感应电动机电磁设计论文

题目：Y90S-2型1.5kW三相笼型 感应电动机电磁设计 院、系：电气与电子工程学院 2014年6月15日Y90S-2型1.5kW三相笼型感应电动机电磁设计摘要节能降耗是国际社会发展面临的一项挑战，已经成为一项极为紧迫的任务。电机系统节能工程是我国“十一五”期间十大重点节能工程之一，因此怎样设计出高效的、可靠的、制造使用维护方便的电机具有重要的研究意义。而感应电动机作为重要的动力源，在国民生产中扮演着重要的角了一般感应电动机的基本结构和运行原理、电动机设计的任务、过程及其具体步骤。在中小型三相异步电动机电磁计算程序的基础上进行手工计算，通过手工计算充分地理解了电动机的有效尺寸、电机参数、运行和起动性能的计算及其之间的关系，得出了笼型感应电动机的设计规律，以此为基础运用MATLAB编程语言编写了与中小型三相异步电动机电磁计算程序完全匹配。它使电磁计算过程变得的四个电磁方案，并对其进行了简要的分析。以此为基础得出了Y90S-2hasbecomeaveryurgenttask.Motorsystemenergy-savingprojectisoneofthetenmajorenergyconservationprdesignmotorswhichisefisaproblemworthyofstudy.AsanimportantsomotorplaysanimportantroleinthenationalproThebasicstructureandoperationprinciplewiththeY90S-21.5kWthree-phasesqubasedonThecalculationprogramofSmallandmedium-sizedmotor.TheperformanceandtheirownmeaningarefullyunderstoodthroughthecalcuBesidesthegeneraldesignrulesofsquirrelcageinductionmotoraresuThenaCADcalculationprogramwasmadebyinterpolationfunction,andsuccinctandfriendlelectromagneticcalculationproceFourelectromagneticscweremadebyusingtheMATLABcomputerprograelectromagneticschemeadjustmentmeKeywordsInductionmotor;Electromagneticdesign;Performance;CAD哈尔滨理工大学学士学位论文目录 I Ⅱ 11.1课题背景和研究意义 11.2三相感应电动机基本结构和原理 11.2.1基本结构 11.2.2感应电动机原理 31.3感应电动机的设计 31.3.1感应电动机设计的任务 31.3.2感应电动机的设计过程 31.3.3感应电动机电磁设计步骤 41.3.4额定数据和技术要求 5第2章感应电动机电磁设计计算 62.1额定数据和主要尺寸确定 62.2磁路计算 92.3参数计算 2.4工作性能计算 2.5起动性能计算 第3章计算机辅助设计 3.1计算机辅助设计概述 24 243.3程序编写过程 3.3.1程序循环体 3.3.2图表的处理 3.3.3GUI设计 27第4章电磁方案调整分析 第1章绪论虽然我国已成为电机制造大国，掌握了高效及超高效节能电机生产技术，但从整体看，行业竞争力仍然较弱。电机用量大、能效水平低，制约了我国国民经济的健康发展。美国已全面普及高效电机，而我国大部分地方还在使用三级以下标准的普通电机。受研发投入大、制造成本高等因素影响，高效节能电机价格居高不下，得不到健康有力地推广，这使我国目前的电机能效水平与国外的差距进一步扩大。国内的电机制造工业也在努力发展。积极采用新技术、新材料、新结构和新工艺。标准化、系列化和通用化程度不断提高。同时积极开展电机理论、测试技术和新型发电方式我国是亚洲第一大电力消耗国。而电机是名副其实的“用电大户”,60%以上的电能被用于驱动其运转。电机作为最重要的驱动力，广泛应用于工业、农业、商业及公共设施等各个领域。据了解，中国目前已成为全球最大的电机和电机系统组件生产基地之一，仅中小型电机的年产量就超国外则积极发展新系列或对原有系列进行改型。