小型三相異步電動機的設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、本科畢業(yè)設(shè)計（論文）小型三相異步電動機的設(shè)計 摘要畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電

2、子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位

3、論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日摘 要三相異步電動機是交流電動機的一種，又稱感應(yīng)電機。具有結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，堅固耐用，維修方便，成本低廉等一系列優(yōu)點。因其具有較高的效率及接近于恒速的負載特性，故能滿足絕大部分工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械的拖動要求，從而成為各類電機中產(chǎn)量最大，運用最廣的一種電動機。本畢業(yè)設(shè)計是在掌握電機理論和設(shè)計原理的基礎(chǔ)之

4、上，結(jié)合具體設(shè)計要求，通過感應(yīng)電機的電磁設(shè)計，從中又細分為額定數(shù)據(jù)和主要尺寸、磁路計算、參數(shù)計算、工作性能計算和起動性能計算五個部分，設(shè)計出一臺性能合格的小型三相異步電動機。在此成果后，通過改變氣隙大小和改變每槽導(dǎo)體數(shù)兩種優(yōu)化方案，最終設(shè)計得到一臺性能優(yōu)良的小型三相異步電動機。通過本次設(shè)計，了解國內(nèi)外異步電動機的發(fā)展狀況，掌握電機電磁設(shè)計過程并學(xué)會查找數(shù)據(jù)所需相應(yīng)圖表，了解利用計算機設(shè)計電機程序的概念，通過具體設(shè)計，了解y系列ip44小型三相異步電動機的主要標準。關(guān)鍵詞 三相異步電動機，電機設(shè)計，y系列ip44萬花樓大學(xué)（abstractthe three-phase asynchronous

5、 motor is motor's one kind. has the structure to be simple, the manufacture is easy, firm durable, the service is convenient, cost inexpensive and so on a series of merits. because it has the high efficiency and approaches in the constant speed load characteristics, it can therefore satisfy the

6、most of the industrial and agricultural production machinery drag requirements, thus becomes in each kind of electrical machinery the output to be biggest utilizes the broadest one kind of electric motor. the graduation project is the availability of electrical theory and design principles the basis

7、 of light of the specific design requirements, through the induction motor electromagnetic design, from thin into rated data and the main parameters, calculation of magnetic circuit, parameter calculation, performance computing and calculation of starting performance of starting performance of five

8、parts, qualified to design a performance of a small three-phase asynchronous motor, by changing the gap size and change the number of conductors per slot two optimization program, the final design with excellent performance by a small three-phase asynchronous motor.through this design, understanding

9、 the development of domestic and foreign asynchronous motor, electromagnetic motor control design process and learn to find the corresponding chart data needed to understand the use of computer design concept of motor program, through specific design, understand the y series of small three-phase asy

10、nchronous motor ip44 the main criteria.key words motor，motor design，y series ip44目錄目錄摘 要abstract1 緒論12 電機發(fā)展史22.1概念引入22.2異步電機32.2.1 異步電機概述32.2.2 異步電機原理32.2.3 異步電動機的分類32.2.4 異步電動機的運用42.3國內(nèi)外電機發(fā)展狀況42.3.1 國內(nèi)發(fā)展42.3.1 國外發(fā)展53 電機設(shè)計63.1電機設(shè)計的方案概述63.2 具體電機設(shè)計73.3 電機設(shè)計的具體方案73.3.1 額定數(shù)據(jù)和主要尺寸73.3.2 磁路計算163.3.3 參數(shù)計算2

11、03.3.4 工作性能計算283.3.5 起動性能計算324 優(yōu)化方案384.1改變氣隙大小的設(shè)計方案384.2 改變每槽導(dǎo)體數(shù)的方案435 電子計算機在電機設(shè)計計算中的應(yīng)用525.1概述525.2設(shè)計分析過程525.2.1 手算程序改變?yōu)橛嬎愠绦?25.2.2籠型感應(yīng)電機設(shè)計分析535.3電機自動設(shè)計cad軟件55結(jié)論56參考文獻57附錄a：導(dǎo)線規(guī)格表58附錄b：電機設(shè)計圖60附錄c：y系列規(guī)范64致 謝65i緒論1 緒論電機包括變壓器和旋轉(zhuǎn)電機，都用于實現(xiàn)機械能和電能之間的轉(zhuǎn)換。旋轉(zhuǎn)電機分為直流電機和交流電機，交流電機又分為異步電機和同步電機。三相異步電動機隸屬交流電動機，又稱感應(yīng)電機。具

12、有結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，堅固耐用，維修方便，成本低廉等一系列優(yōu)點。因其具有較高的效率及接近于恒速的負載特性，故能滿足絕大部分工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械的拖動要求。電機設(shè)計的任務(wù)是根據(jù)用戶提出的產(chǎn)品規(guī)格、技術(shù)要求，結(jié)合技術(shù)經(jīng)濟方面國家的方針政策和生產(chǎn)實際情況，運用有關(guān)的理論和計算方法，正確處理設(shè)計時遇到的各種矛盾，從而設(shè)計出性能好、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、制造和使用維修方便的先進產(chǎn)品。我國電機標準在總結(jié)以往電機設(shè)計、制造和使用經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，已出臺相關(guān)國家標準，同時也積極采用國際標準和國外先進標準。通過收集各類書籍，雜志，網(wǎng)絡(luò)相關(guān)資源，了解三相異步電動機在國內(nèi)外的發(fā)展狀況；通過電機設(shè)計相關(guān)教材，結(jié)合具體情況

