电机调速毕业设计

摘要电机是把电能转换成机械能的设备，它是利用通电线圈在磁场中受力转动的现象制成。电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机。电力系统中的电动机大部分是交流电机，可以是同步电机或者是异步电机。同步电机的转速与所接电网的频率之间存在一种严格不变的关系，异步电机则不然，并无此种约束关系，因此异步电动机应用范围较同步电机而言要更加广泛。异步电机的定子绕组接上电源以后，由电源供给励磁电流建立磁场，依靠电磁感应作用，使转子绕组感生电流，产生电磁转矩，以实现机电能量转换。鉴于上述原因，异步电动机在生产和交通运输中得到广泛应用。异步电动机主要用于驱动水泵、风机、机床、压缩机、冶金、石化纺织、食品、造纸、建筑、矿山等机械产品上。随着科学技术的不断创新和工农业的迅猛发展，电气化与自动化水平不断提高，国民经济各部门对异步电动机的需求日益增加，对其性能，质量，技术，经济指标也相应的提出了越来越高的要求。因此，对异步电动机的品种，必须适时的做出更新与发展，以适应各个新兴工业领域不同的特殊要求，特别是对需求量大的中小型异步电动机，在保证其质量运行，寿命长和能满足使用要求的同时，进一步节约铜、铁等材料，提高效率和功率因数，以提高其经济技术指标，降低耗电量，这是就对异步电动机的设计工作提出来更高的要求。本文在阐明三相异步电动机的工作原理及基本结构的基础上，根据给定的设计参数及性能指标的要求，重点完成了异步电动机的设计工作。本课题所设计的三相异步电动机依照具体的设计程序包括电机部分的结构设计，磁路部分的设计、参数计算，工作性能的计算及起动性能的计算五大部分设计工作。其中工作性能的计算及起动性能的计算是在结构设计，磁路部分的设计、参数计算的设计结果的基础上完成的。而结构设计中又包括定转子槽型的选择和设计，在磁路设计中，需要反复计算，来使误差达到标准值。可见电机设计的各个步骤在具有环环相扣，紧密相连特点的同时，又是相互制约，彼此交错的。关键词三相异步电机、性能设计、结构设计ABSTRACTELECTRICMOTORISCONVERTEDINTOMECHANICALENERGYOFEQUIPMENT,ITISTOUSEELECTRICITYCOILINMAGNETICFIELDFORCETHEPHENOMENONOFROTATIONMADEACCORDINGTOUSEPOWERISDIVIDEDINTODIFFERENTMOTORFORDCANDACMOTORTHEMOTORPOWERSYSTEMOFACMOTOR,ISCANBESYNCHRONOUSMOTORORINDUCTIONMOTORSYNCHRONOUSMOTORSPEEDANDTHEGRIDFREQUENCYEXISTBETWEENASTRICTUNCHANGED,THERELATIONBETWEENTHEINDUCTIONMOTORISDIFFERENT,ANDWITHOUTTHISKINDOFCONSTRAINTRELATION,SOASYNCHRONOUSMOTORAPPLICATIONISFORSYNCHRONOUSMOTORTOMOREEXTENSIVEASYNCHRONOUSMOTORSTATORWINDINGSAFTERCONNECTEDTOTHEPOWERSOURCE,THEPOWERSUPPLYEXCITERCURRENTBUILDTHEMAGNETICFIELD,RELYONELECTROMAGNETICINDUCTIONROLE,INDUCEDCURRENT,ROTORWINDINGELECTROMAGNETICTORQUE,SOASTOREALIZETHEMECHANICALANDELECTRICALENERGYCONVERSIONFORTHISREASON,ASYNCHRONOUSMOTORINTHEPRODUCTIONANDTRANSPORTATIONUSEDWIDELYASYNCHRONOUSMOTORISUSEDTODRIVETHEPUMPS,FANS,MACHINETOOL,COMPRESSOR,METALLURGY,PETROCHEMICAL,TEXTILE,FOOD,PAPER,BUILDING,MININGANDOTHERMECHANICALPRODUCTSALONGWITHTHESCIENCEANDTECHNOLOGYUNCEASINGINNOVATIONANDTHERAPIDDEVELOPMENTOFINDUSTRYANDAGRICULTURE,ELECTRIFICATIONANDAUTOMATIONLEVELINCREASES,NATIONALECONOMICSECTORSFORINDUCTIONMOTORREQUIREMENTINCREASINGLY,ITSPERFORMANCE,QUALITY,TECHNOLOGY,ECONOMICINDICATOROFTHECORRESPONDINGPUTFORWARDMOREANDMOREHIGHDEMANDTHEREFORE,THEVARIETIESOFASYNCHRONOUSMOTOR,MUSTMAKETIMELYUPDATEANDDEVELOPMENTTOADAPTTOEACHNEWINDUSTRIALFIELD,THESPECIALREQUIREMENTSOFDIFFERENT,ESPECIALLYTOTHEGREATDEMANDFORSMALLANDMEDIUMASYNCHRONOUSMOTORS,GUARANTEETHEQUALITYOFITSOPERATIONIN,LONGLIFEANDCANSATISFYTHEREQUIREMENTSOFTHEUSEANDATTHESAMETIME,FURTHERSAVECOPPER,IRONANDOTHERMATERIALS,IMPROVEEFFICIENCYANDPOWERFACTOR,INORDERTOENHANCETHETECHNICALANDECONOMICINDEXES,LOWERPOWERCONSUMPTION,THISISJUSTFORINDUCTIONMOTORDESIGNWORKOUTTOTHEHIGHERREQUESTTHISPAPEREXPOUNDEDTHREEPHASEASYNCHRONOUSMOTORPRINCIPLEOFWORKANDONTHEFOUNDATIONOFBASICSTRUCTURE,ACCORDINGTOTHEGIVENDESIGNPARAMETERSANDTHEREQUIREMENTSOFKEYPERFORMANCEINDEX,COMPLETEDTHEASYNCHRONOUSMOTORDESIGNWORKTHESUBJECTOFTHETHREEPHASEASYNCHRONOUSMOTORDESIGNINACCORDANCEWITHTHEDESIGNOFCONCRETEPROGRAMSINCLUDEMOTORPARTSOFTHESTRUCTUREDESIGN,THEDESIGNOFTHEMAGNETICCIRCUITPART,PARAMETERCALCULATION,THEWORKINGPERFORMANCEOFTHECALCULATIONANDTHECALCULATIONOFTHEFIVEMOSTSTARTINGPERFORMANCEDESIGNWORKONEOFTHEWORKINGPERFORMANCEOFTHECALCULATIONANDSTARTINGPERFORMANCECALCULATIONISINTHESTRUCTUREDESIGN,THEDESIGNOFTHEMAGNETICCIRCUITPARTOFTHEDESIGN,PARAMETERCALCULATIONBASEDONTHERESULTSOFTHECOMPLETEDANDINTHESTRUCTURALDESIGNANDSETINCLUDINGROTORSLOTTYPESELECTIONANDDESIGNOFTHEMAGNETICCIRCUIT,DESIGN,NEEDTOMAKEREPEATEDCALCULATION,THEERRORTOSTANDARDVALUESVISIBLEMOTORDESIGNOFEACHSTEPINACLOSELYLINKEDTOGETHER,THECHARACTERISTICSOFTHEATTHESAMETIME,AREINTERACTIVE,CRISSCROSSOFEACHOTHERKEYWORDSTHREEPHASEASYNCHRONOUSMOTOR,PERFORMANCEDESIGN,STRUCTUREDESIGN目录第1章绪论111课题意义及背景112电机设计的发展113课题工作的主要内容3第2章电机基本工作原理721电机的分类10722电机的基本结构8221定子9222转子10223气隙1123电机的工作原理12第3章电机的设计方案1631给定的技术指标1632具体的设计方案16321额定数据和主要尺寸16322磁路计算22323参数计算27324工作性能计算34325起动性能计算37第4章结论41参考文献42致谢43第一章绪论11课题意义及背景各种电动机中应用最广的是交流异步电动机（又称感应电动机）。它使用方便、运行可靠、价格低廉、结构牢固，但功率因数较低，调速也较困难。大容量低转速的动力机常用同步电动机（见同步电机）。同步电动机不但功率因数高，而且其转速与负载大小无关，只决定于电网频率。工作较稳定。在要求宽范围调速的场合多用直流电动机。但它有换向器，结构复杂，价格昂贵，维护困难，不适于恶劣环境。20世纪70年代以后，随着电力电子技术的发展，交流电动机的调速技术渐趋成熟，设备价格日益降低，已开始得到应用。电动机在规定工作制式（连续式、短时运行制、断续周期运行制）下所能承担而不至引起电机过热的最大输出机械功率称为它的额定功率，使用时需注意铭牌上的规定。电动机运行时需注意使其负载的特性与电机的特性相匹配，避免出现飞车或停转。