应用电子计算机进行设计，从而提高计算精度缩短计算周期。由一向注意“小型轻量化”转为注意“省能化”和“无公害化”,提高效率和降低噪声。同时也积极采用新材料。如磁性材料方面，无硅低碳冷轧电工钢片、半冷轧无取向硅钢片和磁性槽楔等已经普遍采用。国外一些企业还积极改进结构，提高通用化程度，注意维修使用方便。另外近年来国外还发展了一些特殊用途电机，因此研究电机设计方案及其计算机优化从而实现其调速性能性能、起由于本设计是针对于Y90S-2型1.5kW三相笼型感应电动机的电磁设计及其分析，故在此只介绍一般感应电机的结构和原理。后文论述均按中小型感应电动机展开。如图1-1是三相感应电动机结构图。三相感应电动定子是电动机固定不动的部分，由定子铁心、定子绕组和机座组成。机座是电机的外壳，起支撑作用。定子铁心装在机座内部，通常由硅钢片(2)转子感应电机的转子包括铁心、绕组和转轴等部分。铁心同样由硅钢片叠成，然后在外圆冲槽，槽内嵌放绕组。转子绕组有笼型和绕线型两种。笼型转子因为结构简单，节约材料使用很广泛。如图1-2中的转子就是笼型转子。在转子铁心各槽中插入导条，并用端环将导条短路。这样虽然使结如图1-1,定子槽中放置三相对称绕组通入三相对称电流时，会产生一个等效的旋转磁场。这个旋转磁场切割转子导条会在导条上产生感应电动势，又因为导条是短路的所以就产生了感应电流。载流导体在磁场中受到力的作用形成电磁转矩使转子旋转。因为转子电路中没有外接电源，完全依靠转子和旋转磁场之间的相对运动感应转子电动势和电流产生电磁转1.3感应电动机的设计电机设计的任务是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矛盾，从而设计出性能好、体积小、结构简单、运行可这就难免会遇到错综复杂的矛盾。因此设计人员必须全面地综合地看待问题，针对具体情况采取不同的解决方法。例如设计电机时不能片面的追求体积小材料省，因为这样导致电机性能降低，特别是效率降低，加工工时(1)准备阶段通常包括两方面的内容：首先是熟悉国家标准，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与要求；然后在国家标准有(2)电磁设计本阶段的任务是根据技术要求或技术任务书的规定，参照生产实际经验通过计算和方案比较，来确定与所设计电机电磁性能有关的尺寸和数据，(3)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、加工要求与材料的规格及性能要求。通常，首先根据技术要求或技术任务书中规定的防护型式、安装方式与冷却方式，在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1.3.3感应电动机电磁设计步骤(1)确定主要尺寸和气隙设计一台电机时，必须确定许多尺寸，但其中起主要与决定性作用的是电动机的主要尺寸。对于感应电动机来说，主要尺寸是指铁心长和定子内经。确定主要尺寸主要基于主要尺寸公式1-1根据用户要求的效率η、功率因数cosφ和电动机的额定功率确定电动机的计算功率p。再选择适当的电磁负荷，初选参考转速n、计算极弧系数a,等便可得出D²l₂。根据电动机的具体情况按经验取得合适的只要尺气隙δ通常取得越小越好，以降低空载电流，因为电动机的功率因数cosφ主要决定于空载电流。但是气隙也不能过小，否则除影响机械可靠性外还会使谐波磁场和谐波漏抗增大导致起动转矩和最大转矩减小，进而造成较高温升和较大噪音。气隙的数值大小基本上决定于定子内经、轴的直径和轴承间的转子长度。综上一般参考同型号电机数据或根据经验公式确(2)定子铁心和绕组的设计定子铁心的设计主要包括槽数和槽型的确定。定子槽数决定于每极每相槽数q₁,q₁的值对电机的参数、附加损耗、温升及绝缘材料消耗等有影响。对各方面的因素综合取得合适的q₁从而确定槽数。感应电动机的定子槽型有四种，分别为梨形槽、梯形槽、半开口槽和开口槽。各种槽都有各自的优缺点，根据电动机的电压等级选择合适的槽三相感应电动机的定子绕组型式很多，常用的有单层同心式、单层链式、单层交叉式和双层爹绕组等。一般根据电动机的极数和每极每相槽数(3)转子铁心与绕组的设计三相感应电动机的转子有笼型转子和绕线型转子。笼型转子结构简单而绕线型转子便于起动。笼型转子的槽数必须与定子槽数有恰当的配合，即所谓槽配合，如配合不当会引起电机性能恶化。故综合考虑根据定子槽数选择恰当的槽配合从而确定转子槽数。