[优秀毕业设计精品]三相单鼠笼异步电动机的设计.doc

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1、+专科毕业设计（论文）三相单鼠笼异步电动机的设计学生姓名： 学生学号： 院 （系）： 电气信息工程学院 年级专业： 03级应用电子技术 指导教师： 讲师 二六年五月摘 要设计一台电机时,必须确定许多尺寸,但其中起主要与决定作用的是电机的主要尺寸。主要尺寸确定后，其它尺寸也就可以大体确定。电机的工作特性和运行可靠性也都和主要尺寸以及它们的比值有密切关系。当绕组中通过电流，在电机的有效部分、端部及部分零件中就激发了磁场。为了简化物理图象及电磁计算，把电机中的磁场部分为主磁场及漏磁场。磁路计算的目的在于确定产生主磁场所必须的磁化力，并进而计算励磁电流以及电机的空载特性。电阻、电抗是电机的重要参数。电

2、阻的大小不仅影响电机的经济性，并且与电机的运行性能亦有极密切的关系。绕组电抗的大小亦对所设计的经济性及运行性能有很大的影响。因此正确选定及计算这些参数是极其重要的。在主要尺寸、气隙以及定转子绕组和铁心设计好以后，就要进行工作性能的计算和起动性能的计算。三相单鼠笼异步电动机的起动性能主要是指起动转矩和起动电流对相应额定值的倍数。三相单鼠笼异步电动机的起动特性则由电机的参数决定。关键词 ：电动机 ,电磁路参数，工作性能，起动性能ABSTRACTMuch dimensionss have to be fixd when designing an electrical machinery , yet

3、what in it takes chiefly together with resolves the action is the main dimensions of electrical machinery .The main dimensions is fixd queen ，Else dimensions also may be fixd on the whole .Electrical machinery work property and the operation dependability also wholly possess the intimate relationshi

4、p with main dimensions along with their ratio .By means of the electric current coil in ，Electrical machinery significant part is living 、Stimulate magnetic field in butt and the part of spare parts .For the sake of simplification physics image and electromagnetism calculation ，Partly give priority

5、to that the magnetic field reaches by mistake magnetic field in the electrical machinery to .The magnetic route calculation aim rests with certainly comes into being the bureau in primary magnetic field have to magnetization force ，Advance side by side but calculation excitationelectric current alon

6、g with electricalmachinery idling performance . Resistance、The reactance is the significant parameter of electrical machinery .The size of resistance not merely affects the electrical machinery economy ，Moreover operational performance against the electrical machinery too possess the exceedingly int

7、imate relationship.The coil reactance size too possess the very great effect to design economy and operational performance .Hence it is the most significant correctly to fix calculation these parameters . He main dimensions is living 、After air gap along with fix rotor winding and the core is design

8、ed to be in good health ，Will do performance calculation and starts performance calculation.It chiefly is starting torque and the minimum running current multiple to the relevant nominal value that three-phase list asynchronous electric motor of squirrel cage starts the performance .Three-phase list

9、 asynchronous electric motor of squirrel cage starting characteristic the parameter resolution through the electrical machinery .Keywords Electric motor , The electromagnetism route parameter ，Work performance ，Start performance 目 录摘要ABSTRACT1绪论12异步电机在国内外的发展状况2 2.1异步电机在国内的发展状况2 2.2异步电机在国外的发展状况33三相单鼠

10、笼异步电动机电磁计算5 3.1额定数据及主要尺寸53.1.1参数的选择53.1.2电机的主要尺寸53.1.3定子绕组的计算83.1.4定子槽形的计算93.1.5转子绕组的计算10 3.2磁路计算12 3.3参数计算153.3.1线圈长度的计算153.3.2电机定子绕组漏抗的计算163.3.3电机转子绕组漏抗的计算183.3.4有效材料计算193.3.5空载特性20 3.4工作性能计算213.4.1电负荷计算223.4.2电机损耗计算223.4.3主要性能计算24 3.5 起动性能计算243.5.1起动时定子参数253.5.2起动时转子参数263.5.3起动参数确定28结论29参考文献30致谢3

