1.1KW双值电容单相异步电动机设计

1、 毕毕 业业 设设 计计题 目： 1.1KW 双值电容单相异步电动机设计 院系： 电气信息学院 专业：电气工程及其自动化 班级： 0605 学号： 200601010505 学生姓名： 杨 戬 导师姓名： 李 光 中 完成日期： 2010 年 6 月 21 日 诚 信 声 明本人声明：1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果；2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料；3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。作者签名： 日期：

2、年 月 日毕毕业业设设计计（论论文文）任任务务书书 题目： 1.1KW 双值电容单相异步电动机的设计 姓名 杨戬 院 电气信息学院 专业 电气工程及其自动化 班级 0605 学号 200601010505 指导老师 李光中 职称 教授 教研室主任 谢卫才 一、 基本任务及要求： 本课题要求在给定的技术条件下，设计出一个大功率单相异步电动机。在规定的时间 内，完成以下工作： 1、掌握单相异步电动机的原理； 2、单相异步电动机的电磁设计； 3、单相异步电动机的结构设计； 4、提交毕业设计论文。 二、 进度安排及完成时间： 1：第一周至第二周：查阅资料，撰写文献综述和开题报告。 2：第三周至第四周：

3、毕业实习。 3：第五周至第六周：单相异步电动机的定、转子设计。 4：第七周至第八周：单相异步电动机的电磁设计。 5：第九周至第十周：单相异步电动机的结构设计。 6：第十一周至第十二周：单相异步电动机的 CAD 图设计 7：第十三周至第十四周：撰写毕业设计说明书。 8：第十五周至第十六周：6-15 至 6-18，毕业答辩。 目 录摘摘 要：要： .I IABSTRACT:ABSTRACT: .IIII第第 1 1 章章 概述概述 .1 11.1 单相异步电动机设计的任务和步骤 .11.2 单相异步电动机的发展现状及发展趋势 .21.3 单相异步电动机的类型及特点 .3第第 2 2 章章 单相异步

4、单相异步电电容运转电动机的工作原理和设计思路容运转电动机的工作原理和设计思路 .6 62.1 单相异步电容运转电机的特点 .62.2 单相异步电容运转电机的工作原理 .62.4 椭圆形磁势 .9第第 3 3 章章 双值电容单相异步电动机双值电容单相异步电动机 .10103.1 双值电容单相异步电动机的工作原理及特点 .103.2 单相电动机设计思路 .113.2.1 单相电机尺寸的确定.113.2.2 气隙长度的确定.113.2.3 定子、转子槽数的选择及配合.123.2.4 定转子冲片设计.123.2.5 定子绕组设计.133.2.6 齿谐波的消除方法.143.2.7 有效匝比和外接电容器的

5、选择.153.2.8 减少电动机运行时噪音的一系列措施.16第第 4 4 章章 双值电容单相异步电动机电磁方案设计双值电容单相异步电动机电磁方案设计 .1 19 94.1 数据与技术要求 .194.2 冲片及重要尺寸 .194.3 主绕组设计（正弦分布绕组） .234.4 主相参数计算 .254.5 磁路计算 .274.6 副绕组设计 .294.7 起动计算 .304.8 关系式 .334.9 电容运转和双值电容电动机的性能计算 .344.10 主要有效材料用量 .37第第 5 5 章章 单相双值电容异步电动机的结构设计单相双值电容异步电动机的结构设计 .38385.1 电机的基本结构型式 .

6、385.1.1 按通风冷却系统分类.385.1.2 按防护型式分类.385.1.3 按安装结构型式分类.395.2 结构设计的基本内容、原则和方法 .405.2.1 结构设计的基本内容和原则 .405.2.2 结构设计的方法.415.3 单相双值电容异步电动机的机座设计及总装 .43结结 束束 语语 .4646参考文献参考文献 .4747致致 谢谢 .4848附附 图：图： .49491.1KW 双值电容单相异步电动机设计I1.1KW 双值电容单相异步电动机设计双值电容单相异步电动机设计摘 要： 本文主要是按照要求设计一款符合要求的单相异步电动机，其中涉及到单相异步电动机的基本工作原理、型号选

7、择、定转子设计、绕组设计、电磁计算及运行性能等一系列电机专业知识。YL 系列双值电容单相异步电动机根据市场需求自行研制开发的新系列产品，符合国际电工委员会（IEC）推荐中的有关规定。汇集了电容起动异步电动机与电容运行异步电动机的优点，具有起动转矩大、效率和功率因数高、体积小、结构紧凑、外形美观、振动和噪音低、运行安全可靠、使用寿命长等优良性能。重量轻、维护方便等特点。广泛应用于空气压缩机、水泵、风机、制冷、医疗器机械及小型机械等。对只有单相电源的场合尤为适用。关键词：单相异步电动机；双值电容单相异步电动机1.1KW 双值电容单相异步电动机设计IIDesign of single-phase a

8、synchronous motor with two-capacitance value and 1.1 KW outputAbstract: This article mainly is defers to the request to design one single-phase asynchronous motor, in which involves to the single-phase asynchronous motor basic principle of work, model choice, decides and rotor design, winding design

9、, electromagnetic calculation and running performance ,and so on a series of electrical machinery specialized knowledge.YL series single-phase double-value capacitance asynchronous motor is a new series product researched and developed per market demand, in line with relevant regulations of IEC. It