13、設(shè)計一臺性能優(yōu)良的小型三相異步電動機。設(shè)計一臺小型三相異步電動機的意義在于：首先設(shè)計電機是電機原理和實踐電機相結(jié)合的環(huán)節(jié)，是設(shè)計者綜合運用所學(xué)知識解決所學(xué)專業(yè)實際問題能力的檢驗，是學(xué)習(xí)深化知識和提高的重要過程。其次，三相異步電動機是各行各業(yè)生產(chǎn)過程及日常生活中普遍使用的基礎(chǔ)設(shè)備，使用廣泛，值得研究。設(shè)計結(jié)果在完成中小型三相感應(yīng)電動機電磁計算過程后，得到一臺性能合格的電機，并在此基礎(chǔ)上通過改變其部分參數(shù)，根據(jù)具體設(shè)計要求，對其進行方案優(yōu)化并最終設(shè)計得到一臺性能優(yōu)良的小型三相異步電動機。 1電機發(fā)展史2 電機發(fā)展史 1800年伏特發(fā)明電池，是電氣出現(xiàn)的開端，電動機的誕生和發(fā)展在這之后可分成以下個階

14、段：1831年，邁克爾.法拉第（michael faraday）發(fā)明盤式電機（直流電機）；19世紀70年代，托馬斯.愛迪生（thomas edison）開始研制直流發(fā)電機；1888年，尼古拉.特斯拉（nikola tesla）發(fā)明三相感應(yīng)電動機并申請專利。從1820年一直到整個19世紀末葉，發(fā)現(xiàn)的電磁現(xiàn)象以及相關(guān)的各種法則，誕生的交流電機原型，確立了電機的工業(yè)運用。從20世紀開始一直到1970年，是電動機的成長和成熟期：有刷直流電機、感應(yīng)電動機、同步電動機和步進電動機等各種電機相繼誕生。半導(dǎo)體驅(qū)動技術(shù)和電子控制概念的引入，帶來了變頻驅(qū)動的實用化。1970年到20世紀末，計算技術(shù) 的飛躍發(fā)展為發(fā)

15、展高性能驅(qū)動帶來了機會：隨著設(shè)計、評價、測量、控制、功率半導(dǎo)體、軸承、磁性材料、絕緣材料、制造加工技術(shù)的不斷進步，電動機本體經(jīng)歷了輕量化、小型化、高效化、高力矩輸出、低噪音振動、高可靠、低成本等一系列變革，相應(yīng)的驅(qū)動和控制裝置也更加智能化和程序化。進入21世紀，在以多媒體和互聯(lián)網(wǎng)為特征的信息時代，電動機和驅(qū)動裝置繼續(xù)發(fā)揮支撐作用，向節(jié)約資源、環(huán)境友好、高效節(jié)能運行的方向發(fā)展。2.1概念引入電機，英文electric machinery 泛指能使機械能轉(zhuǎn)化為電能、電能轉(zhuǎn)化為機械能的一切機器。特指發(fā)電機、電能機、電動機。電動機，是指依據(jù)電磁感應(yīng)定律實現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換或傳遞的一種電磁裝置，俗稱馬達。主要

16、作用是產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，作為用電器或各種機械的動力源。 在電動機的分類中，按工作電源種類劃分，可分為直流電機和交流電機；其中交流電機還可分單相電機和三相電機；按結(jié)構(gòu)和工作原理劃分，電動機可分為直流電動機、異步電動機和同步電動機。其中，異步電機可劃分為感應(yīng)電動機和交流換向器電動機。感應(yīng)電動機又可劃分為三相異步電動機、單相異步電動機和罩極異步電動機等。按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)劃分，電動機可劃分為籠型感應(yīng)電動機（舊標準稱為鼠籠型異步電動機）和繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機（舊標準稱為繞線型異步電動機）。 2.2異步電機2.2.1 異步電機概述異步電機是一種交流電機，電機的轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速）小于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，從而叫為異步電機。異

17、步電機包括感應(yīng)電機、雙饋異步電機和交流換向器電機。它和感應(yīng)電機基本上是相同，在不致引起誤解或混淆的情況下，一般可稱感應(yīng)電機為異步電機。異步電機的定子繞組接交流電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子繞組不需與其他電源連接。因此，它具有結(jié)構(gòu)簡單，制造、使用和維護方便，運行可靠以及質(zhì)量較小，成本較低等優(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。2.2.2 異步電機原理 當三相異步電機接入三相交流電源時，三相定子繞組流過三相對稱電流產(chǎn)生的三相磁動勢（定子旋轉(zhuǎn)磁動勢）并產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。 旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子導(dǎo)體有相對切割運動,根據(jù)電磁感應(yīng)原理,轉(zhuǎn)子導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電動勢

