三相鼠笼式异步电动机的电磁设计论文

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1、密级:NANCHANGUNIVERSITY学士学位论文THESISOFBACHELOR(20072011年)题目：三相鼠笼型异步电机设计(Y设0L-23KW英文题目:Designofthreephasessquirrel-cageasynchronousmotor(Y100L-23kW)学院：系别：工程技术系专业:电气工程及其自动化班级:7电气本学生姓名：学号：指导老师：起讫日期：2011年2月1日2011年5月10日摘要1ABSTRACT2第1章三相异步电动机原理41.1 三相异步电动机的额定数据与技术指标41.1.1 三相异步电动机的名牌额定数据41.1.2 .三相异步电动机的主要技术经济

2、指标51.2 三相异步电动机的工作原理51.3 三相异步电动机的功率关系61.4 三相异步电动机的机械特性和工作特性71.4.1 三相异步电动机的机械特性71.4.2 .三相异步电动机的工作特性8第2章电机设计理论92.1 电机设计的概况92.2 电磁设计9第3章毕业设计要求及结果分析123.1手算程序12附录113附表3.1三相异步电动机Y100M-23KW手算步骤与结果1313.2优化方案30总结34参考文献35致谢36附录3.CAD图37Y100L-23kW三相鼠笼式异步电动机的电磁设计摘要本文介绍了异步电机的特征、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

3、机的额定数据、技术要求、工作原理、功率平衡关系、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之间的大致关系，为优化方案打了个基础。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。因此，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。关键词

4、：异步电动机；设计；优化；绘图Designofthreephasesquirrel-cageasynchronousmotor(Y100L-23kW)AbstractThispapershowsthecharacter,typeandusageofinductionmotor.Insuccession,itintroducesthetypeandframeworkofthreephasesquirrel-cageasynchronousmotor,andfarthersetforthitsrateddata,technicalspecification,operationtheory,powe

5、requation,mechanismspecialty,runningspecialtyandsoon.Thisisthegroundworktothedesignofmotor.Constructingamotorisacomplexity.Thedesignermustconsidermanyfactorsandascertainlotsandlotsofsizesanddates,andthereforebargeupagainstreticule川ogicality.However,thisstudytreatstheproblemall-sidedandsynthetically,

6、andthatwellharmonizesthematerialwastage,capabilities,technicaldatesaswellaseconomicaldates.Afterthehandworkercount,thedesignerhasknownaboutthenationalcriterionandisupontheroughconnectionsamongthespecifications,whichgroundsforthenextwork.Inthefirstoptimizedproject,aspiringaftereconomizingthematerials

7、willdeterioratethemotorcapabilities.Inthesecondoptimizedprojecttakingmeasuresforaugmentingefficiencyandpowerwillmakethestartingcurrentlarge.Consequently,afterconsideringallfactorssynthetically,thedesignerhasgottenaprojecttobotheconomizematerialsandimprovecapabilities.keywords:inductionmotor；design；o

8、ptimize;plot绪论电机在当代各个领域中得到了广泛的应用电动机是工农业中生产机械和日常生活中各种电器最重要的原动力和驱动装置。异步电动机是其中应用最广、需要量最大的,据统计,全世界每年发电量的70%-80%消耗在各种类型的电动机上，而其中中小型异步电动机的用电量占总发电量的40%左右。尤其纺织、大型机械加工等特殊工业部门中，异步电动机的用电量占70%以上。异步电动机结构简单、运行可靠、坚固耐用，具有适用的工作特性，但缺点是功率因数较差，在运行时，必须从电网吸收滞后性的无功功率。异步电机与直流电动机、三相同步电动机不同，其转子绕组无需与其它电源连接，因此具有结构简单、使用方便、运行可靠，

9、以及制造容易，成本低廉等优点。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。异步电机还便于派生成各种防护型式，以适应不同环境条件的需求。由于异步电动机的转速n与其旋转磁场转速ni有一定的转差关系，其调速性能较差，对要求较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。异步电动机由于电网的功率因数可以用别的办法进行补偿，因而这一点并不妨碍异步电动机的广泛使用。因此，对异步电动机深入研究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1章三相

10、异步电动机原理1.1 三相异步电动机的额定数据与技术指标1.1.1 三相异步电动机的名牌额定数据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：“Y100M-2Y:异步电动机；100:中心高100mmM中机座（L-长机座，S-短机座）；2:2极。2） .额定值（1）额定功率（Pn）:指电动机在额定运行时，轴端输出的机械功率，单位为瓦（W或千瓦（kvv。（2）额定电压（U）: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。（3）额定电流（In）：指电动机在额定电压下

11、，轴端输出额定功率时，定子绕组中的线电流，单位为安（A）。（4）额定频率（fN）:指输入交流电（即电网）的频率，我国规定的电网频率为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50H乙（5）额定功率因数（cos，）：指电动机额定运行时，定子相电压与相电流之间的相位差。（6）额定转速（m）:指电动机在额定频率、额定电压下，且轴端输出额定功率时，转子每分钟的转速，单位为转/分（r/min）。（7）额定效率（4n）:指电动机在额定运行时的效率。（8）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

