交流异步电动机设计指导书-

1、 交流异步电动机设计指导书编制： 审核： 审定： 批准： 1 综述：1.1 用途：空调制冷系统换热一般采用强制对流，动力来源是通过电动机驱动风扇，在特定的空间要求（风圈、涡壳）下实现一定的风量；即电动机的作用：配合风扇及风道系统，保障整机合适/合理风量要求（注意借鉴/分析母本样机，权衡选取整机合理风量及噪音水平），满足热交换需要；本设计指导书介绍交流异步电动机的设计步骤（包括：基本原理、性能指标、安全指标、环保要求、噪音要求、安装要求、负载要求、控制要求、设计要求、设计资料、开发原则）和设计雷区；希望能通过本设计指导书，使学习人员能够以较快的速度了解并掌握电机设计的要点，能够起到规范电机开发的

2、思路，指导完成对电动机的评估或设计改机工作；1.2 参考资料及标准：GB/T 5157-1991 小功率电动机通用技术条件GB/T 9651-1988 单相异步电动机试验方法GB 12350-2000 小功率电动机的安全要求GB 4706.1-1998 家用和类似用途电器的安全 通用要求JB 4270-1986 房间空气调节器风扇用单相电容异步电动机通用技术条件2 设计步骤：2.1 交流异步电动机的基本原理：2.1.1 异步电动机的原理：异步电动机由定子和转子组成。定子上有可加外界输入的定子绕组，转子上有鼠笼式或线圈式绕组。当把单相电压加在定子绕组上（电容分相），由于相位的变化，就会在电机内部

3、产生一个旋转的磁场，转子绕组（鼠笼横条）切割旋转的磁力线，因而在转子绕组（鼠笼横条）中产生涡旋电流。根据福莱明左手定律，一个有电流通过的导体在磁场中会受到力的作用，于是产生了使转子跟着旋转磁场转的转矩。如果转子与旋转磁场完全同步，转子绕组就不切割磁力线，没有涡旋电流产生，也就不会形成转矩。把转子与旋转磁场的速度差定义为滑差，这是异步电动机特性的一个重要因素。（参见上图）2.1.2 异步电动机的特性：异步电动机的转速/转矩特性曲线。横座标是转速，纵座标是转矩。这一点是旋转磁场的转速，称其为同步转速，当电动机以同步转速运行时，滑差为0，转矩也为0。随着滑差的增大，转矩也渐渐增大，达到峰值后又渐渐减

4、小。异步电动机的工作状态在电动区域，转矩与转子转向相同，磁场与转子同方向，转子转速低，转差在1>S>0；能使异步电动机保持稳定运行的是在这个区域。当负载增大，转速就会降低，滑差增大，转矩也随着增大；当负载减小，转速加快，滑差减小，转矩也随着减小，所以有稳定的平衡点。如果超出这一转矩峰值，当负载增大，滑差增大，转矩反而减小，转速越来越低直至停止。所以这一峰值（最大转矩）又被称为停止转矩。通常把异步电动机的额定工作点设置在这点附近。（参见上图）2.1.3 异步电动机的调速：要对异步电动机进行调速，首先要搞清决定电动机转速的要素。从转速公式中可以看到，一次频率，电动机极数和滑差决定了转速

5、，所以可通过对这三个要素的调节来进行调速。具体有以下几种方法。2.1.3.1 变极数调速：通过外部切换器改变电机的极数，其缺点是速度控制不是连续的，而且一般只有两档。2.1.3.2 抽头调速：在设计/开发电机时，通过调整使用饶组的数量或比例，调整主绕组与副绕组产生的磁力大小，形成不同的转矩特征曲线，在相同负载条件下，可表现出不同的转差及转速。2.1.3.3 调压调速：控制输入电压大小改变电动机的转矩特性，调节滑差。其缺点是需要速度反馈，可调范围窄。2.1.3.4 调频调速：在电源与电动机之间插入变频器，通过对电动机输入电源频率的调节来调速。在空调室内机和是外机的风扇驱动上，最常使用抽头调速，调

6、压调速较少（如：700*700新开结构），在某些特殊场合，为追求较高的效率使用变频调速（如：12SEER管道机室内电机）2.2 交流异步电动机的性能指标：2.2.1 绝缘等级与电机温升：绝缘等级主要反映了电动机能够承受的最大温度指标，除了电动机绕组之外还包括其他绝缘材料，例如：线包与定子之间的绝缘纸、定子与线包使用的绝缘浸漆、电动机使用的温度保护器等，这反映了一个整体性指标，由电动机厂家从设计阶段就需要严格进行考核的重要指标；除电机内部发热部件的温升、环境温度外，还需要预留适当的安全余量，一般室外电机（吸风方式的室内电机，如：高静压风管机）的环境恶劣，温升要求也就严格；一般使用B级绝缘（B级耐