12电机设计的发展电机使用了电流的磁效应原理，发明这一原理的的是丹麦物理学家奥斯特。电动机的发展1831年，美国物理学家亨利设计出最初的电子式电动机。受到亨利的启发，一位名叫威廉里奇的人设计并造出了一台可以转动的电动机。里奇的这架电动机类似于我们今天在实验室里组装的直流电动机模型。到了19世纪40年代，俄国科学家雅科比使电动机变得更为实用了。他用电磁铁替代永久磁铁进行工作。这种新型电动机当时被装在一艘游艇上，载着几名乘客驶过了涅瓦河。此事引起了极大的轰动。此后，出生于克罗地亚的美国人特斯拉于1888年，制造出了第一台感应电动机，他在各种电动机中，算是被应用最广的一种。感应电动机会将交流电快速输入一组称为“定子”的外线圈，继而产生一个旋转磁场。转轴内的一组线圈则称为“转子”，它会被定子的旋转磁场感应出电流，然后转子会因电流变化而转变成电磁铁。电机的应用非常广泛，对电机制造行业有很大的影响。在我国电机制造是我过机械工业中较大的行业之一，它既是关系各行各业自动化的重要基础产品，又是人类生活密切相关的面广量大、品种繁多的通用产品。电机是把电能转变为机械能的主要执行部件，国内6070的发电量被电击所消耗。因此，电机产品的品种、数量和质量各种性能水平的提高和发展，都会直接影响国民经济各部门成套设备的发展水平。20世纪40年代以前，我过电机制造工业极端落后。50年代以仿制国外产品为主，60年代起走上自行设计的道路。在此之前只能生产一般中小型电机，而且批量小，品种单一。我国所生产的电机大多是60年代发展的产品，部分是7、80年代引进的国外移植产品，与国外同行相比，其技术水平、产品质量、结构工艺、制造能力、自动化程度等均偏低，仍有不小的差距。下面对我国电机制造工业的发展概况做简要介绍。1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1国产汽轮发现电机在不长时间内，就从空冷、氢冷发展到双水内冷和水氢冷，从而掌握了大型汽轮发电机，除全氢冷以外的各种主要冷却方式的技术。在中小型电机方面，自从1953年进行第一次全国统一设计后，中小型电机的生产开始摆脱过去的混乱局面，走上统一和系列化道路。据统计，到目前为止，我国生产的中小型电机系列，除一般电机或基本系列以外，还有防爆、船用、潜水、单绕组多速、力矩、起重冶金、高启动转矩、电磁调速、屏蔽电机、磁阻式同步电动机及永磁电机等派生系列和专用系列。此外，还研制了中小型无槽直流电机、晶闸管供电直流电动机、潜油电机、钻探电机、谐波励磁同步发电机等多种新品种。从目前情况看来，一般或基本系列中小型电机已能满足国民经济各部门的需要，其技术经济指标也在逐步提高。2积极采用新技术、新材料、新结构、新工艺在采用新技术方面，首先是应用电子计算机来进行电机的电磁计算以及磁场、温度计算和零部件机械计算。在绝缘材料方面，目前我过生产的电机中，主要采用E、B两级（其中E约占2/3左右），F、H级仅在少数要求较高或特殊用途的电机上使用，但前者正积极的分别向B、F级过度。近年来，我国还氢冷汽轮发电机上应用了液体塑料密封材料，以代替传统的橡胶皮条等固体密封材料，改善了密封性能。在工艺水平和机械化、自动化程度方面，小型电机的基座与转轮加工、静电喷漆、总装实验等自动线均已正式采用；级进式冲模、大型压铸机、定子绕组自动下线机、插槽绝缘机、端部整形机等新工艺的应用，也都使功效大大提高，电机质量进一步改进。3标准化、系列化和通用化程度不断提高1953年以后多次组织了电机产品的改型设计和新系列统一设计，使我国从电设备、大型交直流电机一直到种类繁多的中小型电机，大多数都有了自己的系列。在电机零件和安装尺寸机座号等的标准化、系列化、通用化（简称“三化“）方面也进行了大量工作，已形成了自己的体系。4积极开展点击理论、测试技术和新型发电方式的研究近年来，我国对电机绕组、附加损耗、附加转矩、电机冷却、大型电机的段不辞长、点击测试技术以及超导电技术在电机中的应用等方面展开了一系列研究，取得不少成果。此外，我国还对原子能、磁流体、地热、太阳能、风力和燃气轮机用于发电方面进行了一系列实验研究工作，已建成一座实验性的地热发电站以及制成若干燃气轮发电机组。解放50多年来，国内的电机制造业通过广大工程技术人员的不懈努力，在非常落后的基础上逐步建立起较为完整的电机制造工业体系，无论是在发展品种提高产品质量方面还是在数量方面，都取得了世人瞩目的成绩，为工业的发展和人民生活水平的提高做出了巨大的贡献。我过已经能够独立自主的生产各种中小型电机，国内产品已经发展到100多个系列，500多个品种，年生产力达到5500万KW以上，基本满足了社会各个方面对电机产品的需求2。13课题工作的主要内容阐明电机的工作原理，引出旋转磁场的产生。三相异步电动机的工作原理是定子上对称三相绕组中通以对称三相交流电流时产生旋转磁动势及相应的旋转磁场。这种旋转磁场以同步转速切割转子绕组，则在转子绕组中感应电动势及电流，转子电流与旋转磁场相互作用产生电磁转矩，使转子旋转。再完成电机的工作原理的基础上，根据给定的设计参数，重点完成了电机设计工作。