132S-6 3KW三相鼠笼式异步电动机设计

1、 学号 2010040211122 密级 武汉大学东湖分校本科毕业设计（论文）132S-6 3KW三相鼠笼式异步电动机设计 院（系）名称： 机电工程学院 专业名称： 电气工程及其自动化 学生姓名 ： 吴文杰 指导教师： 杨长安 教授 二一四年五月 BACHELORS DEGREE THESIS OF WUHAN DONGHU UNIVERSITYY132S-6 3KW Three-phase asynchronousmotor design a rat trap type College ：College of Electromechanical Engineering Subject ：El

2、ectric Engineering and Automation Name ：WuWenJie Directed ： YangChangAnMAY,2014 郑 重 声 明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于培养单位。本人签名： 日期： I 摘 要这篇论文是应届生毕业论文，它设计的主要内容有三相异步电动机的电磁设计以及它的用途。全文分为

3、5章，第1和第2章主要是介绍了异步电机的概念，基本结构和工作原理。第3章建立在对电机理论的了解上，简要的讲述了电机设计的基本理论，主要原则，设计要求。第4章是在前面4章的理论基础上，对电机参数的具体计算，这是全文的重点内容，也是该设计是否达标的具体体现。第5章是对电机如何降低起动电流的专题研究，目的是为了更加深刻的体会，理解电机理论。了解这些参数及工作特性将有助于我们为下面Y132S-6 3KW三相鼠笼式异步电动机设计做好准备。关键词：异步电动机；设计；优化；绘图 II Abstract This essay is a fresh graduate thesis, electromagneti

4、c design of its main contents design of three-phase asynchronous motor and its use. The full text is divided into 5 chapters, the first and the second chapter mainly introduces the concept of asynchronous motor, the basic structure and working principle.The third chapter based on the motor theory un

5、derstanding, briefly describes the basic theory, motor design principle, design requirements. The fourth chapter is in front of the theory on the basis of the 4 chapter, the specificcalculation of motor parameters, which are the focus of this paper, but also embodies the design standards. The fifth

6、chapter is the study of how to reduce the starting current of the motor, the purpose is to understand more deeply,understand the motor theory. Understanding these parameters and working characteristics will help us prepare for the following Y132S-6 3KW three-phasesquirrel cage asynchronous motor des

7、ign.Keywords: asynchronous motor; design; optimization; drawing目 录 TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc11828 摘 要 前言 在直流电机、异步电机和同步电机等三大基本类型的电机中，中小型笼型转子异步电动机属于量大面广的产品，生产及应用及其普遍，其设计计算的难度和工作量比较适中，与电机学和电机设计等课程的基本内容联系非常密切。随着电力系统自动化的高速发展，异步电机在工农业、日常生活中的扮演的角色越来越重要。然而在异步电机中，中小型大概占了70%的比列，所以发展好中小型异步电机将会有举足轻重的意义。在工农

8、也生产中三相鼠笼式异步电动机，具有结构简单，效率很高，使用方便，性能稳定，易于维修成本低的优点。在我们日常生活中，电机的运用及其广泛：电动车里面的直流电机，学校的电动门、吊扇以及学生食堂的压面机、鼓风机等等都是用电动机来工作的为了保证异步电动机的安全运行，了解对异步电动机的安全评估，对异步电动机深入研究也是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，运用一些新型的原材料来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。大型三相异步电机功率大，它一般用于大型工农业设备中。值得注意的一点的，三相异步电机只用于电动机，却很少用作发电机，我们日常生活中用的电一般都是同步电机用来发电。我

9、们知道，三相是三相交流之意，大小相等，相位依次滞后120度。异步与同步是相对而言的，它们的主要差别是在其转子转速不等于同步转速而成一定的差值，然后与同步转速的比值叫做转差率。有无励磁是异步电机与同步电机的主要区别，异步电机靠从电网吸收无功功率来形成电磁感应带给转子绕组上产生感应电势形成感应电流。然后，在定子磁场的作用下来转动，有了转差率就会切割磁场，那么就会带动异步电机工作。第1章 异步电机概念因为异步电机与同步电机有着明显的差别，是因为异步电机的转子转速与同步转速不同步，而同步电机时严格的同步，也就是转速相同，同步电机不存在转差率。正是由于异步电机存在这转差率，那么定转子气隙旋转磁通密度与转

10、子绕组重点感应电流相互作用就产生了电磁转矩，那么就实现了能量的转换。故异步电机我们又称之为感应电机。1.1异步电机的类型、特点和用途异步电动机分为：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；三项鼠笼式异步电动机又包括三鼠笼型、双鼠笼型和单鼠笼型三种；单相异步电机又分为：电阻启动异步电机、电容启动异步电机、电容运转异步电机以及单相罩极式异步电机。在工农业生产中三相异步电机的运用及其广泛。异步电机与直流电动机、三相同步电机不同，其转子绕组无需与其他电源连接，所以它有很多优点比如：结构简单、效率高、经济便宜，以及制造容易，成本低廉，易于维修等优点。前面已经介绍了