7、温130度）；进口常用E级绝缘（E级耐温120度）；一般慎选F级绝缘（F级耐温155度），在大功率场合不得已条件下使用； 电机的发热来源：线圈阻性发热，电磁转换在定子、转子上形成涡流发热；我们需要重点考核的对象：线圈和轴承；测量方法分别是：温升电阻法和轴承布点方式；如有特殊要求必须在图纸中体现；现企标：线圈温升77K（内电机）/60K（外电机），轴承温度不超95度。另外吸风式按外电机考核；现统一要求温升目标为50 K；2.2.2 堵转试验与电机保护器：堵转试验是模拟一种特殊情况，在启动阶段起始转矩较小的情况下发生异常导致不能正常启动，此时电机绕组上无反电动势，绕组上的电流较大，产生热量集中造成

8、电机温度过高，这种特殊情况下，一般通过在电动机内部典型位置（一般为线包上）设置温度保护器实现防护；电机保护器有两个指标，断开温度和恢复温度；断开温度的选取以电机绝缘等级为最大限值，根据电机的实际情况（外壳材料等）可以选取温度较低的型号；电机保护器为安全认证要求部件，一般需要提供相关认证号；我们现在常用的保护器闭合：82±15；断开：130±5；优选：进口件2.3 交流异步电动机的安全指标：2.3.1 泄漏电流：电动机施加1.06倍额定电压，在额定负载下运行，5s内测试，电动机泄漏电流=<0.5mA；2.3.2 绝缘电阻：室温下，使用DC500V兆欧表，测量电动机绕组与

9、外壳间绝缘电阻不低于100M，温升试验后绝缘电阻应不低于10M；2.3.3 电气强度：电动机绕组与机壳间应能承受50Hz交流电压的电气强度试验无击穿闪络现象，实验电压与时间如下表：额定电压范围额定电压=<130V额定电压>130V一般测试条件AC1000V,历时1minAC1500V,历时1min快速测试条件AC1200V,历时1sAC1800V,历时1s2.4 交流异步电动机的环保要求：欧盟基于环保要求，提出RoHS指令标准，要求具体指标如下：适用均质材料镉及其化合物 <75 ppm铅及其化合物 <800ppm汞及其化合物 <800ppm六价铬及其化合物 <

10、;800ppm多溴联苯 <800ppm多溴联苯醚 <800ppm2.5 交流异步电动机的噪音要求：与电动机相关的空调噪声如下：噪声类型噪声来源长期影响采取措施备注电动机结构噪声转子不平衡、轴承磨损结构干涉、报废电机工艺控制控制配合尺寸链电动机电磁噪声转差率过大老化后噪声加剧限定最大转差低速档启动负载不均匀噪声风扇不平衡、震动、电磁声轴承磨损、扭曲限最大动平衡轴与套配合气流速度高风声风速过高气流紊流灰尘积累后加剧限定最大风速改进风道风叶设计气流经狭隙震动换热器翅片震动形成噪声灰尘积累后加剧限定最小片距消除共振点电动机控制噪声的几个指标：2.5.1 径向跳动：一般内机<0.03m

11、m,外机<0.04mm，可以根据轴长适当调整指标2.5.2 振动速度：一般限值1.5 mm/s（电机动平衡）2.5.3 轴承：轴承选择及与轴端盖配合，主要影响是电机使用一年后的机械噪音，一般推荐选择轴承厂家NSK，NMB2.5.4 启动-运行噪音: 随负载和电机功率的增大，必须注意电机本身的噪音；当电动机转差率较大时，可能会表现出电磁噪声，尤其是在低转速档启动过程中；为全面把握电机的运行特性，配合系统分析，有必要向厂家索要转矩图2.5.5 掉转-高速：50 Hz：电压下降10%，掉转10%；60 Hz：电压下降10%，掉转13%2.5.6 与风扇、风道、空调机配合出现的噪声，请参见专门的

