毕业设计（论文）150Hz三相异步电机设计与实验

1、目录中文摘要1英文摘要21 绪 论32 ansoft rmxprt简介62.1 ansoft rmxprt概述62.2 ansoft rmxprt使用说明73 异步电机电磁设计123.1 概述123.2 电磁计算给定值与性能指标133.3 额定数据和主要尺寸133.4 磁路计算163.5 参数计算193.6 工作性能计算233.7 起动性能计算254 电机仿真结果284.1电机总体数据284.2 定子相关数据284.3 转子相关数据294.4 材料消耗294.5 额定运行数据304.6 空载运行数据314.7 最大转据点数据314.8 堵转数据314.9 额定工况下的电机参数314.10 电机

2、性能曲线仿真314.11 电机动态有限元分析31结论31致谢31参考文献31150hz三相异步电机设计与实验摘 要： 异步电机是工农业生产中应用最广泛的电机，其性能的提高具有重要意义.在文章中简要介绍了异步电机设计的基础知识，阐述中小型电机的设计方法与步骤，介绍了电磁设计的步骤与计算程序，也述及电机的优化设计。 电磁设计是根据设计技术要求确定电机的电磁负荷，计算转子、定子冲片和铁心各部分尺寸及绕组数据。继而核算电机各项参数及性能，并对设计数据做必要的调整，直到达到设计要求。 本文也简单介绍了ansoft rmxprt软件的基础知识。ansoft rmxprt。电机设计领域应用最广泛的软件之一。

3、学会使用ansoft rmxprt进行电机的设计与仿真。关键词：电动机；设计；性能优化；ansoft rmxprt。 abstract: the induction motor is the most widespread electrical machinery in the industry and agriculture production. its performance enhancement has the vital significance.in this article,the elementary knowledge of the induction motor desi

4、gns is briefly introduced.the method and the step of the middle and small scale electrical machinery design is also elaborated.the electromagnetism design step and the design computational procedure is introduced. the optimized design of the electric motor is also mentioned.ansoft rmxprt is the comp

5、uter-aided design domain applies one of most widespread tools.its brief uses in the motor design and simulation is introduced in this article.keywords:the electric motor;design;the performance optimizes;ansoft rmxprt.1 绪 论1.1 异步电动机的用途与分类异步电机是一种交流电机。根据电机的可逆原理，它可作电动机，也可作发电机。但由于做发电机工作性能较差，故主要作为电动机使用。它可

6、以是三相的，也可以是单相的，前者主要用于工农业生产，后者则广泛用于各种民用电器和电动工具。 异步电机与其他各种电机相比，具有结构简单，运行可靠，价格低兼等优点，所以它的用途十分广泛。在电网的总负荷中，异步电机的用量约占60以上。但是，异步电机也有一些缺点，主要是：不能经济地在宽广的范围内调速，必须从电网吸取滞后的电流、使电网的功率因数降低。随着电子技术的发展，半导体变流调速系统的出现，异步电机的应用范围进一步扩大，一些采用直流电机的调速系统正在被异步电机所替代。 异步电机运行时，气隙中的旋转磁场与转子绕组之间存在相对运动，依靠电磁感应作用使转子绕组中感应电流产生电磁转矩，从而实现机电能量转换。

7、由于转子转速与旋转磁场转速之间存在差异，故称异步电机。又因转子电流是靠电磁感应产生的，因此异步电机也称为感应电机。从电磁关系方面看，异步电机和变压器很相似，研究变压器的许多方法可以用于异步电机。异步电动机的种类很多，从不同的角度考虑，有不同的分类方法。按照相数来分，有单相异步电动机，三相异步电动机。大功率机械拖动时，一般都用三相异步电动机，又包括单鼠笼式异步电动机、双鼠笼式异步电动机和深槽式异步电动机。按机壳的保护方式分，有防护式异步电动机、封闭式异步电动机，以及防爆式异步电动机。按定子频率分，有低频电动机，中频电动机和高频电动机。本文主要讨论了中频异步电动机的设计，与普通50hz电机相比，具

8、有转速高、体积小、单位输出功率大、振动小、转速稳定、噪声小并可变频变速等优点。它可用高速钻孔、精密磨削、气流纺纱、激光通讯、测距、水下摄影、驱动分子式真空泵高速叶轮、导航设备和各种驱动装置。1.2异步电动机设计的任务与过程电机设计的任务是根据用户提出的产品规格、技术要求、结合技术经济方面国家的方针政策和生产实际情况，运用有关的理论和计算方法，正确处理设计时遇到的各种矛盾，从而设计出性能好、体积小、结果简单、运行可靠、制造和使用方便的先进产品。在设计前和设计过程中，设计人员还应认真进行调查研究，听取有关人员的意见和建议。注意理论与实际，设计与工艺相结合。例如深入现场，访问用户和查询有关技术资料等

