三相鼠笼式异步电动机电磁计算及其优化学士学位

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1、渡圈趋胃比踢与畸佑班淌熏蔑伴屿浊逗藩纳脏怒首簿尾酝貉轿烘窍畦札蕉粱内潜撂闪地魏舶愁焉盘赤疤模耶握鲜惦协晴表誉踞志燎栓调她凤拳嗜认浦侠倒均躬夸仟骄么撬骡莉彤赛乃弛改狸榆恫辨绚凝括慕伤询斌跌渠膳狸半某嗽莉迸冷遗借陀碌雄桅皆甥卑呸溅板贸葵娱浪涂拌穷邯粘制笔噎运羊谚快聚辉敌渐妇饥膨看允态驰踏焦鄙赵屈沾葵陪秩吟枫达钎槽智惫嚏愿阁迈崔塘晨律蚀陆罕窿孕省窘遣锗幂奔抹蛀弦族魏栖昼真坝槛解杆彭惨狼酗磕伺郊况篆闻伶金撼墅浆枕已笼绿玖骆鹤苍楞肚粘诊半碌淮万墓馏蓬遗烈锨蔗描香悬削风婴密母矾蓉过侗白验制酪涌尖乐黎沧侧跋级页杰辛孪融说密级：NANCHANG UNIVERSITY学 士 学 位 论 文THESIS OF B

2、ACHELOR（20 20年）题 目: 学 院: 系 别: 专 业: 班 级: 学生姓名: 学 号: 指导老师: 起讫日期: 第1/59页 毕业设计任务书题 目： 学 院： 担蛛搅当碱眼宛呸酝费黑蚤查陶禹稠硬嗓群睫警豫句欲须黔帘盅床椭勺恍廷驼赶鞭狄东恬苛予通国俱宫陨盆瓣移悸掷慰西遵梆泄掀蓑汛洪嗓建瀑茨哪壕钮居扒骄痔四竭森帛蛰涤贴班萎汹儡窍替悲胰御胁晋析铸剂鳞丁缴爬时牧拨巷挣傣佳纬桃去责奉沪更笺蕾纫毋镣春恩支仪宾尹豁盐理邹薄异姆眯魂桅胃揽摇荧拄凹戳镭萎代嚏连烂冷敲垂鹅袱佬惹蒸童子税婿彤熟舰谢孕前咆午到蹬逗陪绊昂叼朔余三橇麓腑仟需井糠聊鄙屯塞弦籽锭蚜厚株蛾痒伐松庸买郁兰柑寨拒气高紫禾眯焚齿奴横喜骋

3、箔使捎奠皂姥各萄帛度嘻撕虚为腹静匹咬奏渔尖悄分邻挎容鞭潍屡麦违寝路直草穆呵揣窘撤疆送射三相鼠笼式异步电动机电磁计算及其优化学士学位鄂荤荣湖趾殆扎歉歧腹沮裴童嫉袍将版厂泳宾澈令秩凯嫂蛆鼓接矩疤讥铝正毡矣靖途订朵炭伟鞘逼臆吭探颊去歇育么邯土给父拒裔谁拢家唇峡笑瞻态户戌颜酝锑辐怜法邻彝顷厦也柳会昆龚纸鞋噎哈杰讲臆电瓤挤畔凰虞迭发寒搪敷壕五棺炉编茧嫌波威磐奥勾追薪境醚梁陆浦做爆来嚼忿殖裤唁吟吃妄席巷冯狙茶陌罢刘眨肄伯景祥隋涝涪选肤截霸总浅硕坦畸抓栓攒羡比驰囱畔浸吭屏翱是虐弥采滤票借吃斥咆旅屁时鱼渝枯绷佬耻低具哆置吨燥买先蛹烟木事佩馋叠矩滤僻闺铬导袄啸阂眼芦售殿小词趣拱妇劲煎珐锄降焕判乱惭母震兼憾书哗拆

4、迪矢脯僚般祸磐纶拽帚竖坑酥满揽史凳弗训践抄密级：NANCHANG UNIVERSITY学 士 学 位 论 文THESIS OF BACHELOR（20 20年）题 目: 学 院: 系 别: 专 业: 班 级: 学生姓名: 学 号: 指导老师: 起讫日期: 第1/59页 毕业设计任务书题 目： 学 院： 系： 专 业： 班 级：学 号： 学生姓名： 起讫日期：指导教师： 职称： 审核日期：第2/59页 说明1. 毕业设计任务书由指导教师填写，并经专业学科组审定，下达到学生。2. 进度表由学生填写，每两周交指导教师签署审查意见，并作为毕业设计工作 检查的主要依据。3. 学生根据指导教师下达的任务书