电机设计主要包括电机部分的结构设计、磁路设计、参数部分的设计、工作性能的计算和起动性能的计算。1结构设计结构设计即确定电机的额定数据和主要尺寸。额的数据包括额定功率、额定电压、功电流、效率、功率因数和极对数等；主要尺寸包括定子转子槽的确定及相关数据。在计算槽满率时需保证槽满率的范围是3。FS758FS2磁路设计当绕组中通过电流，在电机的有效部分、端部及部分结构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需的磁化力或励磁磁动势（简称磁势），并进而计算励磁电流以及电机的空载特性。通过磁路计算还可以校核电机各部分磁通密度选择是否合适。磁路计算所依据的基本原理如下可以把电机分成若干扇形段，每个扇形段包含一对磁极，如图11所示4所有扇形段的磁场分布图都是相同。要确定建立磁场所必须的磁化力，只要计算一个扇形范围内的磁场就足够了。每极励磁磁势为120NHLHLF在磁路计算中，需初设，并在计算完后计算误差，当误差时，符合SKSK1要求；若误差时，则根据重新初设，并再次计算，直至误13SSS差5。（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。例如在设计绕组时，瑞过选取较高的电流密度，则所有的导体截面就较小，用铜量就较小而电阻就较大6。电阻越大，电机运行时绕组中的电损耗就较大，绕组中的瞬变电流增长或衰减速度则较快。感应电机转子电阻的大小对其转矩特性影响特别突出。（4）工作性能计算在主要尺寸、气隙及定子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，在此基础上对前面的设计进行那个必要的调整。通常三相异步电动机工作性能的计算只需计算额定数据，即额定电流、额定功率因数、额定效率、额定转差率和最大转图11电机的磁路矩倍数。本次课题设计中，在计算效率时，由于各参数的取值问题，很可能出现效率过小，导致误差5的情况，不符合标准。若出现此情况，是因为效率的假设值太低，可以再次取，重新计算之前的有关各项，直至误差，并重新计算有关的各项。STI完成以上所有计算后，比较额定数据，会发现性能指标都有裕量，可进一步调整。例如减小每槽导体数,使漏抗减小,启动总阻抗减小,就可达到启动总转矩的目的；缩小转子槽面积,使转子电阻增加,也可以达到提高启动转矩的目的；采用较深的槽形或凸形槽等,利用集肤效应使起动时转子电阻增加等等方法9。第二章电机基本工作原理21电机的分类10电机的种类很多，根据不同的结构、工作原理、性能等分类为多种电动机，具体分类如下1按工作分类根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机。其中交流电动机还分为单相电动机和三相电动机。2按结构及工作原理分类电动机按结构及工作原理可分为直流电动机，异步电动机和同步电动机。同步电动机还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同布电动机。异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。感应电动机又分为三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机等。交流换向器电动机又分为单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。直流电动机按结构及工作原理可分为无刷直流电动机和有刷直流电动机。有刷直流电动机可分为永磁直流电动机和电磁直流电动机。电磁直流电动机又分为串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。永磁直流电动机又分为稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。3按起动与运行方式分类电动机按起动与运行方式可分为起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。4按用途分类电动机按用途可分为驱动用电动机和控制用电动机。驱动用电动机又分为（包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具）用电动机、家电（包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影碟机、吸尘器、照相机、电吹风、电动剃须刀等）用电动机及其它通用小型机械设备（包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等）用电动机。控制用电动机又分为步进电动机和伺服电动机等。5按转子的结构分类电动机按转子的结构可分为笼型感应电动机（旧标准称为鼠笼型异步电动机）和绕线转子感应电动机（旧标准称为绕线型异步电动机）。