9、，一边以便对所设计电机的技术要求、现状、发展趋势、生产经验与现有加工条件等有所了解，从而为具体的设计打下坚实的基础，减少设计差错。电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，这就难免会遇到错综复杂的矛盾。因此设计人员必须全面的、综合的看问题，并能因时因地制宜，针对具体情况采取不同的解决方法。电机设计时通常会给定下列数据：（1）额定功率；（2）额定电压；（3）相数及相间连接方式；（4）额定频率；（5）额定转速或同步转速；（6）额定功率因数。对电机的技术要求通常在有关的国家标准或技术条件中规定，其内容视具体电机而异。电机设计的过程可分为：（一）准备阶段通常包括两方面内容。首先是熟

10、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和要求；然后在国家标准有关规定及分析相应资料的基础上，编制技术任务或技术建议书。如果没有适当的国家标准，便需编制所设计产品的技术条件。技术条件在一定程度上可以看作是制造厂与用户间的一种技术协议，它是指导全部设计工作和产品验收时的技术依据。技术条件可按单个产品制定，也可根据整个系列或某种型式的电机来制定。（二）电磁设计：本阶段的任务是根据技术任务书的规定，参考生产实践经验，通过计算和方案比较，来确定与所设计电机电磁性有关的尺寸和数据，选定有关材料，并核算电磁性能。（三）结构设计：结构设计的任务是确定电机的机械结构、零部件尺寸

11、、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。最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。结构设计通常在电磁设计后进行，但有时也和电磁设计平行交叉的进行，以便相互调整。对于新产品或重大产品，根据需要，设计过程还可再细分成若干小阶段，例如在准备阶段之后，增加初步设计或扩大初步设计阶段。1.3异步电动机主要性能指标异步电动机性能指标有：（1） 效率：电动机输出机械功率与输入电功率之比，

12、通常用百分数表示。（2） 功率因素：电动机输入有效功率与视在功率之比。（3） 起动电流：电动机在额定电压、额定频率和转子起动时从供电回路输入的最大稳态方均根电流。（4） 起动转矩：电机在额定电压、额定频率和转子起动时所产生的转矩的最小测得值。（5） 最大转矩：电动机在额定电压、额定频率下所能产生的最大稳态异步转矩。（6） 噪声：电机在空载稳态运行时的a计权声功率级（db），以及在额定负载运行时超过空载运行的噪声声功率级增量。（7） 振动：电动机在空载稳态运行时振动速率有效值。2 ansoft rmxprt简介2.1 ansoft rmxprt概述rmxprttm是旋转电机专业设计软件，能快速计

13、算各种电机（感应电机、同步电机、电子或机械换向电机等）的性能指标。rmxprttm还能快速地对成百上千种设计方案进行评估，并可对预选方案进行设计优化，优化设计后的方案可根据模型的对称性，自动生成合理的二维/三维电磁场有限元分析模型。rmxprttm为工程人员在产品设计过程中及时地评估和平衡设计方案提供了有效工具。随着电机应用领域的不断拓展，工程设计人员在产品小型化、高效率以及高性能方面面临越来越多的挑战。rmxprttm帮助电机制造者，在设计过程的初始阶段制定成百上千种方案，同时对其性能进行评估，从中优选出最佳、合理的设计方案。rmxprt与ansoft的maxwell集成在同一设计环境中，设

14、计者可单独使用rmxprttm，也可将其优选出的设计方案自动生成二维/三维有限元分析模型，用maxwell对电机进行更精确的电磁场分析设计, 实现电机解析-有限元自动设计流程。rmxprt具有以下特点：（1）windows风格介面，模版化参数输入: 工作条件,几何尺寸, 材料特性等 （2）基于经典的电机分析理论和等效磁路法的快速解析分析 （3）提供美国、中国材料库和公制、英制单位 （4）自动排列多种绕组型式或用户自定义任意绕组连接方式 （5）无刷电机、开关磁阻电机和永磁同步电动机的驱动线路类型、控制方式及开关管参数可设定 （6）直流电机详细的换向器和电刷参数可设定 （7）输入数据自动验证功能