12、的绝缘材料。绝缘材料的耐热等级见表1-1,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。表1.1绝缘材料的耐热等级耐热等级YAEBFHC最局，作温度（C）90105120130155180180（9）标准编号：指电动机产品按这个标准生产，技术数据能达到这个标准的要求。例如国际GB755-200Q（10）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载范围内允许长期连续使用。短时工作（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、60

13、min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断续周期性使用，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。1.1.2. 三相异步电动机的主要技术经济指标效率（刀）：指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。功率因数（cos中）：指电动机输入有效功率与视在功率之比。堵转电流（IK）：指电动机在额定电压、额定频率和转子堵住时从供电回路输入的稳态电流有效值。堵转转矩（Tk）:指电动机在额定电压、额定频率和转子堵住时所产生的最小测得值.。最

14、大转矩（Tmax：指电动机在额定电压、额定频率和运行温度下，转速不发生突降时所产生的最大转矩。51.2 三相异步电动机的工作原理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m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。故称为三相异步电动机。转差率（s）:同步转速m和电动机转子转速n之差与同步转速m的比值。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（0s

15、1）: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（nm）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）:原动机拖动转子以n（n1):转子逆着磁场方向旋转(n-S2=2.7865式中:九U2=0&U2=0ZL2=2.7865-2=2.786554.转子槽漏抗-12m1PS2cXS2-CxleffQ210X3X2X2.7865=黑0.03858310.08X20=0.031997XS2=0.03199755.转子谐波漏抗Xd2=(小=0.02Cm3庐R-2-Cxdge；Ft：13.1946910.0083、

16、,八卜父0.038583x0.05184)1.139:175Xd2=0.02175式中:RR=0.0083RR=0.0008356.转子端部漏抗0.757Xe2=leff0.757(r=M010.08I=0.0098516XlB-l,DRJ.13p广)十竺工0.0385832,)Xe2=0.0098516lB=10.08cmlB=10.08cmDr=8.6cmDr=8.6cm57.转亍斜槽漏抗2yxSK=0.5SK-t2Jx0.038583=0.00-/10.9956)2Xd2=0.5父1V13.069J7697XSK=0.00769758.转子漏抗X2=XS2+Xd2+Xe2+XSK=0.0

17、7129X2=0.0712959.总漏抗X=X+X2=0.0466+0.07129=0.1179X=0.117960.定子相电阻PlzZ_0.0217X0.161727320R-a1-SN11001X1.0936100=1.0269R=0.1.0269C61.定子相电阻标么值_Ikw/cccco-4.545门=R-JKW-=1.3320919MU1220=0.027523r1=0.02752362.功效材料GAl=ClZZ1Q1sN1710=1.05父0.161727M40M24父1.0936x2.7父10“=5.0428kgGcu=1.5867kgGai=5.0428kgGcu=1.5867

18、kg硅钢片重量223GFe=KFel(Di+6)7.81023=0.95父0.1008父(0.151+0.005)2父7.8父103=18.9696kgGFe=18.9696kg式中:C=1.1C=1.1=8.9=8.9-2S1=1.0936mm-2S1=1.0936mm式中:KFe=0.95KFe=0.95=0.5cm=0.5cm63.转子电阻导条电阻Rb=K=28.176=1.0339Kb1b.PbSBQ2，1.04M10XI0.615Qx0.0434B20XRB=1.0339。端环电阻Rr=K=28.17=0.4722Dr.Pr2冗pSrc2父8.6父6M2I2X265c0.0434X2

19、.8JRR=0.47265Q式中:2mi(Z*Kdpi)3黑(306.464)2K44104104=28.176K=28.176KB=1.04KB=1.04转子导条面积一一一，一2Sb=0.615cm一一一，一2Sb=0.615cm端环截面积一一一2SR=0.28cmSR=0.28cm2转亍导条或端环的电阻系数PB=PR=0.043客，mm2/mP_P_1B_1R-0.0434*mm2/m导条电阻标么值rB-RBIKW-1.0339M445U1220=0.021363b=0.021363端环电阻标么值c1KWc,rccLv4.545rR-RRKW-0.4726接U1220=0.0098rR=0

20、.0098转子电阻标么值2=rb+rr=0.021363+0.0098=0.0311282=0.03112864.满载电流有功部分二11ip=1.227/0.815ip=1.22765.满载电抗电流部分_2-_2ix=KmX0P)*Kmaip)j=0.18496ix=0.18496式中:Km=1+imX1=1+0.18496M0.0466=1.01986K=im66.满载电流无功部分iR=im+ix=0.4260十0.18496=0.611iR=0.61167.满载电势1一女=1-(ip-n+iRX1j二1(1.227父0.021217+0.611m0.0466)=0.945491一&=0.9