10、gathers merits of capacitance starting asynchronous motor, and has many good performances, such as big starting torque, large delivered power, high efficiency and power factor, small volume, highly structure, wonderful appearance, low vibration and noise, reliable running, long use-life and so on. A

11、lso it is light weight and easy to maintenance. With its merits, it apply widely in air compressor, water pump, draught fan, refrigeration, medical device and other small machine, especially under in single-phase condition.Key words: Single-phase asynchronous motor Double-value Capacitor Single-phas

12、e asynchronous motor1.1KW 双值电容单相异步电动机设计1第第 1 1 章章 概概 述述1.1 单相异步电动机设计的任务和步骤单相异步电动机的任务就是根据使用要求，在总结过去生产经验的基础上，做好充分的调查研究，基于必要和可能，正确处理好电机的结构尺寸，参数和性能之间的矛盾，设计出工作可靠，体积小，重量轻，结构简单，性能良好，制造和使用维护方便的先进产品，以满足国民经济发展的需要。整个设计过程大致是：1、编制设计任务书 这是进行电机设计的第一个环节。它是根据用户对产品提出的技术要求及使用特点，结合设计和制造的可能而编制的。其内容包括设计的知道思想，生产的必要性，产品的用途

13、和使用范围，电机的额定数据，主要性能指标，结构形式与外形安装尺寸等。2、电磁计算主要是根据设计任务书的规定，参照生产实践经验，计算确定定转子匆忙各部分的尺寸，槽数配合；定转子绕组设计，电机磁路、参数、运行性能和起动性能的计算。通过电磁计算所得的电机性能指标必须符合国家标准或设计任务书的要求，否则要进行调整，在电磁计算过和一般选择若干个不同的方案同时进行，然后通过分析比较选择最佳方案。3、结构设计主要是确定各结构部件的结构形式，尺寸，材料等并进行必要的机械计算，同时画出总装备图、分配图和零件图。4、试制和调整设计由于计算方法和制造上的偏差，设计计算能否完全符合电机的性能要求，还需通过样机试制和形

14、式试验检验其性能，如果有某些性能不符合要求，则需要调整设计，1.1KW 双值电容单相异步电动机设计2直至电机设计全部符合要求为止。1.2 单相异步电动机的发展现状及发展趋势单相异步电动机作为电动机的一部分，由于只需单相电源供电，依次它被广泛的应用于小型机床、轻工设备、商业加工、医疗器械、家用电器、日用电动器具、电动工具以及农用水泵、粉碎机等轻功机具。YL 单相双值电容异步电动机是一种电容起动、电容运转的单相异步电动机。具有体积小、容量大、起动力矩大、功率因数和效率高、安全可靠、结构简单、维修方便的特点。单相异步电动机之所以能广泛应用，因为它结构简单、价格低廉、运行可靠、噪声低、振动小、维护使用

15、方便等一系列优点。它与同容量的三相异步机相比，体积稍大，性稍差，因而制成微型或小型。近年来单相异步电动机应用范围越来越广，不公产量上增加、品种增多，而且已向高力能指标，整马力指标电动机发展。单相异步电动机的定子绕组并非只有一个绕组，因为这样的电动机不能产生起动转矩，为了产生起动转矩，单相异步电动机定了上必须安放两个绕组，一个为主绕组，另一个为副绕组，这样才能产生旋转的磁场，其与转子作用，实现电能和机械能的转换。随着电力电子技术和控制技术的飞速发展，新型电力电子器件的不断涌现，变频技术获得飞速发展，使得交流调速性能可以与直流调速相媲美。变频器已经广泛应用于交流电动机调速控制，其最主要的特点是具有

16、高效率的驱动性能和良好的控制特性。电动机变频调速不仅可以节约大量电能，而且变频器自动控制性能的进一步改善也为变频调速系统提供了良好的发展前景。电机自九十世纪末诞生以来，由于它具有锄禾日当午的的优点，发展及为迅速，现在已经成为工农业和产中的主要动力设备，从近百年来的经验可以看出电机制造工业的发展赵势是：1、在保证工作可靠的前提下，缩小体积、减轻重量、提高性能指标数据统计，国际上小型电机的平均重量每十年可降低 20%，从二十世纪的六十年代到七十年代同体积的中型电机容量提高了一倍。随着生产自动化的提高，对电机运行的可靠性也提出了更高的要求。因此，今后电机生产应在保证工作可靠的前提下向体积小、重量轻的

17、方向发展。2、发展系列化、标准化、通用化生产把应用范围、结构形式、性能水平、生产工艺上有共同性的电机，容量从小到大1.1KW 双值电容单相异步电动机设计3按一定的递增规律排列，按国家规定的同意标准生产，做到零部件通用。这样可以使制造和使用部门得到方便，并获得良好的经济效果。为了便于国际交流对外贸易，还要实行由国际电工协会研究和制定的，适用于各类电机功率等级和安装尺寸的国际标准。3、提高单机容量理论分析证明，电机和变压器的单机容量愈高，则单位容量消耗的材料少，愈高。4、异步电机采用无刷励磁方式无刷励磁是由三相旋转电区式交流励磁机装在轴上的旋转整流器以及控制装置三个主要部分组成。5、发展铝线电机“