18、并產(chǎn)生感應(yīng)電流。 根據(jù)電磁力定律，載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在磁場中受到電磁力作用，形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，當電動機軸上帶機械負載時，便向外輸出機械能。2.2.3 異步電動機的分類 單相異步電動機單相異步電動機由定子、轉(zhuǎn)子、軸承、機殼、端蓋等構(gòu)成。 定子由機座和帶繞組的鐵心組成。鐵心由硅鋼片沖槽疊壓而成，槽內(nèi)嵌裝兩套空間互隔90°電角度的主繞組和輔繞組。主繞組接交流電源，輔繞組串接離心開關(guān)s或起動電容、運行電容等之后，再接入電源。 轉(zhuǎn)子為籠型鑄鋁轉(zhuǎn)子，它是將鐵心疊壓后用鋁鑄入鐵心的槽中，并一起鑄出端環(huán)，使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條短路成鼠籠型。單相異步電動可分為單相電阻起動異步電動機，單相電容起動異步電動機、

19、單相電容運轉(zhuǎn)異步電動機和單相雙值電容異步電動機。 三相異步電動機三相異步電動機的結(jié)構(gòu)與單相異步電動機相似，其定子鐵心槽中嵌裝三相繞組。定子繞組成接入三相交流電源后，繞組電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場，在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流，轉(zhuǎn)子在感應(yīng)電流和氣隙旋轉(zhuǎn)磁場的相互作用下，又產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)柜，使電動機旋轉(zhuǎn)。2.2.4 異步電動機的運用異步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單，制造、使用和維護方便，運行可靠以及質(zhì)量較小，成本較低等優(yōu)點。廣泛應(yīng)用于驅(qū)動機床、水泵、鼓風(fēng)機、壓縮機、起重卷揚設(shè)備、礦山機械、輕工機械、農(nóng)副產(chǎn)品加工機械等大多數(shù)工農(nóng)生產(chǎn)機械以及家用電器和醫(yī)療器械等。2.3國內(nèi)外電機發(fā)展狀況針對本論文設(shè)計主要為小型電機，即在敘述國

20、內(nèi)外電機發(fā)展狀況過程中，主要針對小型電機。大中型電機，發(fā)電機簡述或不述。2.3.1 國內(nèi)發(fā)展 國內(nèi)發(fā)展簡史20世紀40年代以前，我國電機制造工業(yè)極端落后。中華人民共和國成立后，電機工業(yè)得到了迅速發(fā)展，產(chǎn)品的種類，數(shù)量的不斷增加，技術(shù)水平逐步提高。50年代以前我國主要是仿制國外產(chǎn)品為主，1953年以后多次組織了電機產(chǎn)品的改型設(shè)計和系列統(tǒng)一設(shè)計，使我國從發(fā)電設(shè)備、大型交直流電機一直到種類繁多的中小型電機，大多數(shù)都有了自己的系列。不但建立了若干產(chǎn)量大、使用面廣的基本系列，還建立了應(yīng)用場合比較特殊的派生系列和專用系列。在電機零部件和安裝尺寸、機座好等系列的標準化、系列化、通用化方面也進行了大量工作、已

21、形成自己的體系，還制定了電機專業(yè)的許多國家標準，這些標準正逐步接近國際電工委員會的標準。60年代起即走上自行設(shè)計的道路；50年代只能生產(chǎn)一般中小型電機，不久后即能生產(chǎn)大型電機設(shè)備和特殊用途電機。與此同時，新技術(shù)、新材料、新結(jié)構(gòu)和新工藝的日益廣泛應(yīng)用，使我國電機工業(yè)的發(fā)展走上了更加成熟的道路。在國內(nèi)中小型電機方面，自1953年進行第一次全國統(tǒng)一設(shè)計后，中小型電機的生產(chǎn)開始擺脫過去混亂的局面，走上了統(tǒng)一和系列化的道路。到目前為止我國生產(chǎn)的中小型電機系列，除一般電機或基本系列外，還有防爆、船用、潛水、單繞組多速等派生系列和專用系列。從目前情況來看，一般或基本系列中小型電機已經(jīng)能夠滿足國民經(jīng)濟各部門的

22、需要，其技術(shù)經(jīng)濟指數(shù)也在逐步提高。到2010年，我國平均每年將投產(chǎn)發(fā)電裝機容量3700萬千瓦以上，年均增長7.8%左右。而電動機的需求與發(fā)電設(shè)備的需求呈1：3.51的正比關(guān)系，也就是說，大型、中小型交流電動機產(chǎn)品在國內(nèi)市場的有效需求會保持穩(wěn)定增長。 技術(shù)狀況及發(fā)展方向世界電機制造基地正在快速地向中國轉(zhuǎn)移。當前，全球小功率電機年需求量在50億臺以上，隨著全球經(jīng)濟一體化進程的加快，小功率電機生產(chǎn)的國際化已基本形成。加入wto后，國家對中小企業(yè)的保護政策如進口關(guān)稅逐步降低，直到取消關(guān)稅，國外電機憑借其優(yōu)越的品質(zhì)和低廉的價格進入國內(nèi)市場，而國內(nèi)出口到國外的電機受到各國行業(yè)協(xié)會或政府紛紛設(shè)置的技術(shù)壁壘，

