，转子偏心引 起的单向磁拉力.不平衡重量的离心力。轴伸端由传动机械作用在轴上的负载扭力矩等。电机的轴首先应有足够的强度，以保证电机在工作状态和加工中轴不

51、产生残余变 形或损坏;同时，转轴要有足够的刚度，即转轴工作时。轴的挠度必须在允许范围以内; 还应考虑转轴的临界转速的高低.应使转轴的工作转速和临界转速之间有足够的差值， 以防止产生共振，特别是对转速较高(如每分钟 1 万转以上)的电机，必要时应进行临界 转速的验算。为了满足轴的强度和刚度的要求，轴的机械计算的主要内容是确定轴的各段直径。 确定轴的直径和其他几何尺寸的简单方法是:参考已生产的电机转轴的尺寸或参考电磁 计算的有关尺寸.绝大部分微电机，特别是控制用微电机，轴上受力和力矩小、转速不 高时，一般不进行强度、刚度、临界转速的验算。对于功率大、转速高的特殊用徽电机， 如较大功率航空用电机、高

52、速感应电机等，需要在初选轴的几何尺寸后，进行强度、刚 度、临界转速的验算。(1)轴的台阶应尽量减小，以节省材料和加工工时，光轴结构简单，切削少.工艺性 好，可以优先选用中心孔应当少用。(2)尺寸精度和形位公差的保证，轴上的尺寸有径向尺寸和轴向尺寸,主要的径向尺 寸是轴承段尺寸、铁心段尺寸、轴伸端尺寸等，它们的尺寸精度要求较高，一般都在 IT7 以上。轴向尺寸的精度也要保证，特别是两个轴承段轴肩的距离尺寸、铁心段与轴承段 之间的距离尺寸等。轴的形位公差主要包括轴承段外圆、轴伸段外圆与铁心段外圆之间 的同轴度或圆跳动。一般以轴承段外圆表面定位旋转。在铁心段外圆用干分表测量。其 他形位公差还有光轴全

53、长的直线度、两轴肩平面对轴中心线的垂直度，轴伸段键槽的对 称度等。(4)转轴表面的粗糙度，轴承段、轴伸段、铁心段等外圆表面的粗糙度应低于一定的 数值，一般为R,0.8-0.1当表面粗糙度达不到要求时，轴承段会使轴承内圆接触面积减 小，配合变松，引起轴承响，嗓声大。轴伸段会直接影响与负载装置的连接精度，容易 引起振动和噪声;铁心段会造成定、转子之间的气隙变化，影响电机性能，对小气隙电 机尤为明显。4.4 轴承设计轴承：在电机中属通用部件，承受转子重量、单边磁拉力、转子不平衡所产生的力、 装配不良和转子负荷所带来的附加力。轴承要有足够的强度、适当的润滑和冷却、防止 漏油。常用的轴承有两类 1）滚动

54、轴承；2）滑动轴承。中型电机一般选用滚动轴承较 多。滚动轴承主要根据负荷的大小和方向、转速、寿命、经济性和通用性来选型。滚动轴承的外部有贮存润滑剂的油箱，轴承上还装有油环，轴转动时带动油环转动， 把油箱中的润滑油带到轴与轴承的接触面上。为使润滑油分布在整个接触面上，轴承上 紧贴轴的一面一般开有油槽。本电机设计中的轴伸端采用深沟球轴承6224和圆柱滚子轴承NU224，非轴伸端采用 圆柱滚子轴承NU238。全文总结经过一个多月的时间总算把设计做出来了，但是感觉计算好复杂，总是记住这个， 又忘记了那个。在计算后面的数据时，有时又要找出前面计算出来的数据，反反复复有 时候找的好烦躁的，不过最后还是坚持

55、下来了。在刚领到设计题的时候，认真听取王老师的指导，积极找同组同学讨论。为尽可能 地把所学知识应用到课程设计中，尽力做到理论和实际相结合 ,于是仔细观察、综合分 析、细节分析、独立思考、深入研究、亲身动手。全文首先以感应电机的发展概况的相关介绍开篇的，因为感应电机的发展历史与研 究现状及其主要特征推动了三相感应电机的开发与应用，在现阶段进一步研究三相感应 电机很有必要。本课题是以中型三相感应电动机为研究对象，具体内容如下：掌握三相感应电机的主要特征和结构，采用比较磁路计算，确定电机的主要尺寸， 了解独立完成一台三相感应电动机的电磁设计计算，该部分内容主要包括：主要尺寸的 确定：气隙长度的选择；