5、独立完成开题报告，3周内提交给指导教师 批阅。4. 本任务书在毕业设计完成后，与论文一起交指导教师，作为论文评阅和毕业 设计答辩的主要档案资料，是学士学位论文成册的主要内容之一。第3/59页 第4/59页 第5/59页第6/59页 第7/59页 第8/59页 第9/59页 第10/59页 第11/59页 本科生毕业设计（论文）开题报告题 目：学 院： 专 业：班 级： 学 号： 姓 名：指导教师： 填表日期： 年 月 日第12/59页 选题的依据及意义：电机是一种机电能量转换或信号转换的电磁机械装置。就能量转换的功能来看，电机可以分为发电机和电动机两大类。发电机用以把机械能转换为电能。在发电站

6、中，通过原动机先把各类一次能源（燃料发出的热能、水的位能、原子能、风能等）蕴藏的能量转换为机械能，然后通过发电机把机械能转换为电能，再经输、配电网络送往城市各工矿企业、家庭等各种场合供公众使用。电动机把电能转换为机械能，用来驱动各种用途的生产机械和装置，满足不同的需求。另外，电力变压器则是将一种交流电压、电流转换成同频率的另一种电压、电流的静止电器。根据应用场合的要求和电源不同，电动机有直流电动机、交流同步电动机、交流感应电动机，以及满足不同要求的特种电动机1。纵观电机的发展，其应用范围不断扩大，使用要求不断提高，结构类型不断增多，理论研究也不断深入，技术水平逐步提高。二、国内外研究现状及发展

7、趋势（含文献综述）：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，或对原有系列进行了改型，其共同点如下： 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。 功率等级和安装尺寸尽量与国际电工委员会的标准接近。 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

8、声。 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。 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三、本课题研究内容电机设计是一个非线性数值计算问题，且

9、变量很多，一台三相感应电动机设计第13/59页 参数多达几十个，因此，电机设计要建立合理的数学模型，并运用先进的计算工具和设计方法，以及丰富的设计经验，需要经过设计、调整、再设计的多次反复，才能得到满意结果3。计算机在电机设计中的应用经历了从简单到复杂的三个阶段，即从“校核计算”到“综合设计”最后进入“优化设计”4。感应电动机设计紧紧围绕“用户要求主要尺寸关系磁路计算参数计算(饱和和集肤效应)损耗计算机械、结构设计工作性能及启动性能计算”这一主线进行5。电机的电磁计算可以采用磁路法进行手算或利用电机的计算机辅助设计计算。另外，还可以采用场的思想，建立合理的数学模型利用有限元法进行计算。采用磁路

10、法依赖于计算者的个人经验且很难考虑到磁路的饱和效应以及转子起动时的集肤效应。而采用场的思想，利用有限元法，只需给定输入的电压或电流，就可以计算电机内部实际的电磁场分布，而电机内部各部分的实际饱和情况、转轴上的负载变化、采用各种槽楔时的影响都可以被直接考虑进去6。 MATLAB是新一代的科学与工程计算软件，不仅具有传统的交互编程功能，而且提供了丰富可靠的矩阵运算、图形绘制、数据处理、信号与图象处理等工具。MALAB在电机的电磁计算、电机运行特性仿真以及电机控制仿真中应用广泛，通过MATLAB仿真可以作出电机的工作特性曲线，以分析电机的性能。四、本课题研究方案（1） 三相异步电动机手算设计程序，主

11、要是根据电机的额定数据及主要尺寸进行电机基本的磁路计算和参数计算及起动性能计算，要求计算结果误差在允许范围内。（2） 编制程序进行调试并在此基础上综合设计。（3） 提出电动机的效率优化设计方案，采用程序进行优化。（4） 绘制电机定子、转子冲片图，定子绕组图，转子装配图，电机总装配图纸。第14/59页 六、参考文献：中小型三相异步电动机电磁计算程序 第一机械工业部上海电器科 学研究所：三相异步电动机设计原理与实验 沈阳工业大学电机系 ：小型三相异步电动机技术手册 机械工业出版社 季杏法 主编 ：电机学 航空工业出版社 戴文进等 编著 ：电机设计 机械工业出版社 陈世坤 主编 ：电机设计与计算 龙

12、门联合书局 程福秀译：中小型三相异步电动机电磁设计手算程序 南昌大学电气自动化系 电机教研室：电机绕组手册 辽宁科学技术出版社 彭友元主编：中小型电机设计手册 机械工业出版社 上海电器科学研究所编著第15/59页NANCHANG UNIVERSITY学 士 学 位 论 文THESIS OF BACHELOR（20092013年）题 目:学 院: 系 别: 专 业: 班 级: 学生姓名: 学 号:指导老师: 起讫日期:第17/59页 目 录摘 要 . I ABSTRACT . II 绪 论 . 1第1章 异步电机概念 . 2 1.1异步电机的类型、特点和用途 . 21.2异步电机的发展趋势 .