15、（8）提供丰富的预设计电机模型库 （9）自动设计功能: 槽形尺寸、线圈匝数、线规、起动电容等 （10）求解时考虑材料非线性特性、三维斜槽和端部效应 （11）参数化和优化设计功能：尺寸等参数无需指定，可用一定变化范围的变量表示 （12）数据、图形、自定义结果输出模式 （13）多种负载种类2.2 ansoft rmxprt使用说明2.2.1 rmxprt一般流程图2.1 rmxprt一般流程2.2.2 rmxprt在三相感应电机设计中的应用2.2.2.1 感应电机分析方法三相感应电机的定子绕组通常连接到对称的三相电源上。定子绕组由 p 对极，在空间成正弦分布。定子电流产生旋转磁场。转子绕组一般为鼠

16、笼型，其极数自动与定子绕组保持一致。转子导条中感应的电流反过来又产生第二个旋转磁场。这两个旋转磁场在电机气隙中产生合成磁场。气隙合成磁场与转子导条电流相互作用产生电磁转矩，使转子按磁场旋转的方向旋转，同时有大小相同方向相反的转矩作用于定子上。定子绕组分为 p 组线圈，每一组都按三相对称分布，在电机中占据 d/2p 空间，此处d为气隙直径。 因而气隙磁场有p个周期，定子绕组具有p对极。 由于三相对称，可建立如图一所示的一相等值电路,对三相感应电机进行性能分析。图2.2 异步电机等效电路图中，r1和r2分别为定子电阻和转子电阻；x1为定子漏电抗包括槽漏抗、端部漏抗和谐波漏抗；x2为转子漏电抗包括槽

17、漏抗、端部漏抗、谐波漏抗和斜槽漏抗。由于漏磁场有饱和现象，x1和x2为非线性参数。等值电路的各项参数均与定子电流、转子电流有关。由于集肤效应r2和x2均为由图2.2所示的分布参数电路导出的等效值，且随转差率s变化。所有转子参数都折算到定子侧。图2.3 分布参数等效电路在激磁支路中，xm为激磁电抗，rfe为铁心损耗所对应的电阻。xm是经过线性化处理的非线性参数，其数值随主磁场的饱和程度而变化。外施相电压 u1时，可方便地由电路分析得出定子电流i1和折算到定子侧的转子电流i2。电磁功率（或称气隙功率）可由下式确定： = 3*/s电磁转矩为： = /式中为同步转速，单位：rad/s轴端输出机械转矩为

18、：=-式中为风阻和摩擦转矩输出功率为： =* 式中=*（1-s）为转子转速，单位：rad/s输出功率： =+式中，为风摩损耗，为转子铜损耗，为铁心损耗，为定子铜损耗，为杂散损耗。 功率因素由下式确定：pf =/ (3*) 效率由下式确定：eff =/*100%2.2.2.2 rmxprt设计感应电机的主要特点（1） 线圈和绕组的排布优化设计当设计者采用全极式单层绕组式 rmxprt将自动对绕组按链式(当q=2)或交叉式(当q3的奇数) 进行排布，以减少绕组端部长度。（2） 支持任何单、双层绕组设计的绕组编辑器对于具有交流多相绕组的电机，除常用的链式、叠式、同心式和交叉式单、双层绕组外，rmxp

19、rt还提供一种非常灵活的绕组编辑器，使用户可以根据自己的需要，设计出各种特殊绕组，如单双层混合绕组、大小相待变极多速绕组、三相正弦绕组等。在绕组编辑器中，通过改变每个线圈的相属phase、匝数turns、入边槽号out slot，可排布出任意所需的单、双层绕组分布形式。（3） 支持二十多种槽型单、双层鼠笼转子设计将鼠笼转子槽分为1圆肩梨形、2斜肩梨形、3斜肩梯形、4圆肩梯形等四种槽型，配以双层式（上层top、下层bottom）和半槽式 (half slot) 处理，可设计出二十多种槽型。（4） 任何运行工况下都考虑非线性参数和分布参数的影响由于主磁场存在饱和现象，激磁电抗xm为非线性参数。漏磁

20、场亦有饱和现象，定、转子漏电抗x1和x2也为非线性参数。由于集肤效应，r2和x2均为由分布参数电路导出的等效值，且随转子滑差s变化。rmxprt对电机的任何运行工况都考虑了饱和与集肤效应的影响，因而非线性参数计算和分布参数计算准确度高。2.2.2.3 rmxprt设计输入（1） 主要性能设计在相关窗口中输入额定输出功率、额定电压、极数、频率、额定转速、杂散损耗、风磨损耗、铁心长度、铁心叠压系数、硅钢片牌号与其b-h曲线、电机工作温度、绕组联结方式和负载类型。（2） 设计定子铁心和定子绕组在定子选项中输入定子内径、定子外径、槽数、槽型、槽型尺寸、绕组类型、槽绝缘厚度、线圈伸出铁心直线部分长度、并