56、定、转子的槽配合选择；定子结构设计；定子绕组的设计；转 子的结构设计；轴承的设计等。本文完成了额定数据和技术要求自定的一台额定功率为 315KW 三相感应电动机的电磁设计计算例。经过反复计算和比较分析后确定该设计方案 基本符合相关的设计要求。电机的结构设计，采用AutoCAD2007绘制电机结构图来进行开展研究。AutoCAD是运 用较广分析软件，它拥有丰富和完善的绘图功能，操作简单图形简单直接，易于分析研 究。本次课程的设计就是为了培养运用所学的知识，发现问题，提出问题，解决问题， 结合实际，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程， 也是一种综合能力的体现。此次课程

57、设计让我意识到很多，也感慨颇多。从选题到定稿， 从理论到实践，整整个把月的时间，可以说苦比甜要多得多，但是也让我意识到这次设 计不仅学到了很多书本上所没有的东西，也让我把过去所学的知识连贯起来得到了巩 固，还学到了比书本上更全面更贴近我们的生活一些比较专业性的知识。通过这次课程 设计使我懂得理论与实践相结合是非常重要的。只有理论知识是远远不够的，只有把所 学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论才能真正为社会服务，从而提高自 己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计遇到的问题，可以说是困难重重，毕竟是 第一次做毕业设计，难免会遇到各种各样的问题。同时在设计中还发现了自身有许多不 足的地方

58、，在运用所学的知识的时候发现前面的知识掌握的并不是很牢固，理解也不深 刻，等等。这次的课程设计让我意识到学过的知识在不用的时候也该多多看看加以巩固， 不要等到自己需要用的时候才发现自己对于一些知识点只是有着似曾相识的感觉。通过 这次课程设计以后，我一定会把前面所学的知识加以巩固多多温习。通过这次课程设计我意识到，在人生的道路上我们不可能一帆风顺，但是当我们遇 到困难的时候不应该退缩，而应该勇敢的向前解决、打倒困难，也不能怀有一颗焦躁的 心，应保持着好的心态去面对着一切的问题，这样才能解决困难，面向成功走去，达到 自己的目的地。致谢时光匆匆如流水，转眼便是大学毕业时节。春梦秋云，聚散真容易。在这

59、个美好的 季节里，我在电脑上敲出了最后一个字，心中涌现的不是想象已久的欢欣，却是难以言 喻的失落。随着论文的终结，意味着我生命中最纯美的学生时代即将结束，尽管百般不 舍，这一天终究会在熙熙攘攘的喧嚣中决绝的到来。本文在王文和老师的悉心指导和严格要求下已完成。在学习和生活期间，也始终感 受着导师的精心指导和无私的关怀，我受益匪浅。在此向各位老师表示深深的感谢和崇 高的敬意。不积跬步何以至千里，本论文能够顺利的完成，也归功于各位任课老师的认 真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现。同时我在网上也 搜集了不少资料，才使我的毕业论文顺利完成。在此向学院信息工程系的全体老师表示 由衷的谢意。最后，我要向在百忙之中抽时间对本文进行审阅、评议和参加本人论文答辩的各位 师长表示感谢！参考文献1 汤蕴璆.电机学. M .北京：机械工业出版社2 陈世坤.电机设计. M .西安：西安交通大学3 叶东.交流电机设计手册 K.湘潭电机厂.19894 胡之光.电机电磁场的分析与计算M.北京:机械工业出版社，1982.1442165 梁本德. 机械制图手册. 中小型电机技术情报.19876 尚静，邹继斌，赵猛，三相感应电动机发展现状与研究方法，大电机，2001 年，第 34 卷，第5 期7 JB/T10315.2-2002YKK、YKK-W 系列高压三相异步电动机 技术条件(机座号 35