12、噪声解决设计指导2.6 交流异步电动机的典型安装要求与负载要求：2.6.1 电动机及支架、结构、负载承受结构力与运输受力，详见下表：2.6.2 电动机使用过程，受冷热冲击，影响结构：膨胀/收缩系数不一致，配合应力加强（暂按1.5倍）2.6.3 电动机使用的全部转速范围内需要依次校核电机结构，长期使用，风道受影响（如灰尘）、风扇老化、电机老化、结构老化（暂按1.2-0.9倍）2.6.4 电动机及外围附属器件可能出现的失效方式：2.6.4.1 断裂：电机结构尺寸选择参照电机成熟标准；旋转离心力影响风扇强度及转速上限（暂按50%）；固定脚、固定件、配合间隙强度（暂按强度为承力2倍）；2.6.4.2

13、结构失效：电动机内部65Mn高强度弹性止推挡圈（固定紧，不易转动）厚度1.0mm电动机轴65Mn高强度弹性止推挡圈（固定紧，不易转动）厚度1.5mm电动机固定主承力方向2倍，紧配合-活动范围适量（配合噪音分析）电动机固定非主承力方向1.5倍，活动范围不能影响主承力2.6.4.3 功能失效：电动机温升高，保护电动机进水等，造成绕组烧毁电动机供电回路出现异常以上基本要求详见电动机参数2.6.4.4 结构干涉：重力及运输过程冲击影响固定板变形（平面最低点对各边形变角度最大3度）偏心力影响底板承受周期载荷长期疲劳风扇与底板（不小于15mm）、侧面蒸发器(不小于25mm)、风圈间隙（风圈与风扇间隙一般不

14、超5mm）2.6.4.5 噪音：固定板与电机与风扇，配合强度、器件硬度、能否形成缓冲可能形成影响噪音，详细请参见专门的噪声解决设计指导典型安装要求与负载要求如下：结构视图结构嵌入机结构 单轴电机倒装风管机结构 双轴电机横装柜机结构 单轴电机侧装室外机结构 单轴电机侧装负载形式离心式风扇、单侧进风、无涡壳结构、无定向出风离心式风扇、双侧进风、涡壳结构、定向出风离心式风扇、单侧进风、涡壳结构、定向出风轴流式风扇、单侧出风、无涡壳结构、无定向进风支架结构安装受力重力、旋转离心力、不平衡偏心力重力、旋转离心力、不平衡偏心力重力、旋转离心力、不平衡偏心力重力、旋转离心力、不平衡偏心力运输受力承受层叠、震

15、动、冲击、挤压、跌落等作用，与重力配合对电机结构影响承受层叠、震动、冲击、挤压、跌落等作用，与重力配合对电机结构影响承受层叠、震动、冲击、挤压、跌落等作用，与重力配合对电机结构影响承受震动、冲击、挤压、跌落等作用，与重力配合对电机结构影响2.7 交流异步电动机的控制要求：2.7.1 电源形式需要根据当地标准，确定电机要求；（以下电源标注形式仅供参考，需相关认证部门确认）中国电源要求：1PH，220V，50Hz 3N,380V,50Hz欧洲电源标准：1PH，220230V，50Hz美国、日本、韩国：60Hz新开产品：遵照销地标准；借用产品：需要当地化审查2.7.2 引线功能及套管：四速电机黑：超

16、高；白：高速；兰/青：中速；黄：低速；红：公共。三速电机白：高速；兰/青：中速；黄：低速；红：公共。两速电机 黑：高速；兰/青：低速；红：公共。单速电机黑：高速；红：公共。一般电容线棕/橙，引线功能要求与电机原理图对应；一般公共端接保护器，与电容一端和主绕阻相连出线套管一般选用85/105 PVC或更高要求，单端加线扎，长度视具体情况确定；出线方向（整机）向下最优，防止进水及随水进异物如土；引线应注意认证要求；2.7.3 接线端子：不与电脑板相连: 250,187 (AMP或JST),加护套为统一使用空中对接端子，用线束实现接线方式调整四速电机：MOLEX塑体5557-06,端子5556T,参

17、考0010451126；位置要求：1-低速/2-中速/3-高速/4-超高/5-电容/6-公共端三速电机：JST塑体ELR-06V,端子SLM-41T-P1.3E,参考3000195；位置要求：1-高速/2-中速/3-低速/4-公共端/5-电容/6-电容两速电机：AMP塑体172167-1，端子170360-1，参考0010450788；位置要求：1-电容/2-公共/3-低速/4-高速单速电机：MOLEX塑体5557-04,端子5556T，参考0010450279；位置要求：1-高速/2-公共/3-电容/4-电容端子颜色优先选白色；若转速挡分拆形成选择，高速端子选红色，低速端子选白色2.8 交流

