【优秀word论文】y180m-222kw三相鼠笼式异步电动机设计

学士学位论文THESISOFBACHELOR20032007年题目Y180M222KW三相鼠笼式异步电动机设计本科生毕业设计任务书（工科及部分理科专业使用）题目Y180M222KW三相鼠笼式异步电动机设计题目来源省部级以上校级横向自选题目性质理论研究应用与理论结合研究实际应用研究说明1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。一、毕业设计的要求和内容（包括原始数据、技术要求、工作要求）1、原始数据型号Y额定功率2NPKW额定电压额定转速VUN38050/MINNNR额定频率HZF52、主要性能指标效率功率因数最大转矩倍8COS089数2MNT倍起动转矩倍数起动电流倍数2STNT倍倍7NSTI3、设计中选用的基值电压基准值V为电动机额定相电压380U功率基准值22KW为电动机额定功率NP电流基准值为电动机每相的功电流KWI120198253NKWPIAMU阻抗基准值22138096NKWUMZI转矩基准值为电动机额定转矩T25073NPTNMNA4、设计指标要求效率计算值，修改值05饱和系数1TFFT修改值，F计算值，满载电势标么值051L（1L）修改值，（1L）计算值起动电流倍数IST修改值，IST计算值013STI5、电磁设计中若干参数的选择及经验数据槽满率SF7580槽绝缘厚采用聚脂薄膜和聚脂无纺布复合材料（DMD，DMDM和DMDM）H80H112CI025MMH132H160CI03（MM）H180H280CI035（MM）槽楔厚H槽楔采用新型软槽楔和3240环氧玻璃布压板，计算时厚度H2MM叠压系数H80H160定子冲片不涂漆时095H180H280定子冲片涂漆时092冲剪余量05CM转子斜槽为一个定子齿距定子绕组型式H160及以下全部采用单层软绕组；H180及以上采用双层迭绕组硅钢片材料采用D23硅钢片，导电材料定子绕组采用QZ2型高强度聚脂漆包圆铜线；转子铸铝，采用AL1；线径为06310MM时，漆膜双面厚度计算时取006MM线径为1016MM时，漆膜双面厚度计算时取008MM设计时杂散损耗假定值6、设计要求复算原设计方案；上机设计三个方案在原复算方案的基础上节省材料；在原复算方案的基础上提高性能；在原复算方案的基础上既节省材料，又提高性能；将最好的一个方案的全部设计步骤、计算过程写出来（要有文档、电子版本及幻灯片）；将三个方案进行比较，并用已学过的理论进行分析。二、毕业设计图纸内容及张数1、三相异步电动机总装备图1张2、定子冲片图1张3、转子装备图1张4、绕组联接图（只画一相）1张三、毕业设计实物内容及要求四、毕业设计进度计划序号各阶段工作内容起讫日期备注1查阅资料，写开题报告326462复算原设计方案494273设计调试三个新方案4305111省材料2提高性能3最优化4AUTOCAD绘图5145185查阅外文资料；整理毕业论文521686毕业答辩611615五、主要参考资料1小型三相异步电动机技术手册，季杏法主编，机械工业出版社2电机学，戴文进等编著，航空工业出版社3电机设计，陈世坤主编，机械工业出版社4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六、毕业设计进度表（本表每两周由学生填写一次，交指导教师签署审查意见）第一、二周（月日至月日）学生主要工作指导教师审查意见年月日第三、四周（月日至月日）学生主要工作指导教师审查意见年月日第五、六周（月日至月日）学生主要工作指导教师审查意见年月日第七、八周（月日至月日）学生主要工作指导教师审查意见年月日第九、十周（月日至月日）学生主要工作指导教师审查意见年月日第十一、十二周（月日至月日）学生主要工作指导教师审查意见年月日七、其他（学生提交）1开题报告1份2外文资料译文1份（2000字以上，并附资料原文）3论文1份（8000字以上）指导教师学科组负责人学生开始执行任务书日期学生姓名送交毕业设计日期毕业设计（论文）开题报告题目Y180M222KW三相鼠笼式异步电动机设计学院信息工程学院系电气与自动化专业电气工程及其自动化班级电机与电器033班学号6101103244姓名方榕指导教师胡泳芬填表日期2007年4月6日一、选题的依据及意义21世纪的世界潜伏着严重的能源危机，能源短缺的后果极其严重，它可能导致能源危机和引发经济危机。20世纪八十年代以来，随着改革开放带来的经济高速发展，我国能源需求显著增加，能源供应的增长速度难以满足迅速增长的需求，单位产值能耗居高不下，能源短缺日益明显。为改变这种局面，降低能耗，国家能源法已明确规定“能源节约与能源开发并举，把能源节约放在首位的方针”。虽然经济增长对能源、电力依赖关系的规律在一定时期内不会逆转，能源消费增长快于人口增长、电力消费增长快于能源增长的趋势仍将长期持续下去。发电机把机械能转化为电能，电动机把电能转化为机械能。发电机生产的电能有一半以上是通过电动机转变为机械能后方才加以利用。电动机作为各种用途的生产机械的动力元件，功率从几瓦到几万千瓦，每分钟转速从几十到几千转，应用十分广泛。电动机主要分同步电动机、异步电动机与直流电动机三种，分别应用于不同的场合，而其中又以三相异步电动机的使用最为广泛。在工业、农业、交通运输、国防军事设备及日常生活中，广泛地应用着电机传动。过去直流电动机调速系统在传动领域中一直占统治地位，但因其机械接触式换向器不但结构复杂，制造费时，而且在运行中容易产生火花，以及换向器的机械强度不高，电刷易于磨损等问题的存在，在运行中需要经常性的维护检修，另外，对环境的要求也比较高，不能适用于化工、矿山等周围环境中有粉尘、腐蚀性气体和易燃、易爆气体的场合。特别是由于换向问题的存在，直流电动机无法做成高速大容量的机组，容量较大的直流电机往往要做成双电枢式，远远不能适应现代生产向高速大容量化发展的要求。