21、联支路数、每槽导体数、线圈跨距、并绕根数、导线漆膜厚度、导线直径和线规代号。（3） 设计转子铁心和转子鼠笼绕组在转子选项中输入径向气隙长度、转子内径、转子槽数、槽型与槽形尺寸、转子材料、槽型的组合变化、通风槽形式、斜槽（转子槽距的倍数）、导条伸出铁心长度、端环径向高度、端环轴向宽度、导条电阻率和端环电阻率。2.2.2.5 rmxprt设计输出点击rmxprt的analyze all选项，观察仿真结果。仿真结果包括：（1）主要性能数据（2）定子数据（3）转子数据（4）额定运行数据包括定子电阻、定子漏抗、转子电阻、转子漏抗、铁损等效电阻、激磁电抗、定子相电流、铁损电流、激磁电流、转子相电流、定子绕

22、组铜损、转子绕组铜损、铁心损耗、风摩损耗、杂散损耗、输入功率、输出功率、输出转矩、效率、功率因素、额定转差率和额定转速。（5）空载运行数据包括空载定子电阻、空载定子电抗、空载转子电阻、空载转子漏抗、空载定子电流、空载铁心损耗、空载输入功率、空载功率因数、空载转差率和空载转速。（6）最大转矩点数据包括最大转差率、最大转矩、最大转矩与额定转矩比和最大转矩点的相电流。（7）堵转数据包括堵转转据、堵转相电流、堵转转矩与额定转矩比、堵转电流与额定电流比、堵转定子电阻、堵转定子漏电抗、堵转转子电阻和堵转转子漏电抗。（8）额定工况下的电机参数包括定子槽漏抗、定子绕组端部漏抗、转子槽漏抗、转子绕组端部漏抗、转

23、子绕组谐波漏抗、斜槽漏抗、槽满率、定子绕组系数、定子齿磁通密度、转子齿上部磁通密度、转子齿部磁通密度、转子轭部磁通密度、气隙磁通密度、定子齿安匝、转子齿部安匝、定子轭部安匝、转子轭部安匝、气隙安匝、定子轭部磁路长度修正系数、转子轭部磁路长度修正系数、齿饱和系数、感应电压系数、定子电流密度、定子线负荷、定子热负荷、转子导条电流密度、转子端环电流密度和定子绕组半匝长。（9）性能曲线包括转速-输入电流曲线、转速-效率曲线、转速-功率因数曲线、转速-输出功率曲线、转速-转矩曲线。设计者可根据设计输出确定电机的修正或优化方案。 3 异步电机电磁设计3.1 概述本文设计的电机额定频率为150hz。为了加工

24、方便，参考频率为50hz的y2系列电机的相关尺寸进行设计本文参考的电机型号为y2-280m-4。采用的主要尺寸及相关参数如下：铁心长度： 270mm气隙长度： 0.5mm定子冲片外径： 445mm定子冲片内径： 300mm转子冲片内径： 100mm并联支路数： 4根，联结绕组型式： 双层叠绕线圈跨距： 15顶转子槽数（z1/z2）: 60/50为了设计方便，定子槽型及尺寸参考已有电机。由于电机的额定频率不同，其功率发生了变化。本文所设计电机的功率定为200kw。根据异步电机定子端感应电动势公式：在定子电流频率增加的情况下，要保证电机内部主磁通基本不变，则需减少定子线圈匝数。为保证一定的槽满率，

25、需增加定子线径。由于减少了每条导体数，起动电流增加。同时由于额定频率增加，起动转矩会大幅下降。本设计通过改变转子槽型，达到改善起动性能的目的。电机设计是一个复杂的过程。除上述问题外，设计中还牵涉到电机各部分磁密、电流密度、效率、输出转矩、功率因数等诸多方面的限制。要使所设计的电机性能更加优越，则需要一系列详细的计算与设计者的设计经验。3.2 电磁计算给定值与性能指标电机设计时应满足设计任务书规定的各项指标要求，而一般的三相感应电机应满足下列性能指标：（1）效率（2）功率因数cos（3）最大转矩倍数（4）起动电流倍数（5）起动转矩倍数（6）启动过程的最小转矩同时通常给定感应电动机的下列额定数据与