18、异步电动机的设计要求2.8.1 转速与电机极数：电动机转速要求由整机组提供，目的是满足整机的风量目标；需要考虑的问题：风扇负载（参考风扇厂家提供的风扇转速-转矩-风量-静压曲线图）、风道结构（风道阻力设计）、换热器（换热器阻力设计）；另外需要特别注意高速噪音（主要表现为空气紊流）和低速噪音（主要表现为电磁异音）；根据交流异步电动机的基本原理，选择合理的电机极数，满足：高速=（0.70.9）*同步转速；低速>=0.4*额定转速，这样电动机的效率较合理，由于转差并不太大所以低速下，尤其是启动阶段的电磁噪声较小；常用的电机极数有：4P、6P、8P、10P；异步电动机常用转速误差范围：高速使用+

19、/-30RPM、中速使用+/-40RPM、低速使用+/-50RPM、微弱使用+/-50RPM；电机转速作为常用衡量指标，必须明确测试环境条件（电机转速与负载关系非常密切，风扇区别、甚至风道区别也可能影响转速），一般情况下需要给外检提供实际风叶，功率较大的电机甚至无法标定转速，这种情况下特别依赖于转矩图；2.8.2 转向与风扇要求：电动机的转向由风扇决定，轴向风扇转向比较容易分辨，离心式风扇分前向和后向两种，需要注意多方确认；用于风扇固定的电机轴端螺母禁锢螺纹旋转方向与风叶旋转方向相反，防止出现长期运转螺母脱落的可能；电机轴端锢螺风叶，使用外螺纹方式好于内螺纹方式2.8.3 电动机的密封性和外壳

20、材料：室外机及使用环境有特殊要求的室内机用电机，一般使用全密封，散热性能不利，需要注意考核；无特殊要求的使用环境，室内机用电机多有散热孔，散热性能较好，需要注意考核进冷凝水可能造成损坏；电动机外壳材料，铝材散热性较好，加工要求较高（模具热注），需要注意时效变形及热膨胀配合应力弱化；钢材加工要求低，但散热性弱于铝材；2.8.4 运转电容：运转电容的选取在电机设计阶段，如果已经确定目标电容规格要求，可以方便物料管理，这一要求，需要在安排电机设计任务时提供，至少提供一个常用的参考系列供设计人员选取；一般情况下风机使用薄膜电容CBB611，也可选择CBB65A-1；电容系列化较完善，认证及可靠性方面较

21、好，并经过长期使用，电机开发中优先选用成熟产品，常用电容规格参数附表：电容参数：型号/容量/电压专用号电容参数：型号/容量/电压专用号CBB611A/1.5uF/450VAC001A3600007CBB65A-1/8uF/450VAC0010401493CBB611A/2uF/450VAC001A3600009BCBB65A-1/10uF/450VAC001A3600251CBB611A/2.5uF/450VAC001A3600007ACBB65A-1/12uF/450VAC0010450792CBB611A/3uF/450VAC001A3600098CBB65A-1/15uF/450VAC0

22、01A3600132CBB611A/3.5uF/450VAC001A3600237CBB65A-1/25uF/450VAC001A3600008CBB611A/4uF/450VAC001A3600018CBB65A-1/30uF/450VAC001A3600032CBB611A/4.5uF/450VAC001A3600232CBB65A-1/35uF/450VAC001A3600021CBB611A/5uF/450VAC001A3600218CBB65A-1/40uF/450VAC001A3600131CBB611A/6uF/450VAC001A3600257CBB65A-1/45uF/450

23、VAC001A3600225CBB611A/8uF/450VAC001A3600134CBB65A-1/50uF/450VAC001A3600030CBB611A/12.5uF/450VAC001A3600254CBB65A-1/55uF/450VAC001A3600255CBB65A-1/7.5uF/450VAC0010450991CBB65A-1/60uF/451VAC0010401954电动机施加1.2倍额定电压、额定频率，带额定负载、常温下，在启动和运转过程中，电容器两端电压不应超过电容器铭牌标注额定电压？一般，常用电容耐压450VAC2.9 交流异步电动机的设计资料：2.9.1 电机

24、图纸，应包含的基本项目见“性能指标、安全指标、安装要求、负载要求、控制要求、设计要求等”，注意事项如下：以下也是电机厂家需要严格控制的主要组成2.9.1.1 电机剖面图应体现温度保护器位置2.9.1.2 电机元器件清单应明确定子-转子使用硅钢片的厂家及型号系列2.9.1.3 电机元器件清单应明确转子使用压注铝材的厂家及型号系列2.9.1.4 电机元器件清单应明确定子绕线使用的厂家及型号系列2.9.1.5 电机元器件清单应明确使用轴承的厂家及型号系列2.9.1.6 电机元器件清单应明确温度保护器厂家及型号系列2.9.2 电机厂家应提供电机的所有转速挡转矩图2.9.3 电机厂家应提供电机样机绕组温