11、异步电机的一些优点，它的运行效率比较高，工作性能很好，运行平稳，能够满足机械生产的传动要求。因为转子转速与同步转速有转差关系，所以要想平滑的调速是比较困难的，这也是它的一大缺点，另外它必须从电网吸收滞后的无功功率，来保证它的运行。异步电机可用作电动机也可用作发电机，但是由于它的特殊性，主要用作电动机，在传动的过程中将电能转换为机械能，用来带动机械的运转。比如：数控机床、吊扇、冶金、纺织，所以它的运用很广泛，很多领域都用它作为驱动设备。1.2异步电机的发展趋势近年来我国已开始研究、设计、生产高效率异步电机。随着中国加入WTO和机械调整产业结构和产品结构，高效率感应电动机将成为产品的主要市场需求。

12、电机性能的好坏直接关系到了经济的利益。当电动机功率增大，功率因数增加时，单位电耗相对减少，效率提高。普通大容量电机效率一般为94%到98%，小容量电机一般为81%到92%。我们的设计目标是设计和创造出比正常标准电机高出一个级别。解放60余年来，我国的电机制造业取得了很大的进步，经过我国科研人员的不懈努力，在落后的基础上逐步建立起来了完整的制造工业体系。电机的品种、质量、数量都取得了世人瞩目的成绩。为我国的工农业生产与人们日常生活做出了巨大的贡献。“十五”计划基本任务的两项重要内容是提高国内异步电机的可靠性和经济性指标，随着科学技术的高速发展，市场对电机的要求也就越来越高。中小型异步电机时工农业

13、生产与人们生活中的重要组成部分，上海电机行业协会付凤礼认为高效、调速好、低噪、智能可以概括为我国中小型电动机的发展方向。 未来我国将以高效电机、智能化电机、调速电机、环保催生低噪音电机等为主要发展方向，因此个性化的电机将会越来越受欢迎。发展的主要方向可以概括为以下几个方面：无刷电机，直接驱动技术，小型化，微型化，伺服技术等其他技术。要大力发展现代汽车，在这个阶段我有一个需要关注的领域电机解决几个关键技术：综合模拟和设计。 2，高效节能电机技术（这也是电机一直都在突破的技术问题）3、极端条件下的特种电机技术（在极端温度比如-60度到+180度，这样的温度条件下一班电子器件都会失效，为此如何突破这

14、一瓶颈将会是电机发展的突破）现代电机技术将不只是电机一门学科，它将会是许多学科的综合，因此生产会涉及到许多方面比如：材料的选取、电子器件的调试等。因此以上问题的优化与解决将会大力发展现代电机产业，并且创造出良好的经济与社会效益。在日本、英国、德国等国家。无轴承电动机在半导体、纺织、冶金行业等得到了广泛的应用。随着我国加入WTO，“十五”计划任务的提出。在众多电气传动的领域将改变传统的传动方式。在产品质量，技术成本和对环境的污染将发挥重要作用。因此我们的无轴承电机将是一个巨大的发展前景。第2章 三相异步电动机的基本结构和工作原理2.1 三相异步电动机的基本结构 三相异步电机主要是有定子、转子、电

15、枢绕组、铁心、机组等组成的。转子装在定子的腔内，定转子之间有一缝隙，我们称之为气隙定子 三相异步电动机的定子主要是机座、铁心与定子绕组等组成的，机组相当于外壳，它由铁或者刚才制成。定子铁心装置在机组内，一般由圆形铁心硅钢片、压圈等部分组成。通过焊接形成一个整体。（1）定子铁心 定子铁心是一个在圆周上有齿与槽的空心圆心，顾名思义，定子铁芯就是导磁的介质或者是安防定子绕组。铁心冲片一般由相互绝缘的0.5mm厚的硅钢片冲成，定子铁芯冲片：整圆冲片（中小型）；扇形冲片（大中型）。（2）定子绕组 定子绕组是定子中的电路部分，它采用绝缘导线绕制成线圈。分为单层绕组（小型）、双层绕组（中大型）。（3）机座