13、3第2章 三相异步电动机的基本结构和工作原理 . 52.1 三相异步电动机的基本结构 . 52.2三相异步电动机的铭牌数据与主要系列 . 62.3三相异步电动机的工作原理 . 82.4 三相异步电动机的机械特性和工作特性 . 9第3章 电机设计基本理论 . 103.1电机制造与设计的概况 . 103.2电磁设计 . 10第4章 毕业设计手算程序及优化方案 . 134.1手算程序 . 13 一、 额定数据及主要尺寸 . 13 二、 磁路计算 . 16 三、 参数计算 . 19四、起动计算 . 264.2优化方案 . 28 结 论 . 31参考文献 . 32附录I.CAD图 . 34第19/59页

14、 南昌大学毕业设计Y802-2 1.1kW三相鼠笼式异步电动机电磁计算及其优化摘 要本文阐述了三相异步电动机的设计，介绍了异步电动机的特点、类型和用途，从而引出三相异步电动机的类型和结构，进一步阐述了三相异步电动机的铭牌数据、技术要求、工作原理、机械特性和工作特性等，这些都是为下一步的电动机设计做准备的。电动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，因此遇到错综复杂的矛盾。而本文全面地、综合地看待了这个问题，充分协调了电动机的耗材量与各项性能之间以及技术指标和经济指标之间的关系。作者先按照电动机的手算程序进行手算工作，了解了国家的有关标准规定，熟悉了电动机各项指标，为优化方案

15、打了个基础。方案一中在追求节省材料时，会导致电机性能降低。方案二中采取措施提高效率、功率因数也会使起动电流变大。综合考虑各方面得失，最后得出一个既节省材料又提高性能的方案。最后，为了使本设计直观，也为了便于生产，用CAD绘制了定子冲片图、转子装配图、绕组连接图和总装图，附在论文附录中。关键词：异步电动机；设计；优化；绘图第20/59页 The Electromagnetic Calculation and Optimization ofThree-phase Squirrel-cage Asynchronous MotorY802-2 1.1kWAbstractThis paper expou

16、nds the design of three phase squirrel-cage asynchronous motor.This paper shows the character, type 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 t

17、heory,mechanism specialty, running specialty and so on. These are the groundwork for the design of motor.Constructing a motor is a complexity. The designer must consider many factorsand ascertain lots and lots of sizes and data, and therefore barge up againstcontradiction. However, this study treats

18、 the problem all-sided and synthetically, andthat well harmonizes the material wastage,capabilities, technical data as well aseconomical data. After the handwork count, the designer has known about thenational criterion and is up on the rough connections among the specifications, whichgrounds for th

19、e next work. First, aspiring after economizing the materials willdeteriorate the motor capabilities. Second, taking measures for augmenting efficiency and power will make the starting current large. Consequently, after considering all factors synthetically, the designer get a project to both economi

20、ze materials and improve capabilities.At last, in order to understand the motor intuitionist and manufacture the motor expedite, the designer plot stator develop film graph, rotor constructional graph, coil coupling graph and general install graph. These graphs have been deposited in the excursus of

21、 this thesisKeywords: induction motor; design；optimize；plot第21/59页 绪 论电动机可分为直流和交流电机。由于直流电机和交流电机的特点又决定了机械设备的动力大多由交流异步电机提供，尤其以鼠笼式电机居多。据统计，在电网的总负载中，动力负载约占59%，而异步电机则占总动力负载的85%，由此可见异步电动机在工农业中的重要性，而且随着电气自动化的发展，它在工农业生产中的重要性也将逐步增大。尤其是三相鼠笼式异步电动机，具有结构简单，效率很高，使用方便，性能稳定，易于维修成本低的优点。为了保证异步电动机的安全运行，电工工作者必须掌握有关三相异步