因此交流电机在现代工业中所起的作用不言而喻，也是我们研究和发展的重点。近年来，空气压缩机、大型鼓风机、电动发电机组等一些对调速没有要求的大功率生产机械越来越倾向于应用功率因数高的同步电动机，但同步电动机无法满足大多数生产机械对调速的要求，所以异步电动机在当今绝大多数领域中得到应用。据统计，全世界每年发电量的7080消耗在各种类型的电机上，其中055100KW的中小型异步电动机的用电量占全国总发电量的40左右。尤其在某些工业部门中，异步电动机应用极广，例如在纺织工业中，异步电动机的用电量占998，此外，在综合性中小工业和大型机械加工工业中，异步电动机也应用得最为频繁3。除此之外，特殊的工业和科研领域不断对电机性能提出了特殊的要求，如转数在10万转以上的高频高速电机，高精度小步长的步进电机等，都对电机制造行业的不断发展提出了更高的要求。交流异步电动机按转子结构分绕线式异步电动机和鼠笼式异步电动机1。交流异步电动机，尤其是鼠笼式电动机，由于结构简单，制造方便，价格低廉，而且坚固耐用4，运行效率较高和具有适用的工作特性，惯量小，运行可靠，很少需要维护，可在恶劣环境正常工作等优点，在工农业生产和民用电器中得到了极广泛的应用，特别是作为矿山机械的驱动设备，正发挥着越来越重要的作用。因此，我们在通过电机专业课程的学习已基本掌握电机学、电机设计和电机优化设计等课程的知识，对电机理论有较好的理解的前提下，在毕业设计中选择选择三相异步电动机设计的课程既是对所学专业知识的巩固和检验，也是未来实践的必然要求。二、国内外研究现状及发展趋势（含文献综述）提高国内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6。国内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5。对电机进行细微的失效机理分析，采用新的设计方案、新的原材料及加工工艺是提高电机可靠性和经济指标的根本途径。已有研究表明，世界发电量的6070是通过各种电动机消耗的。随着机电行业及铁心制造工艺的进步，尤其是节约能源的需要，要求电机产品向小型化、高精度化方向发展，美国早在二十世纪70年代就对变压器和机电产品推行了“损耗评价制度”，并以此作为评价电器产品质量和制定价格的依据；80年代末，49KW的小电动机已有1/3是高效率电动机；90年代初通过颁布能源政策和法令明文规定，自1997年10月24日起，在美国不允许生产和使用一般效率的电动机，与此同时，日本为了节约资源制定了“月光计划”，使电动机效率也都在开发和使用高效率电动机。让人稍感乐观的是，近年来我国已开始研究、设计、生产高效率电动机。随着我国加入WTO及机电行业产业结构和产品结构的调整，高效率电动机将成为市场需求的主导产品。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9598，小容量电机一般为8092。所谓高效率电动机，只有一个定性的概念，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23，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289。在对异步电动机的研究方面，于2003年提出的通过利用三相异步电动机的额定数据对其参数进行分离的方法，所得到的参数是唯一确定的。这对于准确测定三相异步电动机的参数具有特别重要的意义8。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。为提高电动机的品质，必须采取措施削弱电磁噪声7。一些特种电动机也有很大的发展，如变频调速异步电动机。变频调速异步电动机运行可靠，无需维护，具有高效的驱动性能和良好的控制特性，还可以节约大量电能，有良好的发展前景。目前，在美国市场有近50的调速电动机为变频调速电动机，其市场份额还有上升趋势。在国内市场上，变频散关系调速异步电动机的应用也呈现出强劲的上升势头。因此，开发设计专用的变频调速异步电动机具有很好的发展前景10。随着电子计算机的不断发展，特别是小型和微型电子计算机在我国的迅速普及和应用，采用计算机进行机电产品或其他一些产品的设计工作己成为一种必然的发展趋势，计算机辅助设计，简称CADCOMPUTERAIDEDDESIGN正在逐步受到人们的重视，并且日益完善。出于生产技术和科学研究的进一步发展，对电机产品的设计和制造提出了更高的要求。人们希望电机产品具备更高的技术经济指标，以更少的材料和能量消耗得到更加可靠、优良的质量。这就要求电机产品的设计从传统的，以经验设计为主的较粗糙的手工计算，逐步转入以计算机计算为主的比较精密的科学计算。电子计算机不仅作为高速运算工具来代替繁杂的手工计算，而且可以发挥其存储和逻辑判断功能，使人们有条件提出更加符合实际的数学模型，改进现有的设计计算公式。在另一方面，随着经济的发展和新技术的开发，要求电机产品的新品种新要求也不断增多，以满足各种不同的需要。为了迅速更新电机产品，缩短设计周期，也迫切要求电机设计工作从手工计算中解放出来。采用计算机辅助电机设计后，可以使设计周期大大缩短设计质量大为提高。产品的技术经济指标也有很大改善。在计算机迅猛发展的同时。数学领域中的应用数学理论、运筹学、数学规划和计算方法等也得到了迅速的发展，尤其是最优化方法这一领域更得到数学家们的青睐。从1965年以来国际上有大量的专门性论文陆续发表，最优化理论和方法的专著达数百种，并且发行了专门性的最优化刊物。毫无疑问，计算数学和计算技术的迅速发展必将给电机的计算机辅助设计和优化工作带来新的活力和促进2。三、本课题研究内容中小型三相感应电动机电磁计算程序是根据技术条件或技术任务书（技术建议书）的规定，参照生产实践经验，通过计算和方案比较，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。