6按运转速度分类电动机按运转速度可分为高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机。低速电动机又分为齿轮减速电动机、电磁减速电动机、力矩电动机和爪极同步电动机等。调速电动机除可分为有级恒速电动机、无级恒速电动机、有级变速电动机和无极变速电动机外，还可分为电磁调速电动机、直流调速电动机、PWM变频调速电动机和磁阻调速电动机。22电机的基本结构我们主要研究交流电机，交流电机主要由定子、转子两大部分组成。定子和转子之间有一个较小的气隙。图21所示为绕线转子三相异步电机的结构11。图21绕线转子异步电动机的结构图1转子2定子3集电环4定子绕组5出线盒6转子绕组7端盖8轴承221定子定子主要由三部分组成定子铁心、定子绕组、机座。但是有些场合（比如作为机车牵引电机的异步电机），定子没有专门独立的机座，定子机座和定子铁心合为一体。1定子铁芯定子铁心是异步电机主磁通磁路的一部分。为了使异步电动机能产生较大的电磁转矩，希望有一个较强的旋转磁场，同时由于旋转磁场对定子铁心以同步转速旋转，定子铁心中磁通的大小与方向都是变化的，必须设法减少由旋转磁场在定子铁心中所引起的涡流损耗和磁滞损耗，因此，定子铁心由导磁性能较好的05MM厚且冲有一定槽型的硅钢片叠压而成12。对于容量较大（10KW以上）的电动机，在硅钢片两面涂以绝缘漆，作为片间绝缘之间。定子铁心上的槽型通常有三种半闭口槽、半开口槽及开口槽。从提高电动机的效率和功率因数来看，半闭口槽最好，如图22C所示，但绕组的绝缘和嵌线工艺比较复杂，所以这种槽型适用于小容量的及中性的低压异步电机。半开口槽的槽口等于或略大于槽宽的一半，如图22B所示可以嵌放成型线圈，这种槽型用于大型低压异步电机。开口槽如图22A所示，它用于高压异步电机，以保证的绝缘可靠，下线方便13。2定子绕组定子绕组是异步电机丁字部分的电路，他是由许多线圈按一定规律连接而成的。能分散嵌入半闭口槽的线圈由高强度漆包圆铜线或圆铝线绕成。放入半开口槽的成型线圈用高强度漆包扁铜线或扁铝线，或用玻璃丝包扁铜线绕成14。开口槽也放入图22定子铁心槽型A开口槽B）半开口槽C）半闭口槽成型线圈，其绝缘通常采用云母带，线圈放入槽内必须与槽壁之间隔有“槽绝缘”，以免电动机在运行时绕组对铁心出现击穿或短路故障。一般根据定子绕组再槽内布置的情况，有单层绕组及双层绕组两种基本形式。容量较大的异步电动机采用双层绕组。小容量的异步电动机常采用单层绕组。3机座机座的主要作用是固定和支撑，因此要求有足够的机械强度和刚度。机座一半采用铸件，也有用钢板焊接的结构。采用铸件时，铁芯紧贴机座内侧。铁芯上的热由机座散发，为此在机座外表铸有散热筋以增加散热面积。铸造用材料一般为球墨铸铁（QT）。对于较大功率的电机，一般采用焊接机座，焊接机座再外罩内部焊有筋板、铁芯与筋板配合。筋板间隙为通风槽，铁芯上的热不是通过机座传导散出，而是通过循环风散出。222转子5异步电动机的转子由转子铁心、转子绕组、转轴组成。1转子铁心转子铁心也是电动机主磁通磁路的一部分，一般是有05MM厚冲槽的硅钢片叠成，铁心固定在转轴或转子支架上。整个转子铁心外表面呈圆柱形。2转子绕组转子绕组分为笼型和绕线型两种结构。1笼形绕组笼形绕组可以由插入每个转子槽中的导条和两端的环形端环组成。如果去掉铁心，这个绕组的外形就像一个关松鼠的笼子，如图23A所示，所以具有这种笼形绕组的转子，习惯上称为笼型转子。为了节约用铜并提高生产率，小容量笼型异步电动机一般采用铸铝转子，如图23B所示。笼型转子上既无极电环，又无绝缘，所以结构简单、制造方便、运行可靠15。图23笼型转子绕组2绕线型转子绕线型转子绕组与定子绕组相似，采用绝缘导线绕制的三相绕组。转子绕组的相数、极对数和定子绕组相同。三相转子绕组一般都接成星形，三根引出线连接到固定在转轴上的三个滑环上，由一组支持在端盖上的电刷将滑环与外电路（如起动或调速用电阻）接通，如图24所示16。这种转子的特点是，通过集电环和电刷可在转子回路中接入附加电阻或其他控制装置，以便改善电动机的起动性能或调速特性。223气隙异步电动机定、转子之间的气隙是很小的，中小型电动机一般为022MM17。气隙的大小与异步电动机的性能关系极大。气隙越大，磁阻也越大。磁阻大时，产生同样大小的旋转磁场就需要较大的励磁电流。励磁电流时无功电流，该电流增大会使电机的功率因数变坏。然而，磁阻大可以减少气隙磁场中的谐波含量，从而可减少附加损耗，且改善启动性能。气隙过小，会使装配困难和运转不安全。如何决图24绕线转子异步电动机示意图定气隙大小，应权衡利弊，全面考虑。一般异步电动机的气隙较小为宜。23电机的工作原理三相异步电机的工作原理就是通过一种旋转磁场与由这种旋转磁场借助于感应作用在转子绕组内所感生的电流相互作用，以产生电磁转矩来实现拖动作用。在三相异步电动机中实现机电能量转换的前提是产生一种旋转磁场18。三相异步电机的旋转磁场的产生所谓旋转磁场，就是一种极性和大小不变且一定转速旋转的磁场。