11、11 绪 论随着四个现代化的发展，工业生产的自动化程度提高，还需要大量各种各样具有高性能的控制电机作为自动化系统的控制元件或执行元件。在生活各个行业中，电机的应用也越来越广泛。电机是各个行业生产过程及日常生活中普遍使用的基础设备，它是进行电能量和机械能量转换的主要器件。它在现代工业、现代农业、现代国防、交通运输、科学技术、信息传输和日常生活中都得到最广泛的应用。随着电机设计的日益成熟，以及冷却方式、材料和制造工艺的改进，作为电力生产和使用的主要设备，起单机容量呈现增大的趋势。随着单机容量的增大，电机对人们的日常生活、社会经济活动的影响作用日益增大，人们对电机的安全、可靠和经济运行提出了越来越高

12、的要求。对电机运行行为的研究已逐步成为电机学科领域里的重要课题。随着电气化和自动化程度的不断提高，异步电动机将占有越来越重要的地位。而随着电力电子技术的不断发展，由异步电动机构成的电力拖动系统也将得到越来越广泛的应用。异步电动机与其它类型电机相比，之所以能得到广泛的应用是因为它具有结构简单、制造容易、运行可靠、效率较高、成本较低和坚固耐用等优点。众所周知，电机单机容量的增加，主要是通过大幅度提高电机电磁负荷和改善冷却条件来实现的。随着现代计算机技术的迅猛发展和新型计算机技术的不断涌现，应用现代电磁场数值计算方法解决电机运行中存在的一系列重要理论和技术难题已成为可能。现代电磁场数值技术的出现已有

13、30多年的历史，现已逐步发展成为一个独立的学科分支。该学科分支之所以能够迅速发展，主要基于以下两个重要事实：一方面是电磁场数值计算能从定量角度解决经典电磁学所无法解决的电机内部复杂电磁场计算问题，在对实际问题的计算上可以得到相当高精度的解，能为提高和改善电机运行性能提供重要的理论参考依据，从而满足实际工程应用的需要；另一方面，随着计算机技术迅速发展、应用与普及，应用现代物理场数值计算方法可以仿真电机的性能，缩短研制周期，减少试制成本。2 异步电机在国内外的发展状况2.1异步电机在国内的发展状况随着我国改革开放的进一步深入以及WTO的加入，我国小功率电机又迎来了一个全新的发展阶段，这一阶段大量的

14、外资企业进入我国，在为我们带来先进的管理经验的同时也带来了先进的技术和生产设备。国内企业借机吸收引进国外先进的技术，投入大量资金进行技术改造，引进不少先进制造设备和测试设备，大大提升了国内小功率电机行业的技术水平。随着CAD/CAM等软件进行计算机辅助设计、辅助制造技术的大量应用以及以计算机控制的柔性制造系统、主体仓库、机器人进行装配等的组合，由计算机控制材料、部件的供应管理达到全厂高效率、高质量的全自动化均衡生产的实现，产品研发和生产周期大大缩短，制造成本显著降低；电子计算机和电力电子技术的发展使小功率电机产品进入了一个新时期，交流变频调速已经逐步取代直流电机调速，逆变器与异步电机结合一体，

15、有标准的电机安装尺寸、调速比101的逆变器电动机已经工业化生产，有程序控制功能的智能电动机、开关磁阻电动机等已经应用于各个领域，显示出显著的技术优势，无刷直流电动机、盘式永磁直流电动机、薄型稳速电动机等产品也以较高速度发展；再加上新型稀土磁钢的使用，使小功率电机本机制作体积越来越小；再则电机与整体结构一体化技术的引入进一步缩小了体积，简化了结构，提高了系统精度和可靠性，集电子技术、微电子技术、传感器技术于一体的小功率电机不仅可实现多功能，而且可借助计算机记忆、运算、处理功能提高电机控制精度和灵敏度，成为智能化产品。所有这些新材料、新技术的应用都不断促使小功率电机日益朝着薄型化、智能化和机电一体