转子槽型有很多种，综合考虑起动性能及其他电气性能、冲模制造等选择合适的槽型。(4)工作性能计算在主要尺寸、气隙以及定转子铁心和绕组设计好以后，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规定的性能工作性能计算主要包括功率因数cosφ的计算、效率η的计算和最大转(5)起动性能的计算计算，计算公式如1-5,1-6:1.3.4额定数据和技术要求Y90S-2型1.5kW感应电动机额定数据和技术要求如表1-1:压率效率7功率因数起动电流T起动第2章感应电动机电磁设计计算2.1额定数据和主要尺寸确定额定数据：额定功率Px,指电动机在额定运行时转轴上输出的机械功5.功率因数：功率因数标准值cosφ=0.8599.确定电机主要尺寸电机的主要尺寸指的是定子铁心内径D和有效铁心长l。电机的主要尺寸关系式是确定电机主要尺寸的理论基础，它阐明了一些重要物理量与主要尺寸之间的关系。但是利用它来确定主要尺寸不够简便。在实际生产中根据实践经验，通常采用类比法来确定除只要尺寸。所谓“类比法”是指根据所设计电机的具体条件，参照已生产过的同类型相近规格电机的设计和试验数据，直接初选主要尺寸及其他数据。在本设计中参照已有设初选定转子冲片尺寸。定子外径D₁=130mm;定子内径D转子外径D₂=Da-28=71.3mm;转子内径D₂=30mm。一般根据经验公式或参考已有电机数据确定。本设计参考标准电机铁心有效长Lg=L,+2δ=80.7mm;净铁心长L,取80mm转子齿距定子绕组采用单层绕组，交叉式，节距1-9,2-10,18-11。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15.定子绕组每槽导体数每相串联导体数每相串联匝数选取定子电密J=6.5查导线规格表选取d=0.8mm铜线不并饶。绝缘后线径d=0.86mm因定子绕组圆导线散嵌，故采用梨形槽，齿部平行。槽型如图2-1。齿宽计算为齿部基本平行去平均值b₁=5.56mm先计算槽面积式中，槽楔高度按表选取h=2mm对于单层绕组，槽绝缘所占面积S=△,(2hz₁+πR₁)=9.01mm²式中，槽绝缘厚度按表选取，△=0.3mm槽满率其中所以绕组系数每相有效串联导体数Nw₁K₁=468×0.9598=449参照同系列相同规格电机定为如图2-2所示，为平行齿槽型br₂=10.13mm转子为铸铝转子，导条截面积即转子槽面积A。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，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密选择是否合适。满载电势设负载电势系数初值k²₁=1-ε=0.89E₁=0.89×通常从这里开始进行负载电势系数的循环计算，一般需要进行多次的23.每极下齿部截面积定子齿截面积An=Klb₁Qp₁=3803×10-⁶m²转子齿截面积24.定子轭部计算高度转子轭部计算高度25.轭部导磁截面积A₁₂=Klh'₂=1379×10⁶m²26.一极下空气隙截面积其中气隙系数33.齿部磁路计算长度F₂=H₂L₂=3.954A计算出的气隙系数比原假设值小，说明原假设值偏大，在此基础上重新假设气隙系数重新计算有关步误差小于1%合格39.转子轭部磁密40.由D23磁化曲线得41.轭部磁位降校正系数F₁=C₁₁H₁L₁=79.56A43.满载磁化电流44.磁化电流标幺值工厂设计计算2.3参数计算电机的重要参数主要是电阻和电抗。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有着很密切的关系。例如在设计绕组时候，如果选择较高的电密则所用的导体截面就较小，这样用铜量会变小但电阻会增大。电阻越大电机运行时候绕组的损耗就越大，绕组中的瞬变电流增长或衰减的就越快。尤其对于感应电机，电阻的影响更为突出。电抗的大小对电机的性能也有很大的影响。一方面漏抗不能太小，否则感应电机起动时候会产生很大的起动电流。另一方面漏抗也不能太大，否则感应电机的功率因数、最大转矩和起动转矩会降低。因此正确选择计算这些参数是很定子线圈节距其中节距比直线部分长度lg=l+2d₁=110mm,其中d₁是线圈直线部分伸出铁是经验系数，2极取1.16。除以阻抗基值便可得定子漏抗标幺值其中2λ=λ₁+λs₁+λ₂,C,为漏抗系数，等于49.