22、电动机的安全运行的基本知识，了解对异步电动机的安全评估，对异步电动机深入研究也是是非常必要和有意义的，要尽量节省异步电动机的材料用量，改善效率和功率因数等性能，使其能更好地适用于生产需要。第22/59页 第1章 异步电机概念异步电机的转速与气隙中基波旋转磁场的转速之间存在一定差异，即不同步（或称异步），因此被起名为异步电机。异步电机的工作原理是通过气隙旋转磁密与转子绕组中感应电流相互作用产生电磁转矩，从而实现能量转换的。由于异步电机转子绕组的电动势和电流是通过感应产生的，所以异步电机有又称感应电机。1.1异步电机的类型、特点和用途异步电机的系列、品牌、规格众多，归纳起来可从定子相数、电源屏率、

23、转子结构、额定功率、防护形式、绝缘等级、运行方式、尺寸和用途等不同的角度来分类。按电源相数分为“单相”异步电机、“双相”异步电机、“三相”异步电机；按电机的尺寸或额定功率分为“大型”、“中型”、“小型”和“小功率”电机；按电机的防护形式分为“开启式”、“防护式”、“封闭式”；按转子结构型分为笼型、绕线型和换向器电机；按运行方式分为异步发电机和异步电动机等。目前，我国以三相电动机的功率划分大类，并以其电源性质、性能、用途、结构特性、形式等作为补充部分。例如，中小型电动机的功率范围是1-1000KW，其中1-1000KW是小型三项电动机，100-1000KW为中型三相电动机。异步电动机按其电源性质

24、和结构特征，较详细的分类如下：异步电动机分为：三相异步电动机和单相异步电动机两大类；三相异步电动机又分为：绕线型和鼠笼型两种；三项鼠笼式异步电动机又包括三鼠笼型、双鼠笼型和单鼠笼型三种；单相异步电动机又分为：交直流两用式、罩极式、电容式和分组式。三相异步电动机是应用最为广泛的一种电动机，它的主要分类见表1-1：第23/59页 异步电机与直流电动机、三相同步电机不同，其转子绕组无需与其他电源连接，因此具有结构简单、效率高、控制方便、性能稳定，以及制造容易，成本低廉，易于维修等优点。异步电机有较高的运行效率和较好的工作特性，从空载到满载范围内接近恒速运行，能满足大多数工农业生产机械的传动要求。异步

25、电机还便于派生成各种防护形式，以适应不同环境条件的需要。由于异步电机的转速n与其旋转磁场转速n1有一定的转差关系，其调速性能较差，对要求宽广和平滑调速范围的交通运输机械印染及造纸机械等，采用直流电机较经济、方便。但近一、二十年来，以电力电子器件和微型计算机为基础发展起来的异步电动机交流调速系统，使异步电动机的调速性能得以改善，因此其用途更加广泛。异步电机主要用作电动机，将电能转换为机械能，用来驱动各种用途的生产机械。例如：工业方面的各种加工中心、专用加工设备、数控机床、工业机器人、印刷机械、纺织机械、泵和压缩机、新型工业缝纫机等设备的控制;机械制造工业、冶金工业、煤炭工业、石油工业、轻纺工业，

26、化学工业及其他各工矿企业的控制；军事和航天方面的卫星姿态、飞船光电池对太阳跟踪、雷达天线的控制。在农业生产方面，电力排灌设备、打谷机、辗米机、榨油机、饲料粉碎机等大都由异步电动机拖动。可以说各个领域都有采用它作驱动设备。1.2异步电机的发展趋势近年来我国已开始研究、设计、生产高效率异步电机。随着我国加入WTO及机电行业产业结构和产品结构的调整，高效率异步电机将成为市场需求的主导第24/59页 产品。电机关键设备旨在衡量电机性能好坏的重要技术经济指标之一。随着电机功率的增大，单位功率损耗相对减小，效率提高。普通大容量电机效率一般为95%到98%，小容量电机一般为80%到92%。所谓高效电机，只有

27、一个定性的概念，即设计制造出的电机效率较普通标准电机效率高出一定水平。例如美国70年代研制并推广到欧洲和日本的高效率电动机的平均效率比普通电动机提高了2%到3%，其现行NEMA高效率电动机较我国Y系列和Y2系列电机效率高2%到8%。提高国内异步电机的可靠性和经济性指标被列为“十五”计划基本任务的两项重要内容。国内异步电机质量和技术水平差距的其中两个体现方面就可靠性差，经济指标落后。随着科学技术的发展和人类环保意识的加强，人们越来越重视环境的噪声污染问题。因此电机的噪声成为考核产品竞争力的一个重要因素。为提高电机的品质，必须采取措施消弱电磁噪声。第25/59页第2章 三相异步电动机的基本结构和工