根据理论分析和实践证明，在对称多相绕组中流过对称多相电流时会产生一种旋转磁场。我们先考察三相绕组每相仅由一个线圈组成的情况，如图25所示19，AX、BY、CX三个线圈空间彼此互隔分布在定子铁心内圆的圆周上，构成了对称三相绕组。012这个对称三相绕组在空间的位移是B相从A相后移，C相从B相后移。当01012对称三相绕组接上对称的三相电源，则在该绕组中通过对称三相电流。若各相电流的瞬间表达式为COSAMIIT（21）012BCS4CMIITNS1U2U1V2V1W2W0NNNS1U2U1VV2W0NNA0T时刻旋转磁场的空间分布情况B0T时刻旋转磁场的空间分布情况NS1U2U1V2V1W2W0NNNS1U2U1VV2W0NNC04T时刻旋转磁场的空间分布情况D036T时刻旋转磁场的空间分布情况图25三相异步电动机的工作原理4,，,A0TAMII1BCMII012BTBMII12CAMII,24CC236DA则各相电流随时间变化的曲线如图所示。三相电流随时间的变化时连续的，且极为迅速。为了便于考察对称三相电流产生的合成磁效应，我们可以通过几个特定的瞬间，以窥其全貌。为此，我们选择、0T0123TTT、四个特定瞬间，并规定电流为正值时，从每0243TTT06TTT相线圈首端（A、B、C）流出，由线圈末端（X、Y、Z）流入；电流为负值时，从每相线圈末端流出，由首端流入。用符号表示电流从纸面流出，表示电流从纸面流入。先看这个瞬间，无论从电流瞬时表达式或电流变化曲线均可得出，0T时，。将各相电流方向表示在各相线圈剖面图上，ATAMII2BCMII相电流为正值，从A流出，由X流入，而B、C两相电流均为负值，由B、C流入，从Y、Z流出如图25A所示。从图看出，Y、A、Z三个线圈边中的电流都从纸面流出，且Y、Z边中的电流数值相等。根据右手螺旋定则，可知该三个线圈中电流产生的合成磁场分布必以A边为中心，左右反向对称，磁回路通过转子时，其方向为从下向上。同样的道理，可决定B、X、C三个线圈边中，电流产生合成磁场的分布。整个磁场的分布左右对称。因此，从磁回路的图像看，和一对磁极产生的磁场一样。用同样的方法可以画出、这三个特定瞬间的电流方向与磁场分012T4036布情况，分别如图25B、C、D所示依次观察25A、B、C、D，便会看出对称三相电流通入对称三相绕组以后所建立的合成磁场，并不是静止不动的，也不是方向交变的，而是犹如一对磁极旋转产生的磁场，磁场大小不变。从瞬间到、0T12、，旋转的方向是从A相转向B相，再转向C相，即按ABC顺序旋转02436（图中为逆时针方向）。由此可证实，当对称三相电流通入对称三相绕组时必然会产生一个大小不变、转速一定的旋转磁场20。图26三相电流变化曲线综合图25和图26所示的电流变化情况与旋转磁场情况，可清楚的知道，当三相电流随时间变化经过一个周期T，旋转磁场在空间相应的转过360O，即电流变化一次，旋转磁场转过一转。因此，电流每秒钟变化（即频率）次，则旋转磁场1F每秒钟转过转。由此可知当旋转磁场为一对极情况下，其转速与交流频率1FSNR的关系为1SNF三相异步电机的基本工作原理三相异步电机的定子铁心上嵌有对称三相绕组，在圆柱体的转子铁心上嵌有均匀分布的导条，导条两端分别用铜环把它们连接成一个集体。当对称三相绕组接到对称三相电源以后，即在定子、转子之间的气隙内建立了以同步转速NS旋转的旋转磁场。由于转子上的导条被这种旋转磁场切割，根据电磁感应定律，转子导条内会感应产生感应电动势，若旋转磁场按逆时针方向旋转，如图27所示21，根据右手螺旋定则可以判明图中转子上半部导体中的电动势方向，都是进入纸面的，下半部导体中的电动势都是从纸面出来的。因为转子上导条已构成闭合回路，所以转子导条中就有电流通过。如不考虑导条中电流与电动势的相位差，则电动势的瞬时方向就是电流的瞬时方向。根据安培定律，导条在旋转磁场中，并载有由感应作用产生的电流，这样导条必然会受到电磁力。电磁力的方向用左手定则决定。于是转子就跟着旋转磁场逆时针方向旋转，其转速为N。如转子与生产机械连接，则转子上受到的电磁转矩将克服负载转矩而做功，从而实现了机电能量的转换，这就是三相异步电机的工作原理。图27三相异步电动机的工作原理第三章电机的设计方案31给定的技术指标已知数据输出功率，电压（接），相数，频率1NPKW380NUV13M，极对数，B级绝缘，封闭型自扇冷式。