按照附录四计算定子槽比漏磁导。因为是单层绕组，整距，节距漏其中50.只在铁心部分有槽漏抗，因而计算槽漏抗时要乘以51.考虑到饱和的影响，定子谐波漏抗由以下公式计算其中2s=0.009652.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，所以53.定子漏抗标幺值54.转子漏抗标幺值得计算与定子漏抗标幺值得计算相似，但要将转子温放所算别定子边。乘以阻状析算系级值，便有和除以阻抗基55.转子槽比漏磁导的计算见附录四其中56.转子槽漏抗标幺值57.考虑饱和影响的谐波比漏磁导，于是转子谐波漏抗标幺值其中ER=0.014558.转子绕组端部漏抗标幺值60.转子漏抗标幺值61.定转子漏抗标幺值之和62.定子绕组直流电阻计算63.定子绕组相电阻标幺值定子铜的重量其中C是考虑导线绝缘和引线重量的系数，漆包圆铜线C=1.05;Pe=8.9×10°kg/m³是铜的密度。硅钢片重量65.转子电阻的折算值66定子电流有功分量标幺值计算67.转子电流无功分量标幺值计算其中系数68.定子电流无功分量标幺值计算69.满载电势标幺值计算密及磁场强度。72.空载时转子齿部磁密及磁场强度73.空载时定子轭部磁密及磁场强度74.空载时转子轭部磁密及磁场强度76.空载时定子齿部磁压降77.空载时转子齿部磁压降78.空载时定子轭部磁压降，此时C₁=0.5679.空载时转子轭部磁压降，此时C₂=0.285F₂o=C₁₂Hy₂₀L'₂=30.7AF₀=Fso+F+F2o+Fj+Fj20=2.4工作性能计算对于三相感应电动机来说，工作性能的计算通常指额定数据计算，即额定电流、额定功率因数、额定效率、额定转差率和最大转矩倍数。83.定子电流标幺值86.转子电流标幺值导条电流实际值端环电流实际值端环电密88.定子铜损耗的标幺值89.转子铝损耗的标幺值90.负载时的附加损耗按规定2极时取p=0.025定子轭部铁耗式中k按经验取为2,轭部重量G,=4pA₁L'₁Pr=3.73kgp是轭部铁损定子齿部铁耗93.总损耗标幺值不合格效率假设值太小，再次假设重新计算有关项合格式中99.最大转矩倍数2.5起动性能计算很大，这使定转子的漏磁路高度饱和；二是转子电流频率等于电源频率，比正常运行时高很多，使得转子导条中电流产生集肤现象。这两点对电机起动时的参数都有影响。101.起动时产生漏磁的定转子槽磁势平均值计算由此磁势产生的虚拟磁密其中修正系数102.起动时漏抗饱和系数K,查图得103.漏磁路饱和引起的定子齿顶宽度的减小104.漏磁路饱和引起的转子齿顶宽度的减小105.起动时转子槽比漏磁导其中109.考虑集肤效应的转子导条相对高度111.根据附录四可计算起动时转子槽比漏磁导的减小于是起动时转子槽比漏磁导误差=14.59%太大。重新假设起动电流计算有关项：F=2776.4AB,=5.374TI=24.869A第3章计算机辅助设计在电机设计中应用电子计算机是从50年代开始的，随着计算机硬件软件的飞速发展，如今电机设计计算机辅助设计方面的软件已经种类各异据若干已知的或事先估算好的量依照一定的程序步骤来计算产品的性能参数，相当于通常的设计核算。此类中计算机仅对设计方案进行计算分析，而对计算结果的评价和方案的调整任由设计人员决定。第二类是“设计综合”类。此类是根据已知的性能要求，决定电机各设计参量。它可以在规定的产品性能和技术条件下自动选择适当的技术参数和结构尺寸，从而得出可行的设计方案。第三类是“设计优化”类。它是对设计问题提出明确“设计分析”类程序可以由设计人员运用不同的语言工具(如C语言、C++、VB、MATLAB语言等)根据所要设计电机的种类对应的计算程序来编写。这样的程序容易修改操作性强。而“设计综合”类和“设计优化”类程序一般为工作室或者专门软件公司编写的大型商业软件。如近年来比较流行的有限元分析软件(如ANSOFT、ANSYS、FLUX等)通常是根据不同种类的电机建立不同的数学模型，然后定义一个虚拟的运行环境使电机在此环境中运行，软件通过大量的数学运算模拟出电机真实运行时的工作状态。再通过图形或曲线将结果显示出来，设计人员通过结果调由于本设计主要是小型感应电动机的电磁方案设计，主要任务是计算。故而选择“设计分析”类程序用计算机计算代替手算过程。而编写此易掌握且计算能力出众。