18、以铝代铜”不仅是我国的一项技术政策，国际上一些国家从降低成本出发，也同样大力发展铝线电机6、发展特种电机随着农业生产的发展，对电机提出了各种各样的的要求，如潜油电机、钻探电机等。7、向自动化生产发展由于各种机械手、电子计算技术和数控机床越来越广泛的应用于电机制造行业，使电机生产的机械加工，定子嵌线等都朝着自动线方向发展。1.3 单相异步电动机的类型及特点根据单相异步电动机起动方法的不同以及起动性能、运行性能的差别，一般分成以下几种类型：电阻起动单相异步电动机电容起动单相异步电动机电容运转单相异步电动机双值电容单相异步电动机（即电容起动与电容运转）罩极电容单相异步电动机各种单相异步电动机的容量范

19、围，与电动机的起动和运行性能有密切关系。例如，电阻起动电动机，由于起动电流大，它的容量上限就受单相电网的限制；电容起动电动机的起动电流小而起动转矩大，所以其容量可大些；电容运转电动机的效率和功率因数高，但起动转矩偏小，为加大起动转矩而选用容量较大的电容器，这又会影响电1.1KW 双值电容单相异步电动机设计4机的运行性能和成本，帮容量一般偏小；双值电容电动机，可兼顾起动及运行性能，它的容量范围可较大。1、 电阻起动单相异步电动机 电阻起动单相异步电动机的定子有两套绕组，一套是主绕组，也叫运行绕组；另一套是副绕组，也叫起动绕组，如图所示。它们的轴线一般在空间上相差电角度，90副绕组通过一个起动开关

20、和主绕组并联接到单相电源上。当转子转速上升到同步速度的 75%-80%时，通过起动形状将副绕组切离电源，由主绕组单独工作。常用的起动开关一种是离心开关，装在电机轴上。当转速达到同步速的 75%-80%时，依靠离心块的离心力克服弹簧的拉力（或压力） ，使动触头与静触头脱离接触，切断了副绕组电路。另一种是起动继电器，常用的有电流型起动继电器。它的吸引线圈串联在主绕组中，起动时主绕组的起动电流较大，使继电器动作，电机的副绕组通过触头接到电源上。随着转速升高，主绕组中的电流减小，减小到一定程度时，继电器复位，副绕组的触头断开，脱离电源。为使副绕组得到较高的电阻与电抗的比值，以使副绕组中的起动电流在相位

21、上超前于主绕组的起动电流，通常采用如下措施：（1）用较细的铜线，以增大电阻；（2）部分线圈反绕，以增大电阻减小电抗；（3）用电阻率较高的铝线；（4）串入一个外加电阻。2、 电容起动单相异步电动机电容起动异步电动机的接线如图所示，它的副绕组与起动电容器串联，经起动形状与主绕组并接后接于电源。副绕组回路阻抗同呈容性，而主绕组的起动是的阻抗呈感性，因此，起动时副绕组的起动电流较主绕组的起动电流超前一个较大的角度。若电容器容量配得合适，可使副绕组电流超前主绕组电流电角度，从而可得到比电阻90起动电动机有更大的起动转矩，而起动电流则较小。由于起动电容器只在起动时使用，且通电时间不长，而一般要求电容量较大

22、，帮常选用电解电容器。3、电容运转单相异步电动机 电容运转异步电动机的接线如图所示。这种电动机不仅在起动时，而且在运行时也是一个两相电机，所以运行时在气隙中可以产生较强是的旋转磁场，提高了它的性能，因而它的功率因数、效率、过载能力都比电阻起动和电容起动的单相电动机好。由于副绕组需要长期运行，帮副绕组电密应与主绕组电密差不多。副绕组串入的电容器，考虑到长期工作的要求，应选用耐应较高的聚丙烯电容器。电容运转单相异步电1.1KW 双值电容单相异步电动机设计5动机的起动性能不好电容起动的单相电动机，它的起动转矩较低，起动电流也较大。4、 双值电容单相异步电动机 双值电容单相异步电动机的副绕组与两个并联

23、的电容器串联后接到电源，如图所示。当电机转速达到 75%-80%同步转速时，通过起动开关将起动电容器切离电源，而工作电容与副绕组继续参与运行。这种电动机的特点是：运行性能及起动性能都较好，电机噪声较小，所以它是单相电机中比较理想的一种电机。5、罩极式单相异步电动机罩极式单相异步电动机的结构分为凸极式和隐极式两种，其原理完全相同。凸极式结构简单，如图所示。隐极式具有分布绕组。凸极式电机的每个极上有集中绕组（即主绕组） 。极面的一边约 1/3 处开有小槽，小槽中放有短路的铜环（叫知路环） 。铜环把部分磁罩了起来，帮有罩极电动机之称。罩极电动机产生的起动转矩很小，它只能使用在轻载起动，即起动转矩小于

24、额定转矩 0.5 倍的情况。由于它的结构简单、制造方便，所以常用在小型电风扇、电唱机等起动转矩较小的场合。1.1KW 双值电容单相异步电动机设计6第第 2 章章 单相异步电容运转电动机的工作原理和设计思路单相异步电容运转电动机的工作原理和设计思路2.1 单相异步电容运转电机的特点运转电容单相异步电动机的接线图如图 1-1。这种电动机不仅在起动时，而且在运行时也是一个两相电机，所以运行时能够产生较强的旋转磁场，他提高了运行性能，因而它的功率因素、效率、过载能力都比电阻起动电机和电容起动电动机好。由于副绕组需长期运行，故副绕组电密应与主绕组电密差不多。副绕组串入电容，考虑到长期运行的要求，应选用耐