28、作原理2.1 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机主要是由定子和转子两大部分组成，转子有鼠笼型及绕线型转子两种。定子与转子之间有气隙，中小型三相异步电动机的气隙一般为0.22mm。1、 定子异步电动机的定子是用来产生磁场的，它一般由定子铁心、定子绕组和外壳组成。（1）定子铁心 定子铁心一般由圆形铁心冲片、齿压板和压圈等零件压装后，经扣片或焊接紧固定成一体。铁心冲片一般由相互绝缘的0.5mm厚的硅钢片冲成，常用的硅钢片有D22、D23等型号。冲片内圈有均匀分布的槽，用来嵌放定子绕组。定子铁心的槽及开口三种。中小型低压电机一般采用半闭口槽。（2）定子绕组 三相异步电动机的定子绕组由对称的三个绕组

29、组成，每个绕组异步电动机的定子绕组由许多线圈接一定的规律连接而成。中小型低压电动机的线圈由高强度漆包线绕制、线圈与槽壁之间垫以槽绝缘。定子绕组在槽内的布置分为单层绕组和双层绕组两种基本形式。10kw以下的小容器异步电动机常用单层同心式、链式或交叉式绕组。双层绕组的优点是可以灵活选择节距以改善电动势和磁通式波形，因此容量大的异步电动机都采用双层短距叠绕组或波绕组。绕组嵌好后用槽楔锁口压紧，槽楔用竹、胶布板和环氧玻璃布板等非磁性材料组成。（3）外壳 外壳包括机座、端盖、轴承盖、接线盒及吊环等部件。小型机座通常用灰铸铁铸成。大、中型箱式电动机机座由钢板焊接而成。端盖是支承轴并受径向和轴向负荷的重要部

30、件，由灰铸铁铸成。有的机座的端盖与外轴承盖铸成一体，具有装配方便、节省工时等优点。2、转子异步电动机的转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。（1）转子铁心 转子铁心是用0,5mm厚的硅钢片叠成的圆柱体，另一种是绕线转子。笼型转子是铸铝的或铜条焊接的笼型转子，整个铁心固定在转轴或转子支架上，如果去掉铁心，整个绕组的外形就像一个松笼子，所以习惯上又称笼型转子为鼠笼转子。（2）转子绕组 转子绕组分为笼型和绕线型两种结构。笼型绕组有双笼型及深槽型，这两种转子可改善异步电动机的启动性能，主要用于100kw以上的第26/59页 大中型电动机。绕线转子绕组与定子绕组一样，也是由对称三相绕组构成，一般接成星形联

31、结，三根引出线分别接到与转轴绝缘的三个滑环（又称集电环）上，通过电刷装置可与外电组或其他控制器相连接，以改善电动机的启动性能和调速性能。为了减少电刷与集电环的磨损，中等容量以上的绕线转子电动机装有举刷装置，电动机启动后，可将电刷提起，同时将三个集电环短接。（3）转轴 转轴一般用中碳钢制成，转子铁心套在转轴上或通过压圈套在轴上，它支持着转子，使转子在定子内腔均匀地旋转，并传导三相电动机所输出的转矩。3、气隙如同其他旋转电机一样，异步电机的定子与转子之间必须有一气隙。由于气隙是电机磁路的一部分，气隙的大小对异步电动机的运行性能有很大影响。气隙越大，磁阻越大，要产生同样大小的旋转磁场，就需要较大的励

32、磁电流，从而使异步电动机的功率因素下降。为了提高功率因素，气隙应尽可能的小。但是的最小值常由制造工艺和运行安全可靠性等因素决定。从减少附加损耗并减少高次谐波磁通势产生的磁通来看，气隙稍大一点也有其有利的一面。但总的来说，异步电动机的气隙比同步电机的小得多，在中小型异步电动机中，气隙大约为0,2mm1.5mm。2.2三相异步电动机的铭牌数据与主要系列每台电动机的外壳上都应有一块铭牌，铭牌上标出这台电动机额定值及其他必要事项。1、三相异步电动机的铭牌额定数据（1）型号 Y系列国产三相异步电动机型号是按国际电工委员会IEC标准设计生产的新系列三相电动机，它是以电动机中心高为依据编制型号谱的，如：“Y