16、也就是三相异步电机的外壳，机座的主要作用就是固定、支撑定子铁芯转子也通过轴承、端盖固定在机座上，机座一般为铸铁件，大型的是用钢板焊成的。机座的作用主要就是支撑转子，并起防护、散热的作用。 2、转子异步电动机的转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。（1）转子铁心 转子铁心是用0,5mm厚的硅钢片叠成的圆柱体，主要用来安置转子绕组的。转子铁心是电机磁路的一部分，小型笼型转子是用铜条安装在铁心槽内，两端用端环焊接这样看起来很像鼠笼。鼠笼是异步电机结构简单，工作可靠，维护与运行方便，所以运用很广泛。（2）转子绕组 转子绕组分为鼠笼式和绕线式，笼型绕组没有绕组，绕线式有绕组。鼠笼型绕组有双笼型及深槽型，这

17、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。（3）转轴 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 气隙主要指的就是电机在工作时静止的磁极与旋转的电枢它们之间的间隙，气隙越大，漏磁就越多，那么电机的工作效率就会下降，如果气隙太小，就容易发生摩擦，使电机的寿命减短。所以控制好气隙很关键，在中小型电机中，气隙控制在0.5-2.9mm间比较好。2.3三相异步电动机的工作原理转子绕组在磁场中受到电磁力的作用转子绕组中产生e和i磁场切割转子绕组对称三相绕组通入对称三相电流三相交

18、流电能旋转磁场能量机械负载旋转起来输出机械能量转子旋转起来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n1=60f/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（nn1）旋转，实现电能转换为机械能，故称为三相异步电动机。转差率（s）：同步转速n1和电动机转子转速n之差与同步转速n1的比值。转差率S是三相异步电机重要的的参数。当负载变化时，转子的转差率s也随之变化，通常异步电动机额定负载时的转差率2%5.5%左右。其实，异步电机有三种运行状态：（a）电动机运行；（b）发

19、电机运行；（c）电磁制动运行。具体如下：0S11SS0电动机状态电磁制动运行发电机状态nnnnn10mm，以此来增大电机的启动转矩。如果起动转矩小的鼠笼式电机，在电机的效率、功率因数和温室都有较大裕度的前提下，可采取下面措施来改善它的启动性能。减少转子槽面积Sb，以及减少端环面积Sr，都可以增大启动转矩，但是槽满率一定要满足在75%-80%间，这样电机的效率才会比较高。但是这只对于2、4极电动机比较有效适当减小定子的外径，增大气隙，以减小漏抗和谐波转矩。在保证转子断环有足够机械强度的前提下，在断环上离铁芯约为环厚的四分之一处，开一道深为环高的六分之五而3mm宽的槽。将断环分为紧靠铁芯的起动部分

20、1和截面积较大的工作部分。3、启动电机时，转子电流集中在导条和断环的上方。电流几乎不再断环下层通过，所以转子起动电阻会增大。采用深槽结构的转子，或者将单笼转子改为双笼转子，使得起动时转子电阻增大，提高堵转矩并且抑制堵转电流。公式（1），公式（2）Sn=，公式（3）R2st=，公式（4），公式（5），公式（6）I1=结 论本科毕业设计是学校培养学生必不可少的途径，也是一种学术素养，在学生进入社会工作或者继续读书深造都将会有不少的帮助，做到好的优秀毕业设计并不容易，它要求我们有好的思路、语言简洁、设计与时代接轨要讲创新，在计算时要有耐心，大学四年，不光光是学生的成长与素质的提高，通过优秀的毕业设计

21、可以看出一个学生对只是运用和掌握程度。目的是为了培养学生严谨的学术作风和认真的科学态度，有了正确的世界观、人生观并且掌握科学的方法论。通过毕业设计训练学生检索中外文材料、翻译外国期刊、计算以及文字表达能力。毕业论文可以说是大学四年学术中最大的设计项目，对于没有任何基础的学生来说的确很难。在该设计中，电磁计算、机械计算时最为困难的，这个耗费了大量的时间，整个过程枯燥无味。在前面计算转子的主要尺寸时遇到了困难，那时候毕业设计停滞不前，浪费了许多时间，耽误了后面的进程，经过杨教授的知道才得以度过难关。三相异步电机的设计最重要的就是计算，通过反复的计算，在计算中回顾与巩固所学的电机知识，熟悉电机的工作

22、工程与计算的各步骤的意义。计算过程完成后就进入了电磁方案的优化设计中，在刚开始的时候并不知道如何优化，在杨老师的指导下，通过各公式下手，就跟连环套一样，一个重要的参数变化将会引起电机的效率发生很大的变化。设计优化方案的时候，为达到节省材料的目的，定子用铜量与转子用铝量都需要尽量减少，那么这样就得减小定子外径与铁心的长度，这将降低电机效率与功率因数。然而定子外径和铁心的长度不能下降太多，既要下降又要保持电机有着好的工作效率与功率因数。所以必须全名的考虑问题。通过做这个必要设计，把四年的专业知识又复习了一遍，这将对以后的继续深入学习有着重要的作用。参考文献1 陈世坤.电机设计机械工业出版社.20082 戴文进.电机学航空工业