其主要内容包括以下四个步骤，分别是A额定数据及主要尺寸的计算；B磁路计算；C参数计算；D起动计算。四、本课题研究方案在核算原方案的基础上，进一步设计三个方案，其中对各方案亦有不同的要求，从而找出一个最佳方案方案一节省材料，尽量减少定子绕组用铜量、用硅铜量、用铁量和转子绕组用铝量。方案二提高性能，提高效率、减小起动电流、增大起动转矩和最大转矩。方案三既节省材料又提高性能。五、研究目标、主要特色及工作进度1研究目标该课题研究的主要内容是中小型三相异步电动机电磁计算，其目标是通过三相异步电动机电磁计算来确定所设计电机的额定数据，主要尺寸，重要参数，空载特性，起动性能，使各项指标达到设计的要求。在各项参数和性能指标符合有关规定的情况下，设计一个性能符合标准的电机，最大程度的发挥电机的性能，提高电机的效率，节省材料的使用，提高产品的技术附加值。2主要特色该设计主要是通过查表获得数据并按照中小型三相异步电动机电磁计算程序手动计算设计（它要求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地解决方法）。在设计过程中，除了要满足设计的有关规定，还应该结合实际，从提高电机的效率，改善电机的功率因数及其调速性能等等方面出发，设计一台符合实际生产需要的电动机。3、工作进程序号各阶段工作内容起讫日期备注1复算原设计方案494272设计调试三个新方案4305111省材料2提高性能3最优化3AUTOCAD绘图5145184查阅外文资料；整理毕业论文521685毕业答辩611615六、参考文献1电机学，李发海、朱东起编著，科学出版社2电机的计算机辅助设计与优化技术，王冲权著，上海交通大学出版社3电力系统分析，何仰赞、温增银著，华中科技大学出版社4电机设计，陈世坤主编，机械工业出版社5中小型电机“十五”发展战略，傅丰礼、倪文乞著，中小型电机6三相异步电动机可靠性和经济分析，刘宝友、方攸同著，中小型电机7降低三相异步电动机电磁噪声，胡新晚著，大电机技术8三相异步电动机参数的确定，张建华、杨鹏著，中小型电机9高效率三相异步电动机研究与应用情况综述，李景灿著，中小型电机10变频调速异步电动机设计研究，胡虔生、黄平林著，理论与设计南昌大学学士学位论文原创性申明本人郑重申明所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。作者签名日期2007530学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密。（请在以上相应方框内打“”）作者签名日期2007611导师签名日期NANCHANGUNIVERSITY学士学位论文THESISOFBACHELOR20032007年题目Y180M222KW三相鼠笼式异步电动机设计学院信息工程学院系电气与自动化专业电气工程及其自动化班级电机与电器033班学号6101103244学生姓名方榕指导教师胡泳芬起讫日期20073262007610Y180M222KW三相鼠笼式异步电动机的设计专业电气工程及其自动化学号6101103244学生姓名方榕指导老师肖倩华摘要本文为毕业论文，是关于三相异步电动机的设计。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。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Y180M222KWCONSTRUCTTHREEPHASESQUIRRELCAGEASYNCHRONOUSMOTORABSTRACTITISADISQUISITIONOFBACHELORONCONSTRUCTINGTHREEPHASESQUIRRELCAGEASYNCHRONOUSMOTORTHISPAPERSHOWSTHECHARACTER,TYPEANDUSAGEOFINDUCTIONMOTORINSUCCESSION,ITINTRODUCESTHETYPEANDFRAMEWORKOFTHREEPHASESQUIRRELCAGEASYNCHRONOUSMOTOR,ANDFARTHERSETFORTHITSRATEDDATA,TECHNICALSPECIFICATION,OPERATIONTHEORY,POWEREQUATION,MECHANISMSPECIALITY,RUNNINGSPECIALITYANDSOONTHISISTHEGROUNDWORKTOTHEDESIGNOFMOTORCONSTRUCTINGAMOTORISACOMPLEXITYTHEDESIGNERMUSTCONSIDERMANYFACTORSANDASCERTAINLOTSANDLOTSOFSIZESANDDATAS,ANDTHEREFOREBARGEUPAGAINSTRETICULAILLOGICALITYHOWEVER,THISSTUDYTREATSTHEPROBLEMALLSIDEDANDSYNTHETICALLY,ANDTHATWELLHARMONIZESTHEMATERIALWASTAGE,CAPABILITIES,TECHNICALDATASASWELLASECONOMICALDATASAFTERTHEHANDWORKEDCOUNT,THEDESIGNERHASKNOWNABOUTTHENATIONALCRITERIONANDISUPONTHEROUGHCONNECTIONSAMONGTHESPECIFICATIONS,WHICHGROUNDSFORTHENEXTWORKINTHEFIRSTOPTIMIZEDPROJECT,ASPIRINGAFTERECONOMIZINGTHEMATERIALSWILLDETERIORATETHEMOTORCAPABILITIESINTHESECONDOPTIMIZEDPROJECT，TAKINGMEASURESFORAUGMENTINGEFFICIENCYANDPOWERWILLMAKETHESTARTINGCURRENTLARGENCONSEQUENTLY,AFTERCONSIDERINGALLFACTORSSYNTHETICALLY,THEDESIGNERHASGOTTENAPROJECTTOBOTHECONOMIZEMATERIALSANDIMPROVECAPABILITIESATLAST,INORDERTOUNDERSTANDTHEMOTORINTUITIONISTICANDMANUFACTURETHEMOTOREXPEDITE,THEDESIGNERPLOTSTATORDEVELOPFILMGRAPH,ROTORCONSTRUCTIONALGRAPH,COILCOUPLINGGRAPHANDGENERALINSTALLGRAPHTHESEGRAPHSHAVEBEENDEPOSITEDINTHEEXCURSUSOFTHISTHESISKEYWORDSINDUCTIONMOTOR；DESIGN；OPTIMIZE；PLOT目录摘要IABSTRACTII绪论1第一章异步电机概述211异步电机的特点、类型和用途212异步电机的发展趋势3第二章三相异步电动机的结构和原理421三相异步电动机的类型422三相异步电动机的结构423三相异步电动机的额定数据与技术指标624三相异步电动机的工作原理725三相异步电动机的功率平衡关系826三相异步电动机的机械特性和工作特性9第三章电机设计基本理论1231电机制造与设计的概况1232电磁设计12第四章毕业设计要求及结果分析1541手算程序1542优化方案15总结20参考文献（REFERENCES）21致谢22附录I三相异步电动机Y180M222KW手算步骤与结果1附录II外文资料原文及译文1附录IIICAD图1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7080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。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。第一章异步电机概述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，所以异步电机又称感应电机。11异步电机的特点、类型和用途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，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。异步电机运行时必须从电网吸取无功功率，这将使电网的功率因数变差，因此空气压缩机、驱动球蘑机、大型鼓风机、电动发电机组等对调速没有要求的大功率生产机械常采用功率因数高的同步电动机。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。由于异步电动机的转速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。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，因而其用途更加宽广。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。异步电机的系列、品种、规格众多，归纳起来可从定子相数、电源频率、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。按电源相数分有“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有“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”；按转子结构型式分有笼型、绕线型和换向器电机；按运行方式分有异步发电机和异步电动机等。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。机械制造工业、冶金工业、煤炭工业、石油工业、轻纺工业、化学工业及其他各工矿企业中，广泛地应用各种异步电动机。在农业生产方面，电力排灌设备、打谷机、碾米机、榨油机、饲料粉碎机等大都由异步电动机拖动。在交通运输和航运航空工业，国防、文教、医疗及日常生活中，异步电机的应用也日益增多。据统计，在电网的动力负载中，异步电动机约占85，可以说各个领域都有采用它作驱动设备。12异步电机的发展趋势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。对电机进行细微的失效机理分析，采用新的设计方案、新的原材料及加工工艺是提高电机可靠性和经济指标的根本途径。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。所谓高效率电机，只有一个定性的概念，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。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，必须采取措施削弱电磁噪声。第二章三相异步电动机的结构和原理21三相异步电动机的类型目前，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、结构特征、形式等作为补充细分。例如，中小型电动机的功率范围是11000KW，其中1100KW是小型三相电动机,1001000KW为中型三相电动机。异步电动机按其电源性质和结构特征，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；三相笼型异步电动机又包括深鼠笼型、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、电容式和分相式。