26、标幺值：（1）额定功率 电动机在额定运行时转轴上输出的机械功率（2）额定电压 电动机在额定运行时所接的电源电压（3）额定频率 电动机在额定运行时的电源频率（4）额定转速 电动机在额定运行时的转速，通常为同步转速根据这些性能指标，我们得出了所设计的150hz三相感应电机的复算方案如下：3.3 额定数据和主要尺寸1 额定功率=200kw2 额定电压(接)3 功电流4 效率5 功率因数 cos=90.96 极对数p=27 定转子槽数8 定转子每极槽数 = /2p=15 = /2p=12.59 确定电机主要尺寸 取铁心长=270mm 定子外径=445mm 定子内径=300mm10 气隙的确定 气隙长=

27、0.5mm 转子外径=299mm 转子内径=100mm11 极距= /2p=0.2356m12 定子齿距=/=0.01571m 转子齿距=/=0.01879m13 定子绕组采用双层叠绕，节距11614 为了削弱齿谐波磁场的影响，转子采用斜槽，斜1.2个转子齿距。于是转子斜槽宽=0.02276m15设计定子绕组每槽导体数=8每线圈匝数为4每相串联导体数=/=40 每相串联匝数=40/2=2016 绕组线规设计 并绕根数为5导线直径为2.4mm导线漆膜厚度为0.05mm17 设计定子槽型 因定子槽型为圆导线散嵌，故采用梨形槽，齿部平行。初步取=1.4t,估计定子齿宽=/= 0.01571*0.67

28、/0.95/1.4=0.007914m初步取=1.25t,估计定子轭部计算高度为 =/2 =0.2356*0.68*0.67/2/0.95/1.25=0.04520m按齿宽和定子轭部计算高度的估算值作出定子槽型，槽口尺寸参考类似产品决定，取bs0=4.0mm，hs0=1.0mm。 图3.1 定子槽型相关尺寸为： hs0: 1mm; hs1: 1.12mm; hs2: 25.28mm bs0: 4mm; bs1: 7.9mm; bs2: 10.6mm定子齿宽计算： 定子上部齿宽=0.00803mm定子下部齿宽=0.00798mm齿部基本平行，齿宽=0.00801mm（平均值）18 槽满率 槽面积

29、=277.946 因此槽满率=0.69（符合要求）19 绕组系数 分布因数=1 节距因数=0.9567 定子绕组系数=0.9567 每相有效串联导体数=40*0.9567=38.26820 设计转子槽型与转子绕组相关尺寸为： hs0：2mm； hs01：0mm； hs1：0.49mm； hs2：25mm bs0：0.9mm； bs1：0.9mm； bs2：4.2mm； rs：0mm 图3.2 转子槽型 转子齿宽由相关公式计算得：=0.01005m导条截面积=65.99由工艺及电流密度确定端环高度: 61.5mm 端环宽度：25.1mm由此计算出的端环电流密度为 =1.1a/ 3.4 磁路计算2

30、1 计算满载电势初设=0.9762，得 =0.9762*380v=370.956v22 计算每极磁通初设=1.141，查得=1.0839，得 =/4=370.956/4/1.0975/0.9567/150/20=0.02981wb23 每极下齿部截面积 =0.95*0.27*0.00801*15=0.03082 =0.95*0.27*0.01005*12.5=0.0322224 定子轭部计算高度= -+ = -（1+1.12+25.28）* + m =（0.0725-0.0284+0.00177）m=0.04587m 转子轭部计算高度=m =（0.0995-0.0275）=0.072m 轭部导

31、磁截面积=0.95*0.27*0.04587m=0.01177=0.95*0.27*0.072m=0.0184725 一极下空气隙截面积 =0.2356*0.27=0.0636126 找出计算极弧系数=0.67 由此求得波幅系数=1.492527 气隙磁密计算 =/=0.6979t28 对应于气隙磁密最大值处得定子齿部磁密 =/=1.4413t29 转子齿部磁密 =/=0.9819t30 从dr510的磁化曲线上找出对应上述磁密的磁场强度 =15.041a/cm； =3.69a/cm 图3.3 dr510磁化曲线31 有效气隙长度 =0.63mm 其中，气隙系数由相关公式计算得=1.26232