23、讓我國電機進入世界電機的爭奪戰(zhàn)之中。近年來，科學(xué)技術(shù)突飛猛進。隨著電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)和控制理論發(fā)展，電機調(diào)速技術(shù)得到迅速發(fā)展，我國對電機繞組、附加損耗、電機測試技術(shù)以及超導(dǎo)電技術(shù)在電機的應(yīng)用等方面開展了一系列研究，取得不少成果：積極采用新技術(shù)、新材料、新結(jié)構(gòu)和新工藝，積極開展電機理論、測試技術(shù)的研究，使我國電機的標準化、系列化和通用化程度不斷提高。我國現(xiàn)行電機優(yōu)勢是：1)效率水平較高；2)起動性能較好；3)噪聲低振動??；4)防護性能較好；5)運行可靠使用壽命長；6)外形美觀大方。提高我國電機的國際競爭力，必須依靠科技創(chuàng)新，靠一批高質(zhì)量的名牌產(chǎn)品。促進企業(yè)的技術(shù)開發(fā)、技術(shù)改造、技術(shù)創(chuàng)新和技

24、術(shù)進步是提高產(chǎn)品的質(zhì)量和市場競爭力的有利壁壘。2.3.1 國外發(fā)展19601970年間，全世界電站的總裝機容量增長了1.1倍，也就是十年間翻了一番以上，這不僅表現(xiàn)于發(fā)電設(shè)備的產(chǎn)量，還表現(xiàn)于單機容量。下面將國外中小型電機的狀況簡述如下：60年代初以來，一些主要工業(yè)國家相繼發(fā)展了中小型電機的新系列，或?qū)υ邢盗羞M行了改進。它們的共同特點是： 應(yīng)用電子計算機進行設(shè)計，從而提高了計算精度?？s短了設(shè)計周期，并為獲得最佳方案創(chuàng)造了有利條件。 功率等級和安裝尺寸盡量和國際電工委員會的標準接近。 注意從“小型輕量化”（減輕重量、降低中心高）轉(zhuǎn)為注意“省能化”和“無公害化”，提高效率和降低噪聲等。 積極采用新材

25、料。 擴大了原來的功率劃分范圍，例如將小型感應(yīng)電機的功率范圍已擴大到原來屬于中型感應(yīng)電機的低壓部分。 改善結(jié)構(gòu)，提高通用化程度，注意維修使用方便。5電機設(shè)計3 電機設(shè)計電機設(shè)計就是根據(jù)用戶提出的產(chǎn)品規(guī)格（如功率，電壓，轉(zhuǎn)速等）、技術(shù)要求（如效率、參數(shù)、溫升限度、機械可靠性要求等），結(jié)合技術(shù)經(jīng)濟方面國家的方針政策和生產(chǎn)實際情況，運用有關(guān)的理論和計算方法，正確處理設(shè)計時遇到的各種矛盾，從而設(shè)計出性能好、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、制造和使用維修方便的先進產(chǎn)品。3.1電機設(shè)計的方案概述 電機的主要參數(shù)之間的關(guān)系設(shè)計一臺電機時，必須確定許多尺寸，但其中起主要與決定作用的是電機的主要尺寸。確定主要尺寸是

26、電機設(shè)計的第一步。電機的主要尺寸是指電樞鐵心的直徑和長度。對于直流電機，電樞直徑是指轉(zhuǎn)子外徑；對于一般結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電機和同步電機，則是指定子內(nèi)徑。 磁路計算當繞組中通過電流，在電機的有效部分、端部及部分結(jié)構(gòu)零件中就激發(fā)了磁場。磁路計算的目的在于確定產(chǎn)生主磁場所必需的磁化力或勵磁磁動勢，并進而計算勵磁電流以及電機的空載特性。通過磁路計算還可以校核電機各部分磁通密度選擇的是否合適。 參數(shù)計算電阻、電抗是電機的重要參數(shù)。電阻的大小不僅影響電機的經(jīng)濟性，并與電機的運轉(zhuǎn)性能亦有極密切的關(guān)系。在設(shè)計電機繞組時，如果選取較高的電流密度，則所用的導(dǎo)體截面就較小，用銅量就較少而電阻就較大。電阻越大，電機運行時繞組

27、中的電損耗就較大，繞組電流中的瞬變電流增長或衰減速度則較快。感應(yīng)電機轉(zhuǎn)子電阻的大小對其轉(zhuǎn)矩特性影響特別突出。繞組電抗的大小亦對所設(shè)計電機的經(jīng)濟性及運行性能有很大的影響。一方面漏抗不能過小，否則同步發(fā)電機短路時或感應(yīng)電動機起動時將產(chǎn)生不能允許的電流。另一方面漏抗又不宜過大，否則會引起同步發(fā)電機的電壓變化率增大，感應(yīng)電動機的功率因數(shù)，最大和起動轉(zhuǎn)矩降低，直流電機的換向條件惡化等。因此正確選定及計算這些參數(shù)是極其重要的。 損耗與效率效率是電機的一個重要性能指標，它的高低取決于運行時電機中所產(chǎn)生的損耗，損耗越大，效率就越低。損耗的大小與所選擇的電磁負荷有很大的關(guān)系。為了降低損耗就得選取較低的電磁負荷以