25、压较高的聚炳乙烯电容器。电容起动运行电动机的不如电容起动的单相电动机，它的起动转矩较低，起动电流也较大。但是由于风扇电机的起动转矩要求不高，而且要求长期运行，所以单相电容运转电机是最佳的选择！图 2-1 单相异步电动机的接线图2.2 单相异步电容运转电机的工作原理单相电动机是一种在气隙磁场中通过电磁感应实现机电能量转换的电动机，由于其运行转速与电网频率之比不是恒定值，按国家标准规定，在不致引起误解或混淆的情况下，一般也可以称之为异步电动机。普通单相异步电动机在起动后运行时，定子绕组结构主要有两种形式：一种形式是副绕组在起动后脱离，只有主绕组参与工作；另一种形式是副绕组在起动后不脱离，和主绕组同

26、时参与工作。而单相电容运转电动机的副绕组一直和主绕组并联，不会脱离。当主副绕组同时参与工作时，副绕组串有电容，以实现主副绕组电流的分相。当主副绕组的匝比及电容的选择满足一定的关系时可在电机内部产生圆形旋转磁场，我笼型笼型转子转子副绕组副绕组电容电容主绕组主绕组1.1KW 双值电容单相异步电动机设计7们知道，电机在工作时，如果其内部合成磁场是圆形旋转的，则此时电机的各项性能都很好。但此圆形旋转磁场只在某一转差率下才会产生，无法满足在一定的调速范围内使电机内部始终是圆形旋转磁场的要求。电容运行电动机由于定子上主、副绕组处于不同空间位置，并流着不同时间相位电流而产生旋转磁场的，由这一旋转磁场的作用而

27、使电机起动运行。定子绕组由两相绕组（主绕组、副绕组）组成，两绕组相轴夹角为 90，副相外接电容。当两绕组并联接入电压时，由于电容接于副绕组，会使副绕组电流滞后主绕组电流 90电角度，两相绕组产生的磁场合成椭圆磁场，转子即在磁场驱动下旋转。单相电动机中定子产生椭圆磁场，其效率明显低于产生圆形磁场的三相异步电机，其气隙中谐波较大，振动和噪音也较大。当单相异步电动机只有主绕组工作时，其在空间产生的是脉振磁势，这个脉振磁势可以分解成两个大小相等、方向相反，幅值为脉振磁势幅值一半的旋转磁势（如图1-2） 。与转子同向旋转的旋转磁势，称为正序磁势 F+，与转子反向旋转的磁势，称为逆序磁势 F-。在单相异步

28、电动机中，F+F-，但在正常运行时，由于转子绕组对 F-的阻尼作用较强，使 F-的作用远小于 F+，所以正序磁势 F+产生的正序转矩 T+。要大于逆序磁势 F-产生的逆序转矩 T-，所以电机能够旋转起来。但逆序转矩 T-的存在，使单相异步电动机的效率，功率因数，有效材料利用，温升等性能部变差。 F- 图 2-2 正序旋转磁势 F+和负序旋转磁势 F-1.1KW 双值电容单相异步电动机设计82.3 脉振磁势的分解和合成一个集中绕组通电后，在空间产生的是随时间脉振的矩形波磁势，分解后将有各高次谐波分量存在，经适当设计绕组，便可消去高次谐波分量，仅余下基波分量。这样便是在空间以绕组轴线为对称成余弦分

29、布，并随电流周期交变而脉振的磁势。当 t=0时，电流值为最大，则这个余弦分布的脉振磁势可写作：F=Fm cosxcost （式中基波磁势幅值：Fm=0.9Kdp1N1I）这样一个在空间上不动，而幅值是随时间脉振的波就是驻波，一个驻波可以看做是由两个幅值减半，其方向相反的行波合成，即：F=F+F-。就幅值上来看 F+=F-=0.5Fm=0.5(0.9Kdp1N1I)。随着时间的变化，任一时刻的脉振磁势都可以看着是由两个正序和负序旋转磁势所组成的，见图 1-2。脉振磁势的分解，实际上是反映着时间变量向空间向量的转化，其中每一个旋转磁势都具有磁势幅值恒定，转速是频率所确定的同步转速的性质，即为圆形旋

30、转磁势。它们与转子间的作用关糸将因与转子间有不同的转差率而不同。如以 s 代表正序磁势与转子间的转差率，则有： 正序磁式的转差率： s =1-v 负序磁式的转差率： 2-s=1+v (式中 v=n/n1转子的相对转速)把每个磁势对转子的作用计算出来以后，再予迭加起来，便是一个脉振磁势与转子相作用的结果。这就是相对单绕组电机的脉振磁势，采取双旋转磁势的分析方法。单绕组产生的脉振磁势 F 是一对应于绕组中电流 I 的，同样，分解出来的每一个圆形旋转磁势也要对应于绕组中的一个电流分量。分别叫做等效的正、负序电流分量I+、I -。则： F+=0.9Kdp1N1I+ F-=0.9Kdp1N1I-即每个圆

31、形旋转磁势是由绕组中的一半电流所产生，并随时间变化正、负序磁势在空间向着相反方向旋转。1.1KW 双值电容单相异步电动机设计92.4 椭圆形磁势设电动机的定子铁心上放有两套绕组 M 和 A，在空间上，它们轴间的夹角为 电角度，分别对时间 t 作正弦变化的交流电流 m 和 a，且设时间上 a 导前 m 一个 角。仍取电动机气隙圆周空间坐标直线 x=0 与相轴 A 重合。合成磁势幅值的失端点轨迹是一个长轴为 f+和 f-幅值之和，短轴为 f+和 f-幅值之差的椭圆。这就是所谓的椭圆磁势。 如图 1-3 所示。 图 2-4 正序磁势与转子作用的电路图解（a） 转子开路 （b）转子旋转 （c）简化电路