32、 齿部磁路计算长度计算得 =+1/3（）=(1.12+25.28)+5.3/3mm=0.02817m =+=（2+0.49+25）mm=0.02749m33 轭部磁路计算长度计算得 =*1/2=m=0.1567m =*1/2=m=0.06754m34 计算气隙磁压降 =/=352.466a35 齿部磁压降 =44.502a =9.374a36 饱和系数计算 =（+）/=1.141与初设值刚好符合，故假设合格。37 定子轭部磁密计算 =/2/=1.381t38 转子轭部磁密计算 =/2/=0.7970t 39 从dr510磁化曲线上找出对应上述磁密的磁场强度 =11.53a/cm；=2.45a/

33、cm40 计算轭部磁压降 =79.38a =11.77a其中，、为校正系数，=/。其值可查表求得。=0.49，=0.741 每极磁势 =+=497.492a42 计算满载磁化电流 =39.236a43 磁化电流标幺值 =/=0.223644 励磁电抗计算 =4=9.454 =/=4.365工厂计算时，往往采用近似的计算方法 =1/=4.4723.5 参数计算45 线圈平均半匝长定子线圈节距=其中节距比=1。 直线部分长度=+2=0.27+2*0.015其中，是线圈直线部分伸出铁心的长度，取10-30mm。机座大，极数少者取较大值。平均半匝长 =+=552.081mm式中是经验系数，4.6极取1

34、.2。46 端部平均长 =2+=2*0.015+1.2*0.2628=0.3454m47 感应电机定子绕组的漏抗为=4除以阻抗基值=,便可得定子漏抗标幺值=()式中=+,为漏抗系数，等于=0.0540048 计算定子槽比漏磁导。因为是整距双层绕组，节距漏抗系数=1。=+=1.6382其中，=+=0.25+0.1882=0.4382 =1.2，因=2.385， =0.74549 只在铁心部分由槽漏抗，因而计算槽漏抗时要乘：=0.363650 考虑到饱和影响，定子谐波漏抗可计算如下：=0.3314其中=0.006可由=5，=1查表得出51 双层叠绕组的端部漏抗计算如下=1.2（）/=0.17855

35、2 定子漏抗标幺值 =+=0.0471753 转子漏抗标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。则有 =2/54 转子槽比漏磁导的计算 =7.332其中=/=2.49/0.9=2.767 =+=0.544+4.021=4.565，=4.021由 =0.214，=5.952查曲线得到。55 转子槽漏抗标幺值 =2.20356 考虑饱和影响，转子谐波漏抗标幺值为 =0.4550其中=0.0055以=12.5查表得出。57 转子端部漏抗标幺值 =0.1277其中=0.2285m。58 转子斜槽漏抗计算 =0.5（/）2=0.298159 转子漏抗标幺值 =+=0.16746

36、0 定转子漏抗标幺值之和 =+=0.214661 定子绕组直流电阻计算为： =0.00662其中=0.0217*为b级绝缘平均工作温度75摄氏度时铜的电阻率。62 定子绕组相电阻标幺值 =0.00305663 有效材料的计算感应电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 =42.68kg其中，c是考虑导线绝缘和引线重量的系数，漆包圆铜线c=1.05；=8.9*kg/是铜的密度。 硅钢片重量 =248.39kg其中，=0.005m是冲剪余量。=7650kg/是硅钢片密度。64 计算转子电阻并将其折算至定子边(+)=0.01031其中，

37、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=1.04。=0.0434*是b级绝缘平均工作温度75摄氏度时铝的电阻率。 =/=0.00476065 定子电流有功分量标幺值计算 =1/=1.040166 转子电流无功分量标幺值计算 =0.2365其中系数=1+/=1.0110.67 定子电流无功分量标幺值计算 =+=0.465068 满载电势标幺值计算 =1-=1-()=0.9751与第21项初设值=0.9762的误差小于1%，合格。69 计算空载电势标幺值 1-=1-=0.98970 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=1.465t；=16.8

38、8a/cm 71 空载时转子齿部磁密及磁场强度 =0.9981t；=3.81a/cm72空载时定子轭部磁密及磁场强度 =1.401t；=12.61a/cm73 空载时转子轭部磁密及磁场强度 =0.8084t；=2.54a/cm74空载气隙磁密 =0.7095t75 空载时定子齿部磁压降 = =47.55a76 空载时转子齿部磁压降 = =10.47a77 空载时定子轭部磁压降，此时=0.493 =97.40a78 空载时转子轭部磁压降，此时=0.695=11.92a79 空载时气隙磁压降 =357.59a80 空载时每极磁势 =+=525.93a81 空载磁化电流 =39.10a感应电机的空载