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21表21三相异步电动机的分类22三相异步电动机的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022MM。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、定子绕组和外分类方式类别按转子绕组形式笼型、绕线型大型中型小型按电机尺寸中心高H/MM定子铁心外径D1/MM6301000355630500100080315120500按防护形式开启式（IP11），防护式（IP22、IP23），封闭式（IP44）按通风冷却方式自冷式，自扇冷式，他扇冷式、管道通风式按安装结构形式卧式，立式，带底脚，带凸缘按绝缘等级E级、B级、F级、H级按工作定额连续，短时，周期性，非周期性按用途防爆，潜水，起重等壳等主要部件组成。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，经扣片或焊接紧固或焊幅筋固定成一体。铁心冲片一般由相互绝缘的05MM厚的硅钢片冲成,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槽三种。中小型低压电机一般采用半闭口槽。三相异步电动机的定子绕组由对称的三个绕组组成，每个绕组由许多线圈按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。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。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。端盖是支承轴承并受径向和轴向负荷的重要部件，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转子转子由转轴、转子铁心、转子绕组等零部件组成。转子铁心是用05MM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，如果去掉铁心，整个绕组的外形就像一个松鼠笼子，所以习惯上又称笼型转子为鼠笼转子。为了节约用铜和提高生产率，中小容量的笼型电动机都采用铸铝转子。这种转子的铝导条、端环及风叶一次铸成。此外笼型绕组还有双笼型及深槽型，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阻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。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。气隙的大小对异步电动机的运行性能有很大影响。为了减少电机的励磁电流，提高功率因数，气隙应尽可能地小。但气隙过小，将引起装配困难和运行不可靠。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02MM15MM。23三相异步电动机的额定数据与技术指标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“Y180M2”Y异步电动机；180中心高180MM；M中机座（L长机座，S短机座）；22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（KW）。（2）额定电压（UN）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。（3）额定电流（IN）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。（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50HZ。（5）额定功率因数（）指电动机额定运行时，定子相电压与相电COSN流之间的相位差。（6）额定转速（NN）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（N）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的绝缘材料。绝缘材料的耐热等级见表22，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22绝缘材料的耐热等级耐热等级YAEBFHC最高工作温度（）901051201301551801809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GB7552000。（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、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。（11）联结指三相电动机定子绕组的六根引出线头的接线方法，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。2三相异步电动机的主要技术经济指标效率（）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（）指电动机输入有效功率与视在功率之比。COS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。