32、有时为了改善电机的性能，故意把电机设计成 90；有时为了通用定子冲片，也会导致两相绕组相轴夹角 90。在这些情况下，为获得圆形磁场，在相位上就必须考虑 +=180这个条件了。总之，椭圆磁势可以分解为两个速率相等，转向相反而幅值不等的旋转磁势。当正、负序磁势大小相等时，就是脉振磁势，当负序磁势待于零时，就成了圆形磁势了。电容运转感应电动机的效率和功率因数较高，但它的起动转矩偏小，如果要加大起动转矩，有时可选用较大电容值的电容器，但这又会影响电机的运行性能和成本，故它的容量一般做得偏小。另外，单相异步电动机与三相异步电动机的主要不同就在于它的不对称。三相对称电动机工作时，内部是圆形旋转磁场。而单相

33、异步电动机在一般情况下，内部则是椭圆形磁场，仅在某一转速上满足条件时才是圆形磁场。FFFZUI1X1E aZUI1X1EmXrs bIZU1EZ c图 2-3 椭圆形磁势1.1KW 双值电容单相异步电动机设计10第第 3 章章 双值电容单相异步电动机双值电容单相异步电动机 3.1 双值电容单相异步电动机的工作原理及特点双值电容单相异步电动机的副绕组与两个并联的电容器并联后串联到电源，当电机的转速达到 70%80%时，通过起动开关将起动电容器切离电源，而工作电容与副绕组继续参与运行。这种电机的运行特点是：运行性能和起动性能都比较好，电机噪音比较小，所以它是单相电机中比较理想的一种电机2.1YLG

34、 系列高起动转矩双值电容单相异步电动机1、概述：YLG 系列高起动转矩双值电容单相异步电动机根据市场需求自行研制开发的新系列产品，符合国际电工委员会（IEC）推荐中的有关规定。本系列电动机采用计算机优化设计，汇集了电容起动异步电动机与电容运行异步电动机的优点，具有起动转矩大、输出功率大、效率和功率因数高、体积小、结构紧凑、外形美观、振动和噪音低、运行安全可靠、使用寿命长等优良性能. 重量轻、维护方便等特点。重量轻、维护方便等特点。广泛应用于空气压缩机、水泵、风机、制冷、医疗器机械及小型机械等。对只有单相电源的场合尤为适用。2、结构特点：YLG 系列高起动转矩双值电容单相异步电动机采用全封闭结构

35、，外壳防护等级为IP44。本系列电动机采用 B 级绝缘材料，绕组具有良好 的绝缘性能与机械强度。接线盒装在电动机的顶部，便于从多个方向接线。离心式起动开关装的电动机内部，电容器装在电动机上方，接线从接续线盒内引出。电动机结构及安装方式有下列三种基本型式： B3 型机座有底脚，端盖上无凸缘；B5 型机座无底脚，端盖有大凸缘；轴伸在凸缘端； B14 型机座无底脚，端盖有小凸缘；轴伸在凸缘端；1.1KW 双值电容单相异步电动机设计113、型号说明： 4、双值电容单相异步电动机接线原理图图 3-1 双值电容单相异步电动机接线原理图3.2 单相电动机设计思路3.2.1 单相电机尺寸的确定 在电机的许多尺

36、寸中，定子冲片外径 D1和铁心长度 l 为电机的主要尺。产品设计主要参考同类型的、规格相近的电机来决定主要尺寸。在这个过程中，为了节省成本和标准化生产，我们使用了已经标准化生产的定子冲片。我们取： D1=155 mm 叠长： L1/L2=95mm/95mm3.2.2 气隙长度的确定气隙长度 的选择非常重要，因为 与电机的参数和性能有很大的影响。对于小电机，G.G.唯诺特提出一个经验公式：YLG8024异步电动机双值电容高启动转矩机座号铁芯长度代号电动机极数笼型笼型转子转子副绕组副绕组起动电容器起动开关主绕组主绕组工作电容器1.1KW 双值电容单相异步电动机设计12=0.013 + （cm）式中

37、，极对数 p 不大于 3。 一般的范围是：=0.020.03 cm 这里我们取经验数据：=0.043.2.3 定子、转子槽数的选择及配合在确定槽数时，需要考虑的因素较多。例如，同机座号的三相电机与单相电机1Q冲片是否通用，对变极电机而言，尚要考虑不同极数之间如何合用冲片。转子槽数与定子槽数的互相配合，对电机性能，诸如起动性能、振动、电磁1Q2Q噪声、附加损耗、效率、温升等有很大的影响，因而要充分注意。有关槽配合应注意下列几条规则：1. 为了减少振动和噪声，应使 Q1-Q21，2，（2p+1） ，（2p+2）2. 为了避免机械特性 T=（s）上的凹点，应使 Q1-Q22p3. 避免机械特性 T=

38、（s）上的死点，应使 Q1-Q22mp（或 2mp 的倍数）4. 要满足 Q1/Q2整数的要求。 根据实际情况和经验，我们选择了合适的槽配合：Q1=36 Q2=323.2.4 定转子冲片设计 有关定转子冲片各部分尺寸的计算公式将在后面的电磁计算程序中介绍。这里仅介绍决定部分尺寸的经验公式。1、定子槽口宽 b，可按经验公式01 当 Q1=36 时，b=0.069+0.075D0101i国产小功率电动机单相异步电动机基本系列的 b范围：01 b =0.220.32cm012、定子槽口高 H =0.050.07cm0s3、 定子槽肩高 H =（11.5）Hcm1s0sPD2004. 011.1KW