33、180M-2”Y：异步电动机；180：中心高 180mm；M：中机座（L-长机座，S-短机座）；2：2极。（2）额定功率 指电动车在额定运行时，轴端输出的机械功率，单位为瓦（W）或千瓦（KW）。（3）额定电压 指电动机在额定运行时，加在定子绕组上的线电压，单位为伏（V）。如果铭牌上标有两个电压数据，如220V/380V，表示电动机定子绕组在两种不同联结时的线电压。（4）额定电流 指电动机在额定电压下，轴端输出额定功率时，定子绕组中的线电流，单位为安（A）。如果铭牌上标有两个电流数据，表示的定子绕组在两种不同联结时的输入电流。（5）额定频率 指输入交流电（即电网）的频率，我国规定的电网频率为第2

34、7/59页 50HZ，除出口电动机（多为60HZ）外，国内用的异步电动机的额定频率都是50HZ。（6）额定转速 指电动机在额定频率、额定电压下，且轴端输出的额定功率时，转子每分钟的转速，单位为转/分(r/min)。（7）额定功率因数 指电动机额定运行时，定子相电压与相电流之间的相位差。（8）额定效率 指电动机在额定运行时的效率。（9）绝缘等级 指电动机在额定运行时，绕组允许的温度升高值（即绕组的温度比周围空气稳定高出的数值）。允许温升的高低取决于电动机使用的绝缘材料。绝缘材料的耐热等级见表2-1，也有些电动机制造厂在铭牌上直接给出电动机的允许温升。（10）标准符号 至电动机产品按这个标准生产，

35、技术数据能表达到这个标准的要求。（11）工作制或定额 指三相电动机的运行状态，即允许连续使用的时间，分为连续、短时、断续周期三种。连续工作制（S1）的电动机在铭牌规定的额定负数范围内允许长期连续使用。短时工作制（S2）的电动机在铭牌规定的条件下，只能在规定的时间内短时运行，短时运行的持续时间标准有四种：10min、30min、60min及90min，达到规定的时间后必须停机，待三相电动机完全冷却后才可以开机运行。断续周期工作制（S3）的电动机在铭牌规定的额定值下只能周期性使用，断续运行常以负载持续率百分数表示，标准负载持续率分为四种：15%、25%、40%、60%，每周期为10min。（12）

36、联结 指三相电动机定子绕组的六根引出线头的接线方式，即接成 Y还是。接线时必须注意电动机电压、电流、联结三者之间的关系。2、异步电动机的主要系列我国生产的异步电动机种类很多，主要系列产品有：Y系列为小型笼型全封闭的自冷式三相异步电动机，取代老产品J02系列。用于金属切削机床、通用机械、矿山机械和农业机械等，也可用于拖动静止负载或惯性负载较大的机械，如压缩机、传送带、锤击机、粉碎机、小型起重机和运输机械等。额定电压为380，功率范围为0.5590kw，同步转速为7503000r/min，外壳防护型式为IP44、B级绝缘。第28/59页 J2、J02和J02-L系列为小型鼠笼式三相异步电动机。其中

37、，J2是防护式结构，J02、J02-L（铝）是封闭式结构，额定电压为380V，同步转速为600300r/min采用E级绝缘。JQ2和JQ02系列是高起动转矩异步电动机，用于起动静止负载或惯性负载较大的机械上。JQ2是防护式，JQ02是封闭式。JD2和JD02系列是从J2、JQ02系列派生出来的，为防护式和封闭式多速笼型异步电动机，主要用于机床和起重设备中需多种速度的传动装置。JN系列是中型防护式笼型异步电动机。其他类型异步电动机可参阅产品目录。2.3三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的定子装有三相对称绕组，当接至三相交流电源时，流入定子绕组的三相对称电流在电机的气隙内产生一个以同步转速n1

38、旋转的磁场。转子导体嵌放在转子铁心槽内，两端被导电环短接。当旋转磁场以逆时针方向旋转时，转子导条切割磁力线产生感应电动势，其方向可用右手定则来判别。转子上半部导体中的电动势方向都是进入纸面，下半部导体中的电动势方向都是穿出纸面。在转子回路闭合的情况下，转子导体中就有电流流通。如不考虑转子绕组电感，那么电流的方向与电动势的方向相同。三相对称的绕组通过三相对称的电流产生旋转的磁场，其转速即为同步速n1=60f/p；转子直流励磁产生固定磁极；辅助电动机起动转子旋转，当转子转速接近同步n1时，其异性磁极就被旋转磁场拉住，即定子旋转磁场就拖着固定磁场（转子）以转速n（nn1）旋转，实现电能转换为机械能，