16、化方向发展。 据统计，我国电机耗电占全国耗电量的60%以上，其中小型三相异步电机耗电约占35%，中国各类电动机的装机容量已超过4亿kW，其中异步电动机约占90%，中小型电动机约占80%，拖动风机水泵及压缩机类机械的电动机约1.3亿kW。所以在我国开发推广高效电机是提高能源利用率的重要措施之一，也符合国际发展趋势。我国目前已具备了生产高效电机的技术条件，但由于市场条件不够成熟，产量和市场容量都较小。1999年高效电机国内市场占有率仅2%，2000年为4.7%；2001年也只有6.5%，其中70%以上为出口。异步电机的种类：(1) Y(IP44)系列异步电动机 电动机容量从0.55200kW，B级

17、绝缘，防护等级IP44，达到国际电工委员会(IEC)标准，产品达到20世纪70年代末国际水平，全系列加权平均效率比JO2系列提高0.43%，年产量约2000万kW。(2) Yx系列高效电动该类电机由上海电器科学研究所组织电机行业研制成功，容量1.590kW，有2，4，6等3种极数。全系列电动机效率平均比Y(IP44)系列高3%左右，接近国际先进水平。适用于单方向运行，年工作时间在3000h以上。负载率大于50%的场合，节电效果显著。该系列电动机产量不高，年产量约1万kW。 近十多年来，国家致力于推广电动机调速技术，各行各业都在一定程度上采用了电动机调速。据石油、电力、建材、钢铁、有色、煤炭、化

18、工、造纸、纺织等部门最近对企业抽样调查结果，石油、建材、化工行业电动机调速应用较好。在目前4亿kW的电机负载中，约有50%是负载变动的，其中的30%可以通过电机调速解决其负载变动问题。因此仅就目前的市场容量考虑，约有6000万kW的调速电机市场。国家已明令不再生产JO2系列异步电机，“九五”期间将生产Y系列、Yx系列及其它通用或专用高效节能电动机约1.5亿kW(未包括更换现有JO2型用的新型电动机)。估计2000年和2010年Y和Yx系列电机的市场占有率将分别达到50%，90%和10%，30%左右。由高效电机替代JO2电机所形成的节电量将分别为，114亿kWh和366亿kWh。2.2 异步电机

19、在国外的发展状况 欧洲市场的中国电机销售主要以小型电机为主，功率最大是100多千瓦，最小功率甚至还不到1千瓦，而大型电机还是一个空缺。欧洲市场对电机效率的标准要求高于西亚，东南亚而低于美国，不但适合于我国企业生产和出口，而且在合理和有序开发的前提下还能保证出口企业获得适当的利润，同时该市场多以欧元结算，在目前欧元坚挺的情况下应该是出口企业首选的开发目标。取得了一定的成效。这些节能产品主要分成两大类：一类是提高电动机效率的高效电动机，另一类是调速电动机。调速电动机的代表产品根据其调速方式可以划分为：(1) 变极调速电机 主要产品有已批量生产的YD(90.45160kW)，YDT(0.17160k

20、W)，YDB(0.3582kW)，YD(0.224kW)，YDFW(6304000kW)等8个系列产品，达到国际平均应用水平。(2) 电磁滑差调速电机 国外已批量生产YCT(0.5590kW)，YCT2(15250kW)，YCTD(0.5590kW)，YCTE(5.5630kW)，YCTJ(0.5515kW)等8个系列产品，达到国际平均应用水平，其中YCTE系列的技术水平最高，最有发展前途。(3) 变频调速电机 主要用于风机、水泵、压缩机等负载变化较大场合和精密机械等需要过程控制的场合。 高效电机 以Y系列交流异步电动机替代JO2型电机基本不受机型限制，因此，所有应用交流异步电动机的场合都可以

21、用Y系列电机取代JO2系列电机。Yx系列电机的市场潜力受到其容量的制约。原则上，90kW以下的交流异步电动机可以由Yx系列的高效电机取代。90kW以下的交流异步电动机装机容量约占交流异步电动机总量的30%左右。3 三相单鼠笼异步电动机电磁计算3.1 额定数据及主要尺寸3.1.1参数的选择通过给出的已知参数、查找资料和对任务书的要求选定了以下的参数来作为我的三相单鼠笼异步电动机设计。1） 额定功率PN =55KW2）额定电压（接）3）功电流IKW =A=48A4）效率按照技术条件规定取=925） 功率因数cos按照技术条件规定取cos=0.876）极对数p=37）定转子糟数每极每相糟数取整数.参