39、双值电容单相异步电动机设计134、 平均齿宽 t1 当 p=1 时，t = 11 iD当 p=2 时，t= 11 iDt 是个初试值，一般根据磁路计算结果，可予以调整。15、定子轭宽 式中 定子齿磁通密度与轭部磁通密度之比，唯诺特认为取 =1.15 为佳。但实际上最佳比值与极数有关，极数越少，比值越大，不是个常数。6、转子槽口宽=0.0750.1 cm02b7、转子槽口我们采用闭口槽，0RH =0.020.03 cm0RH8、转子平均齿宽= 2t9、转子轭高2cH =（0.951）2cH1cH3.2.5 定子绕组设计在单相异步电动机的气隙磁场中，谐波磁场的含量较多，次数低，幅值大，可能会产生较

40、大的附加转矩、附加损耗、振动和噪声，从而使电机起动困难，效率降低、温升升高、振动几噪声指标超差。为了削弱电机气隙中的谐波磁场，关键在于正确选择绕组结构形式及精心设计笼型绕组的斜槽。定子绕组的结构形式通常有双层绕组、单层绕组、集中绕组、分布绕组等几种。在小功率电动机中，为了省去层间绝缘，提高槽的利用率，采用单层绕组为好；为了削弱谐波磁场，则以双层绕组为好，尤其以正弦绕组的效果最好。单相异步电机的主、副绕组轴线一般是正交的，即空间相距电角度。它的主、90副绕组所占的槽数通常各占总槽数的 1/2，即主、副绕组等相带各占电角度。但也90有被设计成主绕组占总槽数的 2/3，副绕组仅占 1/3 的，即主、

41、副绕组相带分别为110345. 027. 1QDi110315. 01 . 1QDi)2)(11111ptQBBHtctc)(11ctBB)(11ctBB1 12(0.951)QtQ1.1KW 双值电容单相异步电动机设计14和电角度。对于电容运转的电动机，如果采用这种绕组，副绕组电流仅产生脉12060振的三次谐波磁动分量,由此产生的三次谐波转矩在额定负载运行时其影响基本可以忽略,并且副绕组中的三次谐波分量可采用适当的短矩来加以限制。在本次的设计中，我们选用正弦绕组作为定子绕组。由于每极槽数 Q= =18查得副表 4-1（见中小型电极设计手册机械工业出版社 1994 年 7 月第一版，上海电器研

42、究所）其跨距为：y1=9, y2=7, y3=5 槽线数分配比例为：26.8，25 21.4平均跨槽数 y=7正弦绕组虽然可基本消除高次谐波磁动势（不包括齿谐波） ，但由于它的各个线圈的匝数不同，造成绕线、嵌线工艺复杂，且各槽槽满率不均匀，有些槽利用率不高，影响电机出力。所以，一般还是用于小功率电动机。本次设计的送风电动机对输出力矩要求不高，所以采用正弦绕组是很合适的。对于整马力单相电机，国内已经开始采用主、副绕组不相等的相带（比如分别占和相带）的同心式或交叉式等匝绕组，12060且使用效果好。3.2.6 齿谐波的消除方法在单相异步电动机中，通常含有三次谐波和三倍频的谐波。因此，在设计时应该注

43、意抑制三、五、七等低次谐波磁动势。此外，要更重视齿谐波的影响。定子齿谐波的次数为为：1tv= K=1，2，1tv齿谐波的绕组系数与基波绕组系数相同，即。因此，齿谐波的谐波强11DPdpvtKK度为：1vth = = K=1，2， 1vthPQ111PQK11tv111PQK1.1KW 双值电容单相异步电动机设计15当电机的每极槽数越小，也越小，越大。如果定子次谐波，感应出转子绕1tv1vthav组的 次谐波，而在定子中有第次谐波，且= ，并且在特定的转速下， 和abvbvaa次谐波同步旋转，则与 之间将产生同步附加转矩，若 和次谐波强度足够bvbvaabv大，将严重影响起动性能。为了消除齿谐波

44、，我们在设计中，转子采用闭口槽，有效的减少了齿谐波，提高了电机的起动性能。3.2.7 有效匝比和外接电容器的选择电容运转单相异步电动机的主、副绕组在起动和运行时都是工作绕组。要在起动和运行两种工作状态下都产生圆形旋转磁场是不可能的。因此，一般应兼顾起动和运行两种工作情况，以运行时基本接近圆形旋转磁场为主。由电机学原理可知，两相绕组单相异步电动机产生圆形旋转磁场（或合成的负序磁场为零）的条件是：Wm Im =WaIa+ =180式中 Wm Im 、WaIa 主、副绕组磁动势； 两绕组相轴的空间角度； 主、副绕组电流 Im、I a的时间相位差。单相异步电动机的主、副绕组接在同一单相电网上，靠电容或