24三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N160F/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（N1转子逆着磁场方向旋转（N0），电机既从电网吸收电功率又从轴上吸收机械功率，消耗在电机内部。25三相异步电动机的功率平衡关系三相异步电动机以转速稳定运行时，定子绕组从电源输入的电功率为N113COSPUI定子铜损耗为2CUPR转子铁损耗很小，可忽略不计，故铁损耗主要是定子铁心损耗203FEMIR电磁功率221121133MCUFESSPPIRRI电磁功率也可表示为222223COSCOSMPEIMEI转子绕组中的铜损耗为2CUMPIRSP电磁功率PM减去转子绕组中的铜损耗PCU2就是等效电阻上的损耗。21SR这部分等效损耗实际上是传输给电机转轴上的机械功率，用PM表示。它是转子绕组中电流与气隙旋转磁通密度共同作用产生的电磁转矩，带动转子以转速旋转所对应的功率。N2213MMCUMSPPIRSP电动机在运行时，会产生轴承以及风阻等摩擦阻转矩，这也要损耗一部分功率。把这部分功率叫做机械损耗，用PM表示。在异步电动机中，除了上述各部分的损耗外，由于定、转子开了槽和定、转子磁动势中含有谐波磁动势，还要产生一些附加损耗，用PA表示。PA一般不易计算，往往根据经验计算，在大型异步电动机中，PA约为输出额定功率的05；而在小型异步电动机中，满载时可达输出额定功率的13或更大些。机械功率PM减去机械损耗PM和附加损耗PA,才是转轴上真正输出的功率,用P2表示。AP可见异步电动机运行时，从电源输入电功率P1到转轴上输出功率P2的全过程为122CUFECUMAPPP从以上功率关系定量分析中看出，异步电动机运行时，电磁功率、转子回路铜损耗和机械功率三者之间的比例关系是21CUMMPS26三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NFM。三相异步电动机的机械特性有不同的表达形式，如物理表达式、参数表达式和实用表达式。本文中仅介绍参数表达式。三相异步电动机的电磁功率为（1）21MRMISP所以，电磁转矩为（2）211RIS三相异步电动机近似等值电路如下由图可知（3）21221UIRXS而（4）1FP由式（2）、（3）、（4）得出（5）21122RUMPSMFRXA式（5）即为三相异步电动机机械特性的参数表达式。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N、定子电流I1、功率因数、电磁转矩T、1COS效率等与输出功率P2的关系。即U1UN、F1FN时，N，I1，T，FP2COS（1）效率特性2F，电机空载时，P20,0，随着输出功率P2的增加，212PP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。（2）功率因数特性电动机运行时必须吸取滞后无功功率，21COSFP其功率因数总小于1。空载时，功率因数很低，不超过02。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。（3）定子电流特性I1FP2空载时，转子电流差不多为零，定子电流2I等于励磁电流，随着负载的增加，转速下降，转子电流增大，定子电流也增0I大。（4）电磁转矩特性TFP2空载时，电磁转矩TT0。随着负载增大，P2增大，但由于机械角速度变化不大，电磁转矩T随P2的变化近似为一条直线。（5）转速特性NFP2空载时，转速N接近N1，随着负载的增加，转速N略微降低，随着输出功率P2的增加，转子转速N下降，转差率S增大。第三章电机设计基本理论31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。32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起动计算。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效率1010PP是电动机所有损耗标幺值之和。12FWCUSFEPP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。3）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、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COS112PPQII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IST221,STKWTSTSTSTTIIIZRX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TST21STSTNTRSZSN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TMAXMAX21NSRX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。第四章毕业设计要求及结果分析41手算程序设计中小型三相感应电动机，型号是Y180M222KW。给定数据输出额定功率PN22KW,额定电压UN380V（接法），额定频率为50HZ，极数是2，相数M13，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JB307482规定，依照手算电磁计算程序，进行各个项目的核算，具体步骤详见附录I。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。42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170（原值175），减小定子外径到285（原值290）、减小定子槽宽到71（