28、及電流密度等，但這樣會增加電機的尺寸及材料的耗用量。此外，損耗的大小還與材料性能，繞組型式，電機結(jié)構(gòu)等等有密切的關(guān)系。因此要設(shè)計出一臺性能良好又經(jīng)濟的電機，必須熟悉電機的損耗與這些因素的關(guān)系。 感應(yīng)電機的電磁設(shè)計小型三相感應(yīng)電動機電磁計算中主要包括：主要尺寸與氣隙的確定；定轉(zhuǎn)子繞組與沖片的設(shè)計；工作性能的計算；起動性能的計算等。以下電機設(shè)計部分在本論文中不做要求，故簡述或不述。 電機的冷卻 發(fā)熱計算 結(jié)構(gòu)設(shè)計和機械計算結(jié)構(gòu)設(shè)計和機械計算是電機設(shè)計的一個組成部分，它主要在電磁設(shè)計完成后進行。其目的是解決機械部分的設(shè)計問題，對它的要求是從結(jié)構(gòu)上來保證電機性能，制造時的經(jīng)濟合理和運行可靠性。從電機的

29、進一步發(fā)展來看，除了采用新材料、新技術(shù)、新工藝外，很重要的一個方面就是進行結(jié)構(gòu)改進。3.2 具體電機設(shè)計結(jié)合表3.1具體情況設(shè)計一臺三相異步電動機，對該電動機進行電磁設(shè)計，確定電動機的主要尺寸、氣隙、繞組、沖片、工作性能、起動性能，得到一臺合格電機，在此基礎(chǔ)上，改變部分參數(shù)對該電機進行優(yōu)化設(shè)計，進行方案比較，最終選取最優(yōu)電磁設(shè)計方案。表3.1 設(shè)計任務(wù)書原始資料產(chǎn)品型號y-200l-4額定功率30kw額定電壓380v相數(shù)3額定效率50hz聯(lián)結(jié)方式轉(zhuǎn)速1475r/m電流57.6a效率91%功率因數(shù)0.87 3.3 電機設(shè)計的具體方案3.3.1 額定數(shù)據(jù)和主要尺寸額定功率 外施相電壓 功電流 式（

30、3.1）按照設(shè)計任務(wù)書的規(guī)定 效率按照設(shè)計任務(wù)書的規(guī)定 功率因數(shù)極對數(shù)p=2定轉(zhuǎn)子槽數(shù)1）選擇定子槽數(shù)時應(yīng)考慮：a.為減少諧波磁動勢，除極數(shù)較多或在系列設(shè)計中兩種極數(shù)沖片通用的情況外，每極每相槽數(shù)一般取為整數(shù)。b.為降低雜散損耗及提高功率因數(shù)，應(yīng)選用較多的槽數(shù)。但槽數(shù)增多時，將增加槽絕緣，減低槽利用率，并增加線圈制造及嵌線工時，對高壓電機尤為顯著。一般異步電機為25，功率小、極數(shù)多時取較小值，對功率較大的2極電機可達69。本畢業(yè)設(shè)計中，參考類似規(guī)格電機取，則。2)轉(zhuǎn)子槽數(shù) 轉(zhuǎn)子槽數(shù)應(yīng)與定子槽數(shù)配合確定，定子、轉(zhuǎn)子槽配合的選擇應(yīng)使電機起動正常，轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性平滑，起動及運轉(zhuǎn)時無顯著振動，電磁噪聲，

31、雜散損耗較小。推薦槽配合由下表3.2<三相籠型轉(zhuǎn)子電動機的槽配合>選取，確定定子槽數(shù)，轉(zhuǎn)子槽數(shù)選,并采用轉(zhuǎn)子斜槽。表3.2 三相籠型轉(zhuǎn)子電動機的槽配合極數(shù)定子槽數(shù)轉(zhuǎn)子槽數(shù)極數(shù)定子槽數(shù)轉(zhuǎn)子槽數(shù)2181663626 33 24205427 44 58 643022 267228 56 58 8636288484442345450 58 6448407256 58 86424221060643626 28 32 344838 449072 80 106 1146038 47 50電動機運轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子一階齒諧波與定子相帶諧波作用產(chǎn)生同步轉(zhuǎn)矩?？赡墚a(chǎn)生電磁噪聲。電磁制動運轉(zhuǎn)時，定、轉(zhuǎn)子一階齒諧

32、波作用產(chǎn)生同步轉(zhuǎn)矩，故不宜用于需在電磁制動狀態(tài)運轉(zhuǎn)的電機。4 堵轉(zhuǎn)時可能產(chǎn)生振動。定轉(zhuǎn)子每極槽數(shù) ; 確定電機主要尺寸 電機主要尺寸的基本關(guān)系式： 式（3.2）由感應(yīng)電動機計算功率 式（3.3）及感應(yīng)電動機額定功率 式（3.4）有等于定子繞組的漏阻抗壓降標幺值，則等于滿載電勢的標幺值，即電勢系數(shù)，綜上，。確定滿載電勢標么值，由經(jīng)驗公式進行估算，有2極小型電機 非2極小型電機 中型電機 求出計算功率 式（3.5）初選的、等各量一般只在小范圍內(nèi)變化，因此對功率和轉(zhuǎn)速一定的電機，其主要尺寸和基本上將由電磁負荷a和值的大小來確定。設(shè)計感應(yīng)電動機時，電磁負荷a和值是根據(jù)制造和運行經(jīng)驗所積累的數(shù)據(jù)來選取的