45、电阻移相来使副绕组电流与主绕组电流产生一定的时间相位差。对于电容运转单相异步电动机，如欲使它在某一负载运行点获得圆形磁场，应满足如下关系:1122ffXXaRR （1-1）2112cfaXXX由于正序电阻 Rf和正序电抗 Xf均为转差率 s 的函数，故由上式求得 a 和 Xc仅适宜某负载（即某一转差率）时的工作状况。当负载变化时，圆形磁场被破坏。要重新1.1KW 双值电容单相异步电动机设计16获得在圆形磁场下工作，就得按上式重新计算 a 及 Xc的值。电容运转异步电机有效匝比 a 一般取 1.22。它的选取原则，通常偏重于电容器的端电压 Uc接近于电动机的运行电压。电容运转电机的 a 值上限，

46、取决于起动条件。有时过高的 a 会使起动转矩下降。由于要在额定运行时形成圆形磁场，故 Wm Im =WaIa，即 Ia=Im/a。考虑温升问题，应使主、副绕组具有相同的电密才合理，以使两套绕组发挥作用。因此，副绕组导体截面积 Sa=Sm/a。设主绕组电压为 Um，副绕组电压为 aUm，而且两者时间相位差为，则电容器端90电压 Uc为： Uc=22)(mmaUU21aUm可见 a 的上限值也受到 Uc的限制。根据式（3-1）可确定电容值 C，但电容器也有它的标准规格，应取与 C值接近的标准 C 值。电容运转电机选用的电容值见表 3-1：表 3-1 电容运转电动机选用的电容 C 值P2（W）4 8

47、 15 25 40 60 90 120 180 250极数 2p 4 2/4 2/4 2/4 2/4 2/4 2/4 2/4 2/4 2/4C（F） 1 1 1/2 1/2 或 2 2 2/4 或 4 4 4 6 83.2.8 减少电动机运行时噪音的一系列措施电机噪音产生的根源主要是电磁噪音和机械噪音，下面我们从这两方面分别阐述：电磁噪音产生的原因和解决办法：1、适当降低气隙磁密有利于控制电磁噪音电机定、转子空气隙中的交变电磁场会使定转子产生振动和噪音，而且电机定子1.1KW 双值电容单相异步电动机设计17所受到的径向力与气隙磁密的平方成正比。所以电机气隙磁密的大小对电机的振动与噪音的大小有着

48、重大影响，因此选择较低的气隙磁密是减小电机噪音的方法之一，但气隙磁密选择太低，在电机转速与输出功率不变的情况下电机体积会相对地增加，即电机的材料会增加，使成本增加。因此气隙磁密也不能选得太低，空调风扇电机一般控制在 40006000 高斯为好。2、抑制电机气隙磁场中的高次谐波有利于降低电磁噪音作用在电机定、转子空气隙中的气隙磁场除基波磁场外，还有一系列高次谐波磁场，高次谐波磁场的存在也是引起电磁噪音的原因之一。在单相电容电机设计中，一般可以采用转子斜一个定子齿距，定子绕组采用正-绕组，定、转子之间保证 0.04mm的同轴度，定、转子铁心保持有 0.03kg/mm2左右的片间压力，这样，就可大大

49、削弱高次谐波磁场，以至在单相电容电机电磁方案设计中高次谐波磁场可以被忽略，只对基波磁场进行磁路计算和电机性能分析。3、限制电机气隙基波磁场的椭圆率控制电机的电磁噪音在对磁场进行磁路计算的过程中，由于受导线规格、电容规格和定子线圈匝数为整数及其它因素的影响，电机在设计中的额定运行点其基波磁场也不可能是一个圆行旋转磁场，而是一个椭圆行旋转磁场。机械噪音产生的原因和解决办法：1、机械噪音及控制空调风扇电机的机械噪音主要是轴承噪音以及转子转动不平衡、气隙不均匀、电机端盖与铁心配合不恰当或轴承与转轴及端盖轴承室配合不当引起振动产生的机械噪音。2、改善零部件之间的配合有利于降低机械噪音端盖与定子铁心之间的

50、配合一般以过渡配合为好。由于在电机总装中是先将后端盖与定子装配，再装前端盖，因此后端盖应具有防止定子铁心转动的功能，故其配合采用较紧的过度配合 H8/K7。而前端盖为便于拆御，装配和维修电机一般采用较松的过渡配合 H8/JS7。采用过渡配合有利于保证定子与端盖轴承室有较好的同轴度，防止单边磁拉力的产生，因而削弱机械噪音，也可避免薄壁端盖的变形，影响其尺寸精度。空调风扇电机一般选用低噪音密封滚动轴承，装配时先将轴承装到转轴上，它们1.1KW 双值电容单相异步电动机设计18之间应相对固定，故其配合采用较紧的过渡配合 H7/K6。装端盖时，由于滚动轴承只能承受较小的轴向力，因此端盖与外轴承圈的配合采

51、用较松的过渡配合 J7/H6，这种配合既能保证它们之间的不损坏轴承，减小了轴承噪音和振动。另外，由于电机过载能力、起动转矩要求高，故可通过调整槽形尺寸、定子线圈匝数、转子端环尺寸来控制，使电机其它性能有所提高，如：功率因素、电机效率、电机噪音等。也可适当增加定子绕组匝数，或改进槽形和转子端环面积来控制起动转矩过大，这样可使功率因素增加，铜耗下降，提高惦记效率，降低温升。但此时会使用铜量、用铝量增加，这意味着其制造成本会增加，同时也使电机最大转矩提高，而实际负载对过载能力要求不高。因此选择参数时要兼顾各种性能和技术标准。1.1KW 双值电容单相异步电动机设计19第第 4 章章 双值电容单相异步电