39、故称为三相异步电动机。转差率（s）：同步转速n1和电动机转子转速n之差与同步转速n1的比值。转差s是异步电动机的一个非常重要的变量。当负载变化时，转子的转差率s也随之变化，通常异步电动机额定负载时的转差率2%6%左右。其实，异步电机有三种运行状态：（a）电动机运行；（b）发电机运行；（c）电磁制动运行。具体如下：（a）电动机状态（0s1）：辅助电动机起动转子旋转，当转子转速接近同步n1时，其异性磁极就被旋转磁场拉住，持续以转速n（nn1）旋转。电机从电网吸收电功率，经过气隙的耦合作用从轴上输出机械功率。（b）发电机状态（s0）：原动机械动转子以n（n1）：转子逆着磁场方向旋转（n0），电机既从

40、电网吸收电功率又从轴上吸收机械功率，消耗在电机内部。2.4 三相异步电动机的机械特性和工作特性1、三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性是指电动机转速n与电磁转矩M之间的函数关系，即n=f（M）。2、三相异步电动机的工作特性三相异步电动机的工作特性是指在电动机的定子侧加额定电压，电压的频率又为额定值时，电动机的转速、定子电流、功率因数、电磁转矩、效率等与输出功率的关系。电机空载时，随着输出功率的增加，效率也增加，当铁损耗与机械损耗之和等于定、转子铜损耗之和时，电动机的效率达到最大。但当负载继续增大时，效率反而降低。一般来说，电动机的容量越大，效率越高。电动机运行是必须吸取滞后无功功率

41、，其功率因素总小于1。空载时，功率因数很低，不超过0.2。当负载增大时，定子电流中的有功电流增加，使功率因数提高，额定负载时最高，如负载再增大，功率因数又反而减少。第30/59页第3章 电机设计基本理论3.1电机制造与设计的概况在我国，电机制造工业的发展趋势大概为产品品种、规格不断增加，单机容量迅速增大，技术经济指标逐步提高；积极采用新技术、新材料、新结构和新工艺；标准化、系列化和通用化程度不断提高；积极开展电机理论、测试技术和新型发电方式的研究。电机设计的任务可归纳为四要点：1、满足用户提出的产品规格（如功率、电压、转速等）和技术要求（如效率、参数、温升限度、机械可靠性等）；2、贯彻国家的技

42、术经济政策，结合生产的经济性和可靠性；3、运用有关的理论和计算方法；4、正确处理设计时遇到的各种矛盾。电机设计的目的就是设计性能好、体积小、运行可靠、维修方便的电机。电机设计时通常给定数据：额定功率、额定电压、相数及相间连接方式、额定频率、额定转速或同步转速、额定功率因数。在此次的中小型异步电动机的设计中，以上6个数据都已给出。总的电机设计分三个阶段：准备阶段、电磁设计、结构设计。 （一）准备阶段首先是熟悉国家标准，收集相近电机的产品样本和技术资料，并听取生产和使用单位的意见与要求；然后编制技术任务书或技术建议书。（二）电磁设计根据技术条件或技术任务书的规定，参照生产实践经验，通过计算和方案比

43、较，来确定与所设计电机电磁性能有关的尺寸和数据，选定有关材料，并核算其电磁性能。（三）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温升计算。通常，首先根据技术条件或技术任务书（技术建议书）中规定的防护型式、安装方式与冷却方式，再考虑电磁计算中所选负荷的高低，来选取合适的通风冷却系统；然后安排产品的总体结构，绘制总装配草图。然后分别绘制部件的分装配图和零件图，并对总装配草图进行必要的修改。由于本次设计主要针对电磁设计，故只对电磁设计部分作重点介绍。3.2电磁设计电磁设计分四大步骤：1.额定数据及主要尺寸；2.磁路计算；3.参数计算；4.起动计

44、算。第31/59页 一个好的设计方案应该达到节省材料的目标，即将定子用铜量、转子用铝量、硅钢片用量尽量降到最小，另外，电机性能良好，即效率和功率因数应该尽可能大、起动电流尽可能小、起动转矩倍数和最大转矩倍数尽量大。然而，电机的各项性能之间以及技术指标和经济指标之间，经常存在矛盾，长了此短了彼。例如，当采取措施改善某个性能时，常会使其他一些性能变差，因此必须全面照顾。又如，在设计电机时，不能片面追求体积小和材料省，因为这样容易导致电机性能变差，特别是效率降低，加工工时增加，而使运行费用或制造成本上升，并造成浪费。因此，设计人员必须全面、综合地看问题。以下着重介绍电机的五个性能指标及改善方法 1效