33、。對于中小型感應(yīng)電機通常取線負荷a在范圍內(nèi)，本畢業(yè)設(shè)計中選取；氣隙磁密在范圍內(nèi)，本畢業(yè)設(shè)計中選取。（單位為） 式（3.6） 式中氣隙磁場波形系數(shù)，是有效值與平均值之比。本畢業(yè)設(shè)計中，初選。計算極弧系數(shù)，是氣隙磁密平均值與最大值之比，。若電機鐵心不飽和，氣隙磁密分布呈正弦形時，考慮到一般鐵心稍有飽和，設(shè)計時可初步選取為0.660.71。本畢業(yè)設(shè)計中初選。定子基波繞組系數(shù)，可根據(jù)選定的繞組型式、槽數(shù)和節(jié)距算出；在繞組設(shè)計前，對雙層短距繞組，可先假定，對于單層繞組，可先假定。本畢業(yè)設(shè)計中，初選。由設(shè)計任務(wù)書原始資料，知道,于是下式得表3.3 三相感應(yīng)電動機主要尺寸比值的范圍極對數(shù) 電機系列1234y

34、(ip44)0.530.971.021.901.262.701.552.75根據(jù)上表3.3<三相感應(yīng)電動機主要尺寸比值的范圍>，取 ,代入下式,得按定子內(nèi)外徑比求出定子沖片外徑 根據(jù)參考類似電機資料，直徑最后確定=0.327于是鐵心的有效長度 取鐵心長度。（按生產(chǎn)要求，鐵心通常采用5mm進位）。氣隙的確定通常氣隙選取得盡可能的小，以降低空載電流，因為感應(yīng)電動機的功率因素 主要決定于空載電流。但是氣隙不能過小，否則除影響機械可靠性外，還會使諧波磁場及諧波漏抗增大，導(dǎo)致起動轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩減小，諧波轉(zhuǎn)矩和附加損耗增加，進而造成較高溫升和較大噪音。氣隙的數(shù)值基本上決定于定子內(nèi)徑、軸的直徑和

35、軸承間的轉(zhuǎn)子長度。對于功率較小的電機，由經(jīng)驗公式可求的：于是鐵心有效長度轉(zhuǎn)子外徑轉(zhuǎn)子內(nèi)徑先按轉(zhuǎn)軸直徑?jīng)Q定（以后再校驗轉(zhuǎn)子軛部磁密）： 。極距 定子齒距 轉(zhuǎn)子齒距定子繞組采用雙層疊繞，線圈節(jié)距y=10，即1-11。為了削弱齒諧波磁場的影響，轉(zhuǎn)子采用斜槽，一般斜一個定子齒距，于是轉(zhuǎn)子斜槽寬。設(shè)計定子繞組由下式得每相串聯(lián)導(dǎo)體數(shù) 式（3.7）取并聯(lián)支路，則每槽導(dǎo)體數(shù) 式（3.8）取，于是每線圈匝數(shù)為48。每相串聯(lián)導(dǎo)體數(shù) 每相串聯(lián)匝數(shù)繞組線規(guī)設(shè)計一般對于大、中、小型銅線電機，可在范圍內(nèi)選用，本畢業(yè)設(shè)計中初選定子電密，由下式計算得導(dǎo)線并繞根數(shù)和每根導(dǎo)線截面積的乘積： 式（3.9）其中定子電流初步估計值查附

36、錄a表a1選用截面積相近的銅線：高強度漆包線，并繞根數(shù)，線徑，漆膜厚度，取，故絕緣后直徑,截面積,。設(shè)計定子槽形感應(yīng)電動機的定子槽型最常用的有四種，分別是梨形槽、梯形槽、半開口槽和開口槽。梨形槽和梯形槽是半閉口槽，槽的底部比頂部寬，使齒壁基本上平行。這兩種槽形一般用于功率在100以下，電壓為500以下的感應(yīng)電動機中，因為這些電機通常采用由圓導(dǎo)線繞成的散嵌繞組。采用半閉口槽可以減少鐵心表面損耗和齒內(nèi)脈振損耗，并使有效氣隙長度減小，功率因數(shù)得到改善。梨形槽與梯形槽相比，前者的槽面積利用率較高，沖模壽命較長，而且槽絕緣的彎曲程度較小，不易損傷，所以用得比較廣泛。因定子繞組為圓導(dǎo)線散嵌，故采用梨形槽，