39、电流可认为近似等于空载磁化电流。感应电动机从空再到额定负载，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即可。3.6 工作性能计算82 计算定子电流标幺值 =1.130 =198.172a83 定子电流密度 =2.74a/84 定子线负荷 =25273a/m85 转子电流标幺值 =1.0493导条电流实际值=184.341a端环电流实际值=367.01a86 转子电流密度导条电密 =6.414a/端环电密 =1.094a/87 定子铜损耗的标幺值 =,0.00380 =780.005w88 转子铝损耗的标幺值 =0.00527 =1050.98w89

40、负载时的附加损耗取=0.01 =2000w90 机械损耗参考同类型相近规格电机由空载试验分析计算得出的数据 =728.00w =/=0.0036491 铁损耗此部分由于电机频率为150hz，普通经验公式不适用，此部分由软件计算为 =3480.87w =/=0.017492 计算总损耗标幺值 =+=0.0401993 输入功率标幺值 =1+=1.0401994 可求出效率为 =1-/=96.14%误差0.5%，合格95 功率因数cos=/=0.91296 额定转差率计算 =0.521%97 额定转速 =4476r/min98 最大转矩倍数计算 =2.7553.7 起动性能计算99 假设起动电流

41、=3.1=1493a100 起动时产生漏磁的定转子槽磁势平均值计算 =0.707=2.098=4425a由此磁势产生的虚拟磁密计算如下： =5.906t其中修正系数=0.64+2.5=0.9410101 起动时漏抗饱和系数可查表得出 =0.36， 1-=0.64102 漏磁路饱和引起定子齿顶宽度的减小 =（）（1-）=0.00749m103漏磁路饱和引起转子齿顶宽度的减小 =（）（1-）=0.01145m104 起动时定子槽比漏磁导计算 =1.4092其中，=0.2290 105 起动时定子槽漏抗 =0.3126106 起动时定子谐波漏抗 =0.1168107 起动时定子漏抗 =+=0.034

42、16108 计算考虑集肤效应时的转子导条相对高度 =3.2112其中=27.49mm=0.02749m是导条高度。109 集肤效应引起的电阻增加系数和漏抗减小系数可查得=/=5.8 ，=0.55110计算起动时转子槽比漏磁导的减小 =2.565于是起动时转子槽比漏磁导 =（）=2.7128111 起动时转子槽漏抗 =0.8155112 起动时转子谐波漏抗计算 =0.1638113 起动时转子斜槽漏抗计算 =0.1073114 起动时转子漏抗 =+=0.08157115 起动时总漏抗 = +=0.1158116 计算起动时转子电阻 =0.02250117 起动时总电阻 =+=0.02555118

43、 起动时总阻抗 =0.1186119 起动电流 =/=1479.26a 误差3%，假设合格120 起动电流倍数 =7.535121 计算起动转矩倍数 =（1-）=1.558由上述计算可知电机的一些主要性能指标为：（1）效率=96.14%（2）功率因数cos=0.912（3）最大转矩倍数=2.755（4）起动电流倍数=7.535（5）起动转矩倍数=1.5584 电机仿真结果 根据电磁计算的初步结果，在rmxprt软件中输入相应的数据，经过软件的仿真，会得到相应的性能参数，运行参数及一些性能曲线。4.1电机总体数据1 给定输出功率 200kw2 额定电压 380v3 绕组联结形式 联结4 给定转速

44、 4450r/min5 电机极数 4极6 额定频率 150hz7 杂散损耗 2000w8 风摩损耗 678.5w9 负载类型 恒功率负载10 电机工作温度 754.2 定子相关数据11 定子槽数 6012 定子外径 445mm13 定子内径 300mm14 定子齿上部宽 8.032mm15 定子齿下部宽 7.982mm16 铁心长度 270mm17 铁心叠压系数 0.9518 硅钢片牌号 m19_24g119 每槽导体数 820 并联支路数 421 并绕根数 422 绕组型式 双层全极式绕组23 线圈跨距 1524 线径 2.4mm25 线圈漆膜厚度 0.05mm4.3 转子相关数据26 转子

45、槽数 5027 气隙长度 0.5mm28 转子内径 100mm29 转子形式 铸铝非半槽30 转子长度 270mm31 转子铁心叠压系数 0.9532 硅钢片牌号 dr51033 斜槽倍数 1.234 端环高度 61.5mm 35 端环宽度 25.1mm36 导条电阻率 0.026337 端环电阻率 0.02634.4 材料消耗38 电枢铜密度 890039 转子导条密度 268940 转子端环密度 268941 电枢铁心硅钢片密度 765042 转子铁心密度 765043 电枢铜重量 42.678kg44 转子导条重量 2.396kg45 转子端环重量 6.090kg46 绕组铁心硅钢片重量