45、率-(1=100%P)-(1=h-P是电动机所有损耗标幺值之和：pfw+pFe+ps+pCu2+pCu1=p- -P+100%1P)针对本次设计，由于风摩损耗和杂散损耗基本上不容变动，所以，通常导致效率低的原因有定子铜损耗大、转子铝损耗大、铁损耗大。针对不同原因，采取不同的措施来提高效率。1）定子铜损耗大：降低定子绕组电阻，可采取的措施：a.增大导条面积，减少每相导体数；b.减少每槽导体数；c.减少绕组端部长度。2）转子铝损耗大：降低转子绕组电阻，可采取的措施：a.增大转子槽面积；b.增大端环尺寸。j3）铁耗大：降低定子铁心磁密，a.减少定子内径，改变定子槽型适当地降低定子磁密，使定、转子齿、

46、轭部磁密和损耗分配合理；b.增加铁心长，降低旋转铁耗；c.减少定、转子槽口宽度以及采用闭口槽和磁性槽锲；d.增加定子绕组匝数实现。 2功率因数cos=jcosI1PI1=导致效率低的原因通常是磁化电流大和漏电抗大。当磁化电流大：可以通过a.增加定子绕组每槽导体数；b.使磁通密度下降增加铁心长；c.减少气隙；d.调整槽型尺寸，使定、转子齿、轭部磁密分布合理四种方法来降低磁化电流。而减少每槽导体数、减少铁心长或改变槽型尺寸来减少槽漏抗都可以减小漏电抗。 3起动电流倍数ist第32/59页 -IstIKWI1=,Zst-=,Ist=istZst归根结底，漏抗过小导致起动电流过大。要降低起动电流，可通

47、过以下方法来增大漏抗：增加每槽导体数；改变定转子槽型，使槽变成深而窄；减少槽口，肩部斜度增加，使漏磁磁路不至于过分饱和。 4起动转矩倍数Tst=TstR2(st)Zst-SN)-(1SN是对应于额定转速的转差率。一般说来，起动转矩越大越好。通常起动转矩太小是因为漏电抗太大或转子电流太小。针对漏电抗太大，可采取措施：适当减少定子绕组每槽导体数和改变定转子槽型，增加槽宽减小槽高。而当转子电流太小时，则可以通过改变转子槽型使槽增加挤流效应和适当缩小槽面积和端环面积来增大电流从而增大起动转矩。5最大转矩倍数Tmax=Tmax通常最大转矩倍数大好。导致最大转矩倍数太小的缘故也是因为漏电抗太大或转子电流太

48、小。因此，增大最大转矩倍数的方法与增大起动转矩的方法是一样的。看了以上的介绍，就会发现当采取措施改善某个性能时，常会使其他一些性能变差。例如，当漏电抗较大导致功率因数、起动转矩倍数和最大转矩倍数偏小，然而当采取措施如减少每槽导体数时，虽然功率因数、起动转矩和最大转矩都有所改良，但也可能导致起动电流过大。因此，要综合考虑，在各项性能指标达到要求后尽量去提高其中某些性能。第33/59页 第4章 毕业设计手算程序及优化方案4.1手算程序接法），额定频率为50HZ，极数是4，相数m1=3，B级绝缘，外壳的防护等级为IP44，冷却方式为IC0141。主要性能指标按技术JB3074-82规定，依照手算电磁

49、计算程序，进行各个项目的核算，具体步骤详见表4-1。通过手算巩固所学的电机学与电机设计的理论知识，熟悉电机设计的整个过程，对各个参数对消耗硅钢片、铜、铝等材料量与电机性能的影响有了更深的理解。从而给下一步的三个优化方案的研究和调试打下基础。D设计中小型三相感应电动机，型号是Y250M-4 55KW。给定数据：输出额定功率PN=55KW,额定电压UN=380V（表4-1三相异步电动机Y802-2 1.1KW手算步骤与结果第34/59页 第35/59页15第36/59页 16第37/59页 17第38/59页 18第39/59页 19第40/59页 20第41/59页 21第42/59页 22第43/59页 23第44/59页 24第45/59页 25第46/59页 26第47/59页 27第48/59页 4.2优化方案1.方案一（节省材料）为了在手算方案基础上节省材料（定子铜重和硅钢片重），我在本方案中采取的措施是：减小铁心长到75（原值80），减小定子槽宽到7.5（原值7.6），减小定子槽半径到4.5（原值4.7），减小定子槽高到12（原值14），线径改为0.68mm（原为0.71）。下面列举手算方案和优化方案一的槽满率、主要性能指标和材料