21、454968.空载电势1=1imX1=1-0.4260m0.0466=0.98011讥=0.980169.空载定子齿磁密1-s00.9801Bt10=0BT1=M15872.8151TL0.94549=16454.576TBtio=16454.576T70.空载转子齿磁密1%0.9801Bt20=0&2=m12296.4091-Sl0.94549=12747.089T氏20-1%&2-：鬻父158701一染0.94549=16716.11TBT20=12747.089TBt2o=16716.11T71.空载定子辆磁密1%0.9801以10,0BciccM14424.2611-L_0.94549

22、=14952.93TBC10=14952.93T72.空载转子辆磁密1%0.9801BC20-.0Bc2-c_cM14232.7891-%0.94549=14754.44TBc2o=14754.44T73.空载气隙磁密1一%0,9801Ba0-0Ba-父6938.559g01-%g0.94549=7192.867TBg0=7192.867T74.仝载用了的女匝ATtio=atohT；=46.93x1.115=52.327ATr10=52.32775.空载转子齿安匝ATT20=atT20hT2=(7.37+60.98)x1.512=103.892ATt20=103.89276.空载定子物安匝AT

23、c10=Gatc10lc/=0.34920.171.042223=73.3655ATC10=73.365577.空载转子辆安匝ATC20=C2atC201c2=0.165x22.67x1.52=17.8032ATc20=17.803278.空载空气隙安匝ATg0=0.8geBg0=0.8x0.05184x6938.559=298.2967ATg0=298.29679.空载总安匝AT。=A10+ATT20+ATc10+ATc20+ATg0=458.88AT0=458.8880.空载磁化电流2.22AT0p2.22父458.88父2Im0r.八八“八巨Z(|1Kdp13M306.464=2.216

24、AIm0=2.216A81.定子电流标么值i1=Jp2+：R2=J1.226993S2+0.6112=1.3707i1=1.3707定于电流实际值I1=i1%=1.3797x4.545=6.2305AI1=6.2305A82.定子电流密度1=5.6972A/mm24NS1=5.6972A/2mm83.线负荷m-ZI13M320X6.2305A1=dDi18父8.4=226.655A/cmA=226.655A/cm84.转子电流标么值i2=Jip2+ix2=71.22699392+0.1849642=1.240857i2=1.240857转子电流实际值mZ中Kdp1I2i2,IKW八Q23M30

25、6.464=1.240857M4.545X20=259.2804AI2=259.2804A端环电流实际值Q220IR=I2L=259.2804x=825.315AppHX2IR=825.315A85.转子电流密度导条密度人I2259.2804LC2B=4.2159A/mmSb61.5b=4.2159A/2mm端环密度IR825.2804a2R=2.94756A/mmSR280R=2.94756A/2mm86.定子铝损耗2pAl1=3,门=1.37072父0.02122=0.039867Ali=0.03986，_3巳1pAl1P210=0.03986乂3000=119.592WPAi1=119.

26、592W87.转子铝损耗-2cpAi2=i22=1.24086父0.031128=0.047929pAl2=0.0479293PAl2=pAl2P2103=0.047929M3000=143.786WPai2=143.768W88.附加损耗PsPS-=-75-=0.025巳1033000Ps=0.02589.机械损耗P.=80WPfw=80W机械损耗标么值一Pfw80Pfw=3=0.026667P,1033000Pfw=0.02666790.定子铁耗(1)定子齿体积Vti=p01%；=2M58.W1.115=129.6522cm3Vn=129.65223cm(2)定子轲体积VC1=2pSc11

27、cl=2父2M21.185黑10.422233=883.1801cmVc1=883.18013cm(3)损耗系数pT1=58.3pC1=67.5pT1=58.3pc1=67.5(4)用了凶损耗PT1=pT1VT1=58.3x129.6522x10-=7.5587WPT1=7.5587W(5)定子辆损耗PC1=pC1VC1=67.5x883.18013父10=59.615WPC1=59.615W(6)总铁耗PFe=k1PT1+k2Pc1=3.5X7.5587+3X59.615=205.299WPFe=205.299W铁耗校正系数k1=3.5k1=3.5k2=3k2=3铁耗标么值PFP205.29

28、9PFe=J=0.06843P21033000PFe=0.0684391.总损耗标么值PP=Pa11+PA12+pFe+Ps+Pfw=0.224097PP=0.22409792.输入功率p1=1+P=1+0.224097=1.224097Pi=1.22409793.总损耗比h-PP0.224097乙p0.181944P11.224097PP=0.18194494.效率刈=1_6=10.181944=0.8180563=0.818056395.功率因数11cos中-i1口1.3707x0.8154306=0.8812cos中=0.891696.转差率Pai2Sn1+PAl2+PFe-(PT1+PC1)+Ps+Pfw=0.041836Sn=0.04183697.转速120f(1Sn)120M50M(10.041836)np2=2874.493n=2874.49398.最大转矩丁1-SnM(-F2-2j2.r1十寸1十x二1-0.0418362M(0.02122+V0.021222+0.11792)=3.3975TM=3.3975（四）起动计算99.起动电流假定值I；=(2.53.5)TmJ.=2.7m3.3975m4.545=41