37、齒部平行。本畢業(yè)設(shè)計中初步取，由下式估計定子齒寬： 式（3.10）定子齒距。在中求得，為0.01374m; 鐵心疊壓系數(shù)，（涂漆），（不涂漆），本畢業(yè)設(shè)計中?。ú煌科幔６ㄗ育X磁密，多數(shù)在之間，本畢業(yè)設(shè)計中取1.40t。按下式估計定子軛部計算高度 式（3.11）式中，定子軛部磁密；因軛部磁路較長，體積較大，因此一般取得比略低，以保證合理的鐵心損耗和空載電流。一般在之間。本畢業(yè)設(shè)計中初選。計算極弧系數(shù)，取。一般取槽口寬。為了嵌線方便，應(yīng)比線徑大1.21.6mm。槽口高度。按齒寬和定子軛部計算高度的估算值作出定子槽形如圖3.1，槽形尺寸參考類似產(chǎn)品決定，取，。齒寬計算如下：圖3.1定子槽型圖 齒部

38、基本平行，齒寬（平均值）。槽滿率,槽面積 按表3.4槽絕緣采用dmdm復(fù)合絕緣, ,槽楔為h=2mm層壓板,槽絕緣占面積槽有效面積槽滿率 符合要求 式（3.12） 表3.4 槽絕緣采用復(fù)合絕緣材料電機中心高mm槽絕緣形式及總厚度/mm槽絕緣均勻伸出鐵心二端長度mmdmdmdmd+mdmd80-1120.250.25(0.20+0.05)0.256-7132-1600.300.30(0.25+0.05)7-10180-2800.350.35(0.30+0.05)12-15繞組系數(shù) 其中 每相有效串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)設(shè)計轉(zhuǎn)子槽形與轉(zhuǎn)子繞組按下式預(yù)計轉(zhuǎn)子導(dǎo)條電流: 式（3.13）其中由表3.5查出. 。表3.

39、5 與的關(guān)系0.650.700.750.800.850.900.950.740.770.820.850.900.950.985初步取轉(zhuǎn)子導(dǎo)條電密,于是導(dǎo)條截面積初步取,估算轉(zhuǎn)子齒寬初步取,估算轉(zhuǎn)子軛部計算高度 為獲得較好的起動性能,采用平行槽,作槽形圖如圖3.2所示,取槽口尺寸,。齒壁不平行的槽形的齒寬計算如下: 導(dǎo)條截面積(轉(zhuǎn)子面積)估計端環(huán)電流 式（3.14）端環(huán)所需面積 其中端環(huán)電密，按照工藝要求由所需面積確定端環(huán)內(nèi)外徑及厚度得端環(huán)面積。3.3.2 磁路計算計算滿載電勢初設(shè),由下式,得計算每極磁通初設(shè),由圖3.3查得,由下式得圖3.3 感應(yīng)電機的及曲線 式（3.15）為計算磁路各部分磁密

40、,需先計算磁路中各部分的導(dǎo)磁截面:每極下齒部截面積 定子軛部計算高度轉(zhuǎn)子軛部計算高度軛部導(dǎo)磁面積 一極下空氣隙截面積 式（3.16）磁路計算所選的是通過磁極中心線的閉合回路,該回路上的氣隙磁密是最大值。由此計算極弧系數(shù),此求得波幅系數(shù)。計算氣隙磁密 式（3.17）對應(yīng)氣隙磁密最大值處的定子齒部磁密 轉(zhuǎn)子齒部磁密對應(yīng)上述磁密的磁場強度; 有效氣隙長度 其中氣隙系數(shù)按下式計算 式（3.18） 齒部磁路計算長度按下式計算按下式計算軛部磁路計算長度m 式（3.19）計算氣隙磁壓降 式（3.20）齒部磁壓降 飽和系數(shù)按下式計算 式（3.21）與初設(shè)值相比較,誤差，合格。定子軛部磁密轉(zhuǎn)子軛部磁密對應(yīng)上述磁

41、密強度：計算軛部磁壓降,其中軛部磁位降校正系數(shù)如圖3.4所示。，于是 ，于是圖3.4 4極軛部校正系數(shù)每極磁勢 式（3.22）按下式計算滿載磁化電流 式（3.23）磁化電流標幺值勵磁電抗按下式計算 式（3.24） 式（3.25）3.3.3 參數(shù)計算線圈平均半匝長（如圖3.5所示）定子線圈節(jié)距圖3.5 定子線圈圖其中節(jié)距比 。直線部分長度 其中，是線圈直線部分伸出鐵心的長度，取1030mm，本畢業(yè)設(shè)計中選取0.02m。平均半匝長： 其中是經(jīng)驗系數(shù)，2極取1.16，4、6極取1.2，8極取1.25。端部平均長 計算感應(yīng)電機定子繞組的漏抗為 式（3.26）除以阻抗基值,便可得定子漏抗標幺值 式（3.