22、考类似规格电机取q1=2,则Z1=2m1pq1= =72.选Z2=58,并采用转子斜槽。8）定转子每极槽数 ZP1= = =12; ZP2= = = 9.73.1.2电机的主要尺寸设计一台电机时,必须确定许多尺寸,但其中起主要与决定作用的是电机的主要尺寸。主要尺寸确定后，其它尺寸也就可以大体确定。电机的工作特性和运行可靠性也都和主要尺寸以及它们的比值有密切关系。所以确定主要尺寸是电机设计的第一步。1）由经验公式可得满载电动势=0.01080.013P0.931=0.0108110.01320.931=0.9312）功率=0.931=W表3.1中小型电动机气隙磁密 （单位：T）极对数电机系列12

23、3、4备注Y（IP44）0.550.660.600.740.620.79防护式的比封闭式的可增加百分之15JO20.500.630.550.750.600.70JR、JR-0.650.830.600.79 初选=0.68，=1.10，=0.96，取=32500，由表3.1取=0.7T，假设=980，于是由 3）V=()()()=0.0243 表3.2三相电动机主要尺寸比 值的范围 （铁心长度/极距的比值）极对数电机系列1234Y9（IP44）0.530.971.021.901.262.701.552.75J20.440.630.821.201.301.801.722.40JO20.54-0.8

24、40.931.701.402.401.903.00JS、JR0.400.600.601.200.82.00.82.1Y、YR0.701.10_ 又表3.2取=2，代入式4）= =0.0897m 表3.3三相电动机Di1/D1值 （定子内径/定子外径的比值）极对数电机系列12345Y（IP44）0.560.640.690.69-JJO20.570.640.6750.6750.75JS、JR0.540.630.690.770.680.78Y、YR0.50- 再又表3.3,按定子内外径比求出定子冲片外径 5）=0.13m据标准直径最后确定=0.13m。于是=铁心的有效长度 6）=m=0.26m取铁心

25、长=0.26 m。(按生产要求，铁心长通常采用5mm进位)7）气隙的确定电机的定子内径与转子的外径之间存在着一定的间隙，我们称之为气隙。=0.3（0.4+）=0.3（0.4+）0.65m于是铁心有效长度 =+2=0.26+20.0005=0.0.261m转子外径=2=0.443m转子内径先按转轴直径决定（以后再校验转子轭部磁密）：=0.327m。8）极距=0.0471m9）定子齿距=0.0039m 转子齿距=0.024m10）节距1至11, 一般取1111）为了削弱齿皆波磁场的影响，转子采用斜槽，一般斜一个定子齿距，于是转子斜槽宽=0.0145m。3.1.3定子绕组的计算1） 每相串联导体数

26、=510取并联支路=1，可得每槽导体数 =21.25取=21，于是每线圈匝数为21。2）每相串联导体数=504每相串联匝数=2523）绕组线规设计初选定子电密=5.0，计算导线并绕根数和每根导体截面积的乘积。 =2.61其中定子电流初步估算值 =59A选用截面积相近的铜线：高强度漆包线，并绕根数=2，线径=1.3mm，绝缘后直径d=1.38mm，截面积=1.327，=2.654。3.1.4定子槽型的计算 1) 因定子绕组圆导线散嵌，故采用梨型槽，齿簿平行，初步取=1.4T，估计定子齿宽 =0.002062）初步取=1.25T，估计定子轭部计算高度 图3.1 定子槽形尺寸3）按齿宽和定子轭部计算

27、高度的估算值作出定子槽型如图3.1，槽口尺寸参考类似产品决定，取=3.8，=0.8。齿宽计算如下： 齿部基本平行，齿宽0.00745（平均值） 4） 槽面积 槽绝缘采用DMDM复合绝缘，槽楔为压层板，槽绝缘占面积5） 槽有效面积 6） 槽满率 （符合要求）7） 绕组系数 其中 = 8） 每相有效串联导体数 3.1.5转子绕组的计算1）设计转子槽形与转子绕组 转子导条电流： 2）初步取转子导条电密，于是导条截面积 3）初步取 估算转子齿宽 4）初步取 ，估算转子轭部计算高度 Hj2=0.148 图3.2转子槽形尺寸为获得较好的起动性能，采用平行槽，作槽形图3.2所示，取槽口尺寸 5） 齿壁不平行