46、 132.499kg47 转子铁心硅钢片重量 115.893kg48 总净重量 299.556kg49 绕组铁心硅钢片消耗 393.826kg50 转子铁心硅钢片消耗 178.963kg4.5 额定运行数据51 定子电阻 0.0066252 定子漏抗 0.102253 转子电阻 0.0103054 转子漏抗 0.0362655 铁损等效电阻 118.58356 激磁电抗 9.453957 定子相电流 198.172a58 铁损电流 3.128a59 激磁电流 39.236a60 转子相电流 184.341a61 定子绕组铜损 780.005w62 转子绕组铜损 1050.98w63 铁心损耗

47、3480.87w64 风摩损耗 927.995w65 杂散损耗 2000w66 总损耗 8039.85w67 输入功率 208.036w68 输出功率 199.996w69 输出转矩 426.62770 效率 96.135%71 功率因数 0.91272 额定转差率 0.0052173 额定转速 4476.56r/min4.6 空载运行数据74 空载定子电阻 0.0066275 空载定子漏抗 0.102876 空载转子电阻 0.0103077 空载转子漏抗 0.372578 空载定子相电流 39.9351a79 空载铁心损耗 3574.59w80 空载输入功率 6234.05w81 空载功率因

48、数 0.09382 空载转速 4499.93r/min4.7 最大转据点数据83 最大转差率 0.0384 最大转矩 1175.4485 最大转矩与额定转矩比 2.75586 最大转矩点相电流 751.756a4.8 堵转数据87 堵转转据 664.89588 堵转相电流 1493.19a89 堵转转矩与额定转矩比 1.55890 堵转电流与额定电流比 7.53591 堵转定子电阻 0.0066292 堵转定子漏抗 0.0743693 堵转转子电阻 0.0487394 堵转转子漏抗 0.17754.9 额定工况下的电机参数95 定子槽漏抗 0.0425296 定子端部漏抗 0.0208897

49、定子谐波漏抗 0.0387698 转子槽漏抗 0.257799 转子端部漏抗 0.01494100 转子谐波漏抗 0.05438101 斜槽漏抗 0.03561102 槽面积 277.964103 槽满率 69.1%104 定子绕组因数 0.9567105 定子齿部磁密 1.4413t106 转子齿部磁密 0.9819t107 定子轭部磁密 1.3818t108 转子轭部磁密 0.7976t109 气隙磁通密度 0.6979t110 定子齿部磁压降 44.502a111 转子齿部磁压降 9.374a 112 定子轭部磁压降 79.380a113 转子轭部磁压降 11.771a114 气隙磁压降

50、 352.466a115 定子轭部磁路长度修正系数 0.4949116 转子轭部磁路长度修正系数 0.7117 齿部饱和系数 1.152118 齿和轭饱和系数 1.411119 感应电压系数 0.9761120 定子电流密度 2.738 121 定子线负荷 25232a/m122 定子热负荷 69.082123 转子导条电流密度 6.413124 转子端环电流密度 1.094125 定子绕组半匝长 552.081mm4.10 电机性能曲线仿真rmxprt在仿真过程中，给出了本电机的一些性能曲线，包括：（1）功率因素-转速曲线（2）输出功率-转速曲线（3）效率-转速曲线（4）转矩-转速曲线（5）

51、输入电流-转速曲线现列出如下：图4.1 功率因数-转速曲线图4.2 输出功率-转速曲线图4.3 效率-转速曲线图4.4 输出转矩-转速曲线图4.5 输入电流-转速曲线4.11 电机动态有限元分析由于电机的运行受到诸多未知因素的影响，若想对电机进行准确的分析，通常采用有限元分析方法。如果要用maxwell 2d继续对电机的动态性能进行二维电磁场有限元分析，可用rmxprt非常方便地创建maxwell 2d的几何模型。下面给出起动后0.07s时的定子磁场云图、转子磁场云图、定子电密和0.07s内的输入电流和输出转矩。图4.6 0.07s时定子磁场云图图4.7 0.07s时转子磁场云图图4.8 0.07s时定子电密图4.9 0.07s内三相输入电流图4.10 0.07s内输出转矩结论毕业设计是教学计划的一个重要组成部分，也是一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次