25、升测试结果2.9.4 电机厂家应提供电机温度保护器认证号或电机认证号2.9.5 开发员需要保留合格空调使用电机的状态记录：2.9.5.1 整机额定条件下（电机稳态）的风量（制冷运行、制热运行、送风运行分别在各挡转速）2.9.5.2 整机额定条件下（电机稳态）的转速（制冷运行、制热运行、送风运行分别在各挡转速）2.9.5.3 整机额定条件下（电机冷态）的转速（电机冷却后上电测试、送风运行，生产线状态）2.9.5.4 对于特殊情况，风管机提供机外静压，无法完成额定条件下的转速（电机冷态和稳态），可以使用变通方案，但是要求必须详细记录变通条件，做到变通条件有效（能复现）、有用（能控制）、有利（简单、

26、实用）2.9.5.5 电动机只带风扇的转速（电机冷却后上电，10分钟和30分钟测试，作为标注电机图纸转速的数据来源）2.9.6 生产指导文件：2.9.6.1 电动机只带风扇的转速，用于检测公司和外检控制入厂部件2.9.6.2 电动机整机条件下冷态转速，用于生产线上抽检控制，稳定质量2.9.6.3 电动机整机条件下稳态转速，用于抽样控制，检查批次质量稳定性2.9.7 电机一旦批量后，在过程中进行更改，除以上资料之外还需要记录修改履历，更新主观件明细，更新认证需要的资料，补充生产文件资料，提供售后切换-使用方法2.10 交流异步电动机的开发原则：2.10.1 不同厂家电机结构尺寸不求统一，但不能影

27、响装配和使用2.10.2 不同厂家电机性能要求一致，以满足整机风量要求为最终目标，风扇转速、整机冷态转速、整机热态转速可以存在区别2.10.3 相同专用号，即使同一厂家的产品，在不同的机型上，因为要求的最终目标：整机风量不一致，风扇转速、整机冷态转速、整机热态转速存在区别，需要重新确认2.10.4 基于以上原则：2.10.4.1 相同专用号的电机，以厂家分类制定各自的图纸标准和各环节测试标准2.10.4.2 相同专用号的电机，以不同机型制定各自的参数标准和各环节测试标准2.10.5 电动机的负载、发热、散热、功率、转速，在整机额定条件、整机生产条件、仅带风扇，都有所区别，要求以满足整机额定条件

28、稳态风量为最终目标2.10.6 近期关于电机轴挡圈变形可能导致风扇不平衡噪音、甚至风扇电机损坏，特要求新开电机参考先进母本，使用轴台方式；若选择挡圈方式，至少使用厚度为1.5mm的高强度弹性挡圈（固定紧，不易转动），材料要求：65Mn；2.10.7 关于控制温升要求方面的建议：企业标准中关于温升的指标要求一般仅作为最大容许指标；作为指导电机开发的温升指标将随售后反映情况动态调整，若实际制作的电机温升超标，需要额外通过多种整机测试，如：整机最大环境（室外机-最大制冷，送风式室内机-最大制冷，吸风式室内机-最大制热）测试跟踪电机表面温度3 设计雷区及规避措施：序号类别雷区解决措施问题警示1设计电机

29、温升太高，在用户环境劣化后表现出（淄博造纸厂粉尘影响通风造成电机最终烧毁）按集团企标或相关适用标准执行，对于更恶劣环境提高标准要求温升太高会造成安全隐患，设计电机时要严格按照需求来设计2设计电机转速太高、整机噪音大，用户投诉（新开120QW/I转速高，吹冷凝水、风声大）限定最高转速；综合能力、性能、噪音、成本各项指标，避免一味提高转速；更换整机重新调试降转速电机转速过高超出风扇最佳设计平衡点，效率得不到保证；转速过高、风速集中形成涡流，噪音影响用户使用3安装电机胶圈与电机支架轴向，径向配合不良（5HP风管机，固定不平衡；及电机固定板强度不足，导致共振）轴向径向采用0-0.2mm过盈配合轴向径向会引起电机晃动，使整机震动大，噪音大，严重时会烧毁电机设计轴向径向时要研究过盈间隙4设计室内机风扇电机为PG电机时会出现风速不稳的