28、的槽形的齿宽计算如下： 6） 导条截面积（转子糟面积） 7）估计端环电流 8）端环所需面积 其中 端环电密。3.2 磁路计算当绕组中通过电流，在电机的有效部分、端部及部分零件中就激发了磁场。为了简化物理图象及电磁计算，把电机中的磁场部分为主磁场及漏磁场。磁路计算的目的在于确定产生主磁场所必须的磁化力，并进而计算励磁电流以及电机的空载特性。1）计算满载电势初设，得 2）计算每极磁通 图3.3 电机的及曲线3） 初设，由图3.3查得，所以有 为计算磁路各部分磁密，需先计算磁路中各部分的导磁截面：4） 每极下齿部截面积 5） 定子轭部计算高度由式 6） 转子轭部计算高度由式 7） 轭部导磁截面积 8

29、） 一极下空气隙截面积 9） 磁路计算所选的是通过磁极中心线的闭合回路，该回路的气隙磁密是最大值。由图3.3先找出计算极弧系数=0.84，由此求得波幅系数 10） 气隙磁密的计算 11） 对应与气隙磁密最大值的定子齿部磁密 12） 转子齿部磁密 13） D23磁化曲线中找出对应上述磁密的磁场强度 14） 有效气隙长度 15） 气隙系数的计算 16） 齿部磁路计算长度 17） 计算轭部磁路长度 18） 计算气隙磁压降 19） 齿部磁压降 20） 饱和系数计算 与初值相比=1.20相比较，误差%太大。21） 定子轭部磁密 22） 转子轭部磁密 23） D23磁化曲线找出对应上述磁密的磁场强度：；

30、24） 计算轭部磁压降，其中轭部磁位降矫正系数; ,于是 ,于是 25） 每极磁势 26） 满载磁化电流27） 磁化电流标幺值 28） 磁力电抗计算 工厂设计计算时，往往采用近似值的计算方法 : 可见误差不太大, 但却简单得多。3.3 参数计算电阻、电抗是电机的重要参数。电阻的大小不仅影响电机的经济性，并且与电机的运行性能亦有极密切的关系。绕组电抗的大小亦对所设计的经济性及运行性能有很大的影响。因此正确选定及计算这些参数是极其重要的。3.3.1线圈长度计算1) 线圈平均半匝长定子线圈截距,其中节距比是平均值。直线部分长度其中 是线圈直线部分伸出铁心的长度，取1030mm, 机座大、极数少者取较

31、大值.平均半匝长 式中是经验系数，2极取1.16,4、6极取1.2,8及取1.25。2) 端部平均长 图3.4 线圈尺寸3.3.2电机定子绕组漏抗计算1)电机定子绕组的漏抗为 阻抗除以基值,便可得定子漏抗标幺值 式中，为漏抗系数，等于2) 定子糟比漏磁导。因为是单层绕组，整踞，节距漏抗系数其中 ，因，3) 只在铁心部分有槽漏抗，因而计算槽漏抗时要乘上：4) 考虑到饱和的影响，定子谐波漏抗计算：=其中, ,得 ,。5) 单层交叉式绕组的端部漏抗与分组的单层同心式绕组的相近，得6) 定子漏抗标幺值7)定子绕组直流电阻的计算8) 定子绕组相电阻标幺值 3.3.3电机转子绕组漏抗的计算1) 转子漏抗标

32、幺值的计算与定子漏抗标幺值的计算相似，但要将转子漏抗折算到定子边。将转子数据,带入式，乘以阻抗折算系数和除以阻抗基值，便有 2) 转子糟比漏磁导的计算 其中 ，由， 3) 转子槽漏抗标幺值4) 考虑饱和影响的谐波比漏磁导,于是转子谐波漏抗标幺值其中 查得5) 转子绕组端部比漏磁导的计算，于是转子绕组端部漏抗标幺值6) 转子斜糟漏抗的计算7) 转子漏抗标幺值8) 定转子漏抗标幺值之和其中 为B级绝缘平均工作温度75C时铜的电阻率。3.3.4有效材料的计算1) 单鼠笼异步电动机的有效材料是指定子绕组导电材料和定转子铁心导磁材料，电机的成本主要由有效材料的用量决定。定子铜的重量。 其中, 是考虑导线