HZF502P32具体的设计方案321额定数据和主要尺寸1额定功率P55KW2额定电压UNUN380V3功率因数COS0844效率0865极对数2631Q7定子槽数Z1308转子槽数Z2269确定电机主要尺寸满载电势标幺值018LN0139018LN01329031ENKPP计算功率33100985410COS8NEPPKVA23初选，取，取，068PM16DPK2/M067BT假定，于是得145/INNR33118540681926070PNMDVKAB取，得43312406121IPDVM43根据标准直径确定110654IIDM106D于是1102647IIDM53铁心的有效长度取铁心长221047EFIVL016IL10气隙的确定3331034047470IDLM6于是铁心有效长度26016EFILM转子外径2107479ID转子内径6IM11极距PDI2101354M7312定子齿距T11ZDI01486M8313转子齿距T22ZDI016924M93定子绕组采用单层绕组，交叉式，节距19,210,111814为了削弱齿谐波磁场的影响，转子采用斜槽，一般斜一个定子齿距，于是转子1T斜槽宽0145SKBM15设计定子绕组每相串联导体数11COS08401726354395IKWDANMI103取并联支路，1每槽导体数N1S1ZNA42953613取,于是每线圈匝数为29129S16每相串联导体数N11AMZS2936481每相串联匝数N1234871317绕组线规设计初选定子电密，导线并绕根数和每根导线截面积的乘积2150JAM21135610IOINMAJ143其中定子电流初步估计值19CS84KWIA高强度漆包线，并绕根数2，线径，绝缘后直径D138MM，截面积1IN13D1327，26541OA2M1IOA2M18设计定子槽型因定子绕组为圆导线散嵌，故采用圆底槽，齿部平行。初步取14T，1IB估计定子齿宽1IB10486704895FEITBMK153初步取,125JBT估计定子轭部计算高度103680724622951PJIFEJHB163按齿宽和定子轭部计算高度的估算值作出定子槽形如图31，槽口尺寸参考类似产品决定，取，。齿宽计算如下MB8301801211112RZHDBII07080405174336M1731120112BZHDBII78070436M183齿部基本平行，齿宽B000745M1I19槽满率槽面SRBRAHM193查表可知,槽绝缘采用DMDM复合绝缘,I03MM,槽楔H2MM层压板,槽绝缘占面积IA622103201501390SHRM03槽有效面积6628948EFSIA1槽满率（符合要求）32160701SIFEFNDS2320绕组系数1DPK1320SINI95SODQ23图31定子槽形尺寸152083830O77R51745170其中123602OPZ11095DPPK243每相有效串联导体数34834N21设计转子槽型与转子绕组预计转子导条电流21123ZKIIDP340895762A253初步取转子导条面积，于是导条面积5BJAM224761835BIMJ263初步取，估算转子齿宽213IBT2046701953IFEITBK273初步取，估算转子轭部计算高度215JT2201680725695PJFEJBHM283为获得较好的起动性能，采用平行槽，做槽型如图32所示，取槽口尺寸，021B025HM齿壁不平行的槽形齿宽2021212340169253304813IDHBMZ29导条截面积转子槽面积1202HBAB2RB图32转子槽形尺寸及端环尺寸105R24482630O12157128518100A26201480401482539M30估计端环电流264792RZIAP31端环所需面积291RAMJ2其中端环电密，照工艺要求由所需面积确定端环内外径及厚206BA度如图32B，得端环面积6401R322磁路计算22计算满载电势，得10927ELK1092738526LNEUV323计算每极磁通势初设120，查得1，得SKNMK114NFKEDPNM3526096440917WB34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。24每极下齿部截面积11PIFETZBLA6209560745910M3522ITK34625定子轭部计算高度322111RHDHSIJ333067510150821M7转子轭部计算高度3221RHDHSIJ3330169241026056M8轭部导磁截面积1JA1JIFEHLK36095621089392J2JI4104026一极下空气隙截面积EFLA6201356217M1327磁路计算所选的是通过磁极中心线的闭合回路，该回路上的气隙磁密是最大值。为此，由感应电机的及曲线，先找出计算极弧系数BSPKFSNMF0668，由此求的波幅系数P1PAVSBF47068423按照“程序”，可由按初设的查取，但须注意，为了实用上的方便“程序”中K的定义与这里略有不同，并且计算每极磁通的公式也做了相应的改变。F28气隙磁密AFBS614709522T4329对应于气隙磁密最大处的定子齿部磁密1161470913042EFPSIFIILTZKB4330转子齿部磁密26470914812SIIBTA45331从附录五的D23磁化曲线找出曲线找出对应上述磁密的磁场强度1IHCM278IAC46332有效气隙长度336904160EFKM7其中气隙系数计算2011754BTK28758144003832022247510475400TB49312718269K5033齿部磁路计算长度331215013ILHRM1333212246268I5234轭部磁路计算长度1310265921028JJDHLMP53324JJ435计算气隙磁压降360125047197KBFA5336齿部磁压降2311190245IIHL62278616IIFA57337饱和系数计算129405247IISK8与初设值120,相比较,误差太大S3计算出的114,比原假设值12小,说明原假设的偏高,在此基础上计SSKSK算出的气隙磁密最大值和齿部磁密,都偏低,致使计算出的低于实际值B1I2IBS再次假设时取为使计算结果能较快收敛,常按经验公式取SKSSK。