52、动机电磁方案设计双值电容单相异步电动机电磁方案设计4.1 数据与技术要求 1、输出功率： 21100PW2、电压： 1220UV3、频率： 50fHZ4、极对数： 2p 5、效率： 79%6、功率因数： =0.95cos7、起动转矩倍数： 1.6stT 8、起动电流： 5stIA9、最大转矩倍数： 1.6mT 10、绝缘等级： B 级4.2 冲片及重要尺寸11、定、转子槽数 136Q 232Q 12、定子冲片外径 115.5Dcm13、定子冲片内径 19.8iDcm14、气隙长度 0.04g 15、转子外径 2129.72iDDgcm1.1KW 双值电容单相异步电动机设计2016、转子内径 2

53、3.8iDcm17、定子铁心长度 19.5lcm18、极距 17.6972ipDcmp19、定子齿距 1110.855iDtcmQ20、转子齿距 2220.954DtcmQ21、定子齿宽1tb 定子槽形采用梨形槽 3.3Rmm 00.8shmm 10.5shmm 211.1shmm 15.7shmm 012.8bmm 14.5sbmm 26.6sbmm处：1sb1011111223.14 9.82 0.082 0.050.450.42736istsDhhbbcmQ 1.1KW 双值电容单相异步电动机设计21处：2sb1012122123.14 9.82 0.080.05 1.110.660.4

54、1136issstsDhhhbbcmQ由于1112ttbb则1121112/30.4110.4270.411 /30.416ttttbbbbmm22、转子齿宽2tb 转子槽选用平底槽 021bmm 00.4Rhmm 11.02Rhmm 214.48Rhmm 15.9Rhmm 14.5Rbmm 22Rbmm处：1Rb2012112223.14 9.722 0.042 0.1020.450.47632RRtRDhhbbcmQ 处：2Rb2012222223.14 9.722 0.040.102 1.4480.20.44232RRRtRDhhhbbcmQ 由于2122ttbb所以齿宽取靠近最窄的 1

55、/3 处，则2tb20.453tbcm23、定子齿计算长度121.16ssshhhcm24、转子齿计算长度1.1KW 双值电容单相异步电动机设计22121.55rRRhhhcm25、定子轭计算高度1ch0121.24sessshhhhcm1111.612icseDDhhcm26、转子轭计算高度2ch0121.59reRRRhhhhcm2221.372icreDDhhcm27、定子轭计算长度1113.14 15.54.134.4644 2ccDhlcmp28、转子轭计算长度2223.14 3.84.333.1944 2iccDhlcmp29、转子槽面积2249.9Scm30、端环面积2220rS

56、mm31、端环修正系数端环外径 02029.64rrDDhcm端环内径 0128.16rirDDbcm端环平均直径018.9rrDDbcm端环系数20200110.9731prirrirprrirDDDkpDDD1.1KW 双值电容单相异步电动机设计234.3 主绕组设计（正弦分布绕组） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1032、绕组跨距、19my27my35my33、基波绕组系数=0.8823ymK34、估计气隙磁密=7000GSgB35、假设饱和系数=1.251sK36、极弧系数=0.68i37、波形系数=1.09Bf38、估算每极磁通441100.698 7000 7.697 9.5

57、 1035.7270igpBlWb 39、每极导体数1402150 102EmpBymK UZfpfK40、每槽导体数miZ跨距时 19my122.7%162mpmZZ跨距时 27my222.7%302mpmZZ跨距时 35my322.7%242mpmZZ41、总串联导体数22 2 140560mmpZpZ 42、主相电流估算值2111004.71162cos2220 0.79 0.95mPIAU43、电流密度268/mJA mm1.1KW 双值电容单相异步电动机设计2444、线径初值411.16374 2mmmIdmmJ45、标准线径1.28mdmm46、带绝缘的外径1.28msdmm47、

58、导线截面积221.2864mmSdmm48、校核槽满率fS 定子槽面积2211210110.5280.065ssssSRbhbbhRmm槽绝缘面积212226.713iissSChhRmm（为槽绝缘厚度，一般为）iC0.150.25mm 槽楔面积21129isSbmm 槽楔高度取2mm 槽有效面积2164.352eiiSSSSmm 槽满率2100%75.94%mimsfeZ dSS49、槽中心平均直径19.8 1.4611.26eiseDDhcm50、线圈平均跨距1/297573nmimiimmpZ yyZ51、平均半匝长113.14 11.26 7 1.409.519.1236emmD yl

59、lcmQ 式中与有关，可查下表p 表 4-1 值2p2461.301.351.331.451.551.651.1KW 双值电容单相异步电动机设计254.4 主相参数计算52、主绕组电阻441752.132.13 19.12 5602.0165101.131 10mmmCml ZRS53、卡氏系数121.312 1.0441.37cccKK K定子：101122101014.40.750.8554.4 0.040.75 0.281.3124.40.750.8554.4 0.040.75 0.280.28ctgbKtgbb转子：202222202024.40.750.9544.4 0.040.75

60、 0.11.0444.40.750.9544.4 0.040.75 0.10.1ctgbKtgbb54、有效气隙长0.04 1.3700.055ecgg Kcm55、字子槽单位漏磁导1110.390.961.35suL槽口：0110101220.082 0.0490.390.280.280.66ssushhbbb槽部： (查中小型电机设计手册第二章附表 2-3)10.96L56、定子槽漏抗11110.80.8 3.14 9.50.76690.50836sxsLXKQ 式中22882102 3.14 50 560 0.8823100.7669xmymKf Z K57、总曲折漏抗221020112