33、绝缘和引线重量的系数，漆包圆铜线；是铜的密度。2) 硅钢片重量 其中 是冲剪余量； ，是硅钢片密度。3) 转子电阻的折算值 其中 是考虑铸铝转子因叠片不整齐，造成槽面积减小，导条电阻增加，通常取。 其中 是B级绝缘平均工作温度75时铝的电阻率。 4) 定子电流有功分量标幺值的计算 5) 转子电流无功分量标幺值的计算 其中系数6) 定子电流无功分量标幺值的计算 7) 满载电势标幺值的计算 3.3.5空载特性 1) 计算空载电势标幺值 2) 假定饱和系数不变，波幅系数不变，于是空载时定子齿部磁密及磁场强度 ；3) 空载时转子齿部磁密及磁场强度 ; 4) 空载时定子轭部磁密及磁场强度 ；5) 空载时

34、转子轭部磁密及磁场强度；6) 空载气隙磁密7) 空载时定子齿部磁压降 8) 空载时转子齿部磁压降 9) 空载时定子轭部磁压降 此时 10) 空载时转子轭部磁压降 此时 11) 空载时气隙磁压降 12) 空载时每级磁势 13) 空载磁化电流 单鼠笼异步电机的空载电流可认为近似等于空载磁化电流。单鼠笼异步电动机从空载到额定负载，感应电势变化不大，不必计算整条空载特性曲线，只要计算额定负载和空载两种状态下的磁化电流就可以了。3.4 工作性能计算在主要尺寸、气隙以及定转子绕组和铁心设计好以后，就要进行工作性能的计算和起动性能的计算，以便与设计任务书或技术条件中规定的性能指标相比较，好对设计进行必要的调

35、整。3.4.1电负荷计算1) 定子电流标幺值 2) 定子电流密度 3) 定子线负荷 4) 转子电流标幺值 5) 导条电流实际值 6) 端环电流实际值7) 转子电流密度 导条电密 端环电密 3.4.2电机损耗计算 电机运行时所产生的损耗大小直接影响电机的工作效率。效率是电机的一个重要指标，损耗的大小将会影响到电机本身的价值和带给人们的经济效益。所以在设计一台电机时要考虑如何能把这个损耗降到最底，电机的损耗大小与所选择的电磁负荷有很大的关系，为了降低损耗，就得选取较底的嗲次负荷以及电流密度等。1) 定子铜损耗的标幺值 2) 转子铝损耗的标幺值 3) 负载时的附加损耗按规定3极时取 4) 机械损耗可

36、参考同类型相近规格电机由空载实验分析计算得出的数据。如无数据参考，则可按以下计算 5) 铁损耗先计算基本铁耗，再乘以以经验系数就得到全部铁损耗。 式中 按经验值取为2； 6) 轭部重量是轭部铁损耗系数，根据 得。7) 定子齿部铁耗的计算 式中,对于半闭口糟按经验值取为2.5 8) 齿部重量是齿部铁损耗系数,根据得9) 全部铁损耗 10) 计算总损耗标幺值 3.4.3主要性能计算确定1) 输入功率标幺值 2) 则 误差=0.5效率的假设值太底,再次假设,取,3) 功率因数 4) 额定转差率的计算 式中 5) 额定转速 6) 最大转矩倍数的计算 3.5 起动性能计算三相单鼠笼异步电动机的起动性能主要是指起动转矩和起动电流对相应额定值的倍数。单鼠笼异步电动机的起动特性则由电机的参数决定。三相单鼠笼异步电动机起动时有两个显著特点：一是起动电流很大，这使定转子的磁漏路高度饱和；二是转子电流频率等于电源频率，比正常运行时高很多；使转子导条中的电流产生集肤现象。3.5.1起动时定子参数1) 假设启动电流 2) 起动时产生磁漏的定转子糟磁势平均值的计算 表3.4Kz与cos的关系0.650.700.750.800.850.90 0.95Kz0.740.770.820.860