3S假设114，重新计算2337项中有关各项S16451323116，查表1097，000962WBSKNMK270675，14815PSF280659TB2913983T1T301272T2T311206A/CM，81A/CM1TH2TH352963AF362129A，2171A1T2T371145误差，仍大SK164513再假设,重新计算2337项中有关各项453S23115，查表10975，000962WBSNMK27067，14925PSF2806639TB2914087T1T3012815T2T31131A/CM，836A/CM1TH2T352985AF362214A，224A1T2T371149误差，合格SK15490138定子轭部磁密112JJAB60921338T59339转子轭部磁密22JJ646040从表的D23磁化曲线找出对应上述磁密的磁场强度738A/CM652A/CM1JH2J41计算轭部磁压降,其中轭部磁位降校正系数，1236T，于是06381JH0561931JB1JC11JJJJLHCF238730942A613，1199T，于是04952JH064198352JB2JC32265109104JJJJFCHLA62342每极磁势01212984297IIJJF61343计算满载磁化电流012239765279140MDPFIANK244磁化电流标么值352769MKWI6345励磁电抗计算22160317409530154450647DPMSEFSNKXFL6NKWMSSUIX1047965243853工厂设计计算时,往往采用近似的计算方法NE1NKWMSSIXNKMIE112740365KWMMII63近似323参数计算46线圈平均半匝长定子线圈节距PRHDIY221101333784051085219M673其中节距比是平均值829712直线部分长度12061509BILDM683其中是线圈直线部分伸出铁心的长度,取,机座大,极数少者取较大1D3值平均半匝长001920134IVLKM693式中是经验系数,2极取116,4极取12，8极取1250K47端部平均长1022160519BVLDK69348由式子可感知电机定子绕组漏抗为EFLPQNFX12014170除以阻抗基值,便可得定子漏抗标么值NKWKWPUMIZ2112921851515515图33线圈尺寸1211DPXKZMCX713式中,为漏抗系数,等于11ESX2273014450409516038DPEFNXFKLPCMU97249计算定子槽比漏磁导因为是单层绕组,整距,节距漏抗系数101UKL111LUSK04876593其中1012BHU2130765,因,1L21RH8521R75050只在铁心部分有槽漏抗,因而计算槽漏抗时要乘上EFILXSEFIDPSCLKZMX12123016904215XXC74351考虑到饱和的影响,定子谐波漏抗计算XSDPEFXSEFDPXDPKSMKQCZ2121211121232059085664XXC753其中00129以查出。S,31Q52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,可将式子带入XYBDPEFBCLKLX6407211270185640193250XXC7653定子漏抗标么值11825603157SBXXXX54转子漏抗标么值的计算与定子漏抗标么值的计算相似,计算将转子漏抗折算到定子边将转子数据,带入式子中,乘以阻抗折算系数21N21MZPQ和除以阻抗基值,便有214ZKMDPXCZPX221278355转子槽比漏磁导的计算。22LUS709059其中2U0BH51,由LL120218642091864L，查槽下部比漏磁导曲线得到2RH6583421RB56转子槽漏抗标么值XSEFISCLZPMX22123201679243XC80357考虑到饱和影响的谐波比漏磁导可由式子求出,于是转子谐波漏抗标么值212XEFSRPPKZ12XEFSRK2301591486XX381其中00195以查出。R2654P58转子绕组端部比漏磁导计算,于是转子绕组端部漏抗标么值XEFRBCZMPLDX21225300707518051264RXXXEFDCLP38259转子斜槽漏抗按公式计算383250XTBXSKSK2014850315XXC60转子漏抗标么值2214380128