42、27）式中,為漏抗系數(shù),等于 式（3.28） 按圖3.6計算定子槽磁導(dǎo)。作為雙層疊繞，節(jié)距漏抗系數(shù)。圖3.6 定子槽的比漏磁導(dǎo)其中；。只在鐵心部分有槽漏抗，因而計算槽漏抗時要乘上；考慮到飽和的影響，定子諧波漏抗計算 其中由，可查表得。雙層線圈端部軸向投影長： 式（3.28）定子端部漏抗： 定子漏抗標幺值 式（3.29） 轉(zhuǎn)子漏抗標幺值的計算與定子漏抗標幺值的計算相似，但要將轉(zhuǎn)子漏抗折算到定子邊。將轉(zhuǎn)子數(shù)據(jù)，代入式中，乘以阻抗折算系數(shù)和除以阻抗基值，便有 轉(zhuǎn)子槽比漏磁導(dǎo)的計算如圖3.7所示圖3.7 轉(zhuǎn)子槽的比漏磁導(dǎo) 其中 ，由查圖3.8得。圖3.8 圓底槽下部比漏磁導(dǎo)轉(zhuǎn)子槽漏抗標幺值 考慮飽和影

43、響的諧波比漏磁導(dǎo)可由下式求出,于是轉(zhuǎn)子諧波漏抗標幺值 式（3.30） 其中由表以及查出。轉(zhuǎn)子繞組端部比漏磁導(dǎo)按下式計算，于轉(zhuǎn)子繞組端部漏抗標幺值 式（3.31） 轉(zhuǎn)子斜槽漏抗按下式計算 式（3.32） 轉(zhuǎn)子漏抗標幺值 式（3.33） 定轉(zhuǎn)子漏抗標幺值之和 式（3.34）定子繞組直流電阻按下式計算 式（3.35）其中為b級絕緣平均工作溫度75°時銅的電阻率。定子繞組相電阻標幺值 有效材料的計算感應(yīng)電機的有效材料是指定子繞組導(dǎo)電材料和定轉(zhuǎn)子鐵心導(dǎo)磁材料，電機的成本主要由有效材料的用量決定。定子銅的重量 式（3.36） 其中c是考慮導(dǎo)線絕緣和引線重量的系數(shù)，漆包圓銅線c=1.05， 是銅的

44、密度。硅鋼片重量 式（3.37） 其中是沖剪余量; 是硅鋼片密度。按下式折算至定子邊便可計算轉(zhuǎn)子電阻的折算值 式（3.38） 其中因考慮鑄鋁轉(zhuǎn)子因疊片不整齊,造成槽面積減小,導(dǎo)條電阻增加,通常取. 其中是b級絕緣平均工作溫度時鋁的電阻率。 定子電流有功分量標幺值按下式計算 式（3.39）轉(zhuǎn)子電流無功分量標幺值按下式計算 其中系數(shù)。定子電流無功分量標幺值按下式計算 式（3.40）滿載電勢標幺值按下式計算 式（3.41）比3.3.2磁路計算第步中選取的初設(shè)值大，誤差： 由下式計算空載電勢標幺值 式（3.42）假定飽和系數(shù)不變，波幅系數(shù)不變，于是空載時定子齒部磁密及磁場強度； 空載時轉(zhuǎn)子齒部磁密及磁

45、場強度； 空載時定子軛部磁密及磁場強度； 空載時轉(zhuǎn)子軛部磁密及磁場強度； 空載氣隙磁密 空載時定子齒部磁壓降 空載時轉(zhuǎn)子齒部磁壓降 空載時定子軛部磁壓降，此時 空載時轉(zhuǎn)子軛部磁壓降，此時 空載時氣隙磁壓降 空載時每極磁勢 式（3.43）空載磁化電流 式（3.44）感應(yīng)電機的空載電流可認為近似等于空載磁化電流。3.3.4 工作性能計算由下式計算定子電流標幺值 式（3.44） 定子電流密度 定子線負荷 轉(zhuǎn)子電流標么值 導(dǎo)條電流實際值： 端環(huán)電流實際值 轉(zhuǎn)子電流密度導(dǎo)條電密 端環(huán)電密 定子銅損耗的標幺值 轉(zhuǎn)子鋁損耗的標幺值 負載時的附加損耗按規(guī)定4極時取 機械損耗按下式計算 式（3.45） 先計算基

46、本鐵耗，再乘以經(jīng)驗系數(shù)就得全部鐵損耗。定子軛部鐵耗由下式計算： 式（3.46）式中 按經(jīng)驗取為2；軛部重量： 是軛部鐵損耗系數(shù)，根據(jù)查表得。定子齒部鐵耗其中由查表得于是全部鐵損耗 總損耗標幺值 式（3.47） 輸入功率標幺值 誤差=效率的假設(shè)值太低，再次假設(shè)，取，重新計算有關(guān)名項：修正后的漏抗計算：1）2）3）4）, 比初設(shè)值大誤差。修正后的電流計算：5）, 6）7）8）9）10）11）修正后的損耗計算：12）。13）14）功率因數(shù) 額定轉(zhuǎn)差率由下式計算 其中 額定轉(zhuǎn)速 最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)按下式計算 式（3.48）3.3.5 起動性能計算按照下式假設(shè)起動電流 式（3.49）起動時產(chǎn)生漏磁的定轉(zhuǎn)子槽磁勢平均值由下式計算 式（3.50） 由此磁勢產(chǎn)生的虛擬磁密按下式計算 式（3.51）其中修正系數(shù)起動時漏抗飽和系數(shù)可由圖3.9查出圖3.9 和的關(guān)系曲線漏磁路飽和引起的定子齒頂寬度的減小。起動時轉(zhuǎn)子槽比漏磁導(dǎo)按下式計算式（3.52）其中起動時定子槽漏抗 按下式計算起動定子諧波漏抗 式（3.53） 式