因为本设计主要以计算MATLAB是Mathworks公司于1984年推出的一套高性能的数值计算的可视化软件，它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，可方便地应用于数学计算、算法开发、数据采集、系统建模和仿真、数据分析和可视化、科学和工程绘图、应用软件开发等方面。在MATLA境中描述问题及编制求解问题时的程序时，用户可以按照符合人们的科学MATLAB这个词代表“矩阵实验室”(MatrixLaboratory),它是以本程序以中小型三相感应电机电磁计算程序为基础编写。其中电磁计算中的迭代过程用MATLAB语言循环语句编写，这样能够很方便的进行这些命令能灵活地一次或多次执行语句命令for与大多数的程序设计语言执行的次数已预先定义好。以end结束这组语句只要逻辑表达式为真，while命令将反复执行程序语句。像for语句一样程序体由一个end来结感应电机的电磁计算程序中需要大量的查表或读图，由某一值根据图表得出需要的另一相关量，他直接影响计算的精度。由手算转变到计算机运算的最突出的问题就是图表的处理。在手算时这一问题一般可以用寻找坐标的方法来实现，而计算机上无法直接按这样的步骤去做。所以必须对图表做一定的处理使其逻辑能被计算机接受。通常主要有插值法和公式化对于某一函数的曲线，在使用计算机时不可能将无限多组对应数据都存储于机内。因此只能将曲线“离散化”,输入有限个对应数据它们分别和曲线上有限个离散点相对应，相邻两离散点之间的数据则由认为选定的函数关系来确定，这就是插值法的实质。插值法有一维插值和二维插值，在此只介绍一维插值。一维插值主要有一维多项式插值和一维快速傅立叶插值。其中一维多项式插值最常用，它又包括最邻近插值、线性插值、三次样条插值和三次多项式插值等0。最邻近插值是在已知数据的最邻近点设置插值点，对插值点的数进行四舍五入。其特点是速度最快但数据平滑度差，得到的数据是不连续的。线性插值在插值时是将相邻点用直线相连，其特点是执行速度稍慢但数据平滑度优于最邻近点插值，且数据变化是连续的。三次样条插值采用三次样条函数来获取插值点，在已知点为端点的情况下，插值函数至少具有相同的一阶和二阶导数。它的特点是处理速度最慢，占用内存大，但产生最平滑的效果，另外如果输入数据不均匀或某些点靠的太近会容易出现错本设计考虑到执行速度占用内存和插值精度等因素选择了线性插值，事实证明线性插值精度已经可以满足计算需要，现举例说明。在计算电机的起动性能时，需要根据起动时漏磁的定转子槽磁势产生的虚拟磁密B,来确定起动时漏抗饱和系数K₂。编写的插值程序如下：原曲线如图3-2,插值曲线如图3-3。可以看出平滑度已经满足一般计通常在开发一个实际的应用程序时都会尽量做到界面友好，最为常用的方法就是图形界面。提供图形界面的程序能够使用户的使用更为方便，用户不需要知道程序是怎样具体执行各种命令的，只需要通过界面交互就可以使指定的行为得以正确执行。在Matlab中开发用户图形界面的工具是GUIDE。GUIDE主要是一个界面设计工具集，它将所有GUI支持的控件都集成在这个环境中并提供界面外观、属性和行为响应方式的设置方法。GUIDE将用户保存设计好的GUI界面保存在一个FIG资源文件中，同时还能够生成包含GUI支持初始化和组件界面布局控制代码的M文件。这个M文件为回调函数(当用户激活GUI某一组件时执行的函数)提供了一个参考框架6。本设计中电磁计算主要通过假定参数计算电机的技术指标，进而判定设计方案的优劣。故而该程序的界面设计如图3-4运行后界面如图3-5至此，Y90S-2三相感应电动机电磁计算程序的设计全部完成。经过调试程序正常运行能够得到预先设想的技术参数。FleEditViewLayoutToolsH输入参数MLstbo计算重置图3-4MATLAB计算程序编辑图起动电流最大转矩功率因数铁心长起动转矩额定电压效率图3-5MATLAB计算程序运行图第4章电磁方案调整分析前文提到电机设计是根据用户提出的产品规格、技术要求来结合生产实际情况设计出符合要求的电机。那么对于不同的用户电机的使用场合和具体用途有所不同，其技术要求也有所不同。在我们的电机设计中，电机的一些重要数据和尺寸是可以初步确定，但是这些数据是不是符合技术条件的要求，还需要经过核算，如果计算结果不能满足国家标准或者用户的特殊要求时，则需要找出原因7]。调整设计，直到各项性能指标都达到技术条件要求，电磁设计方案才能确定下来。而在这些方案中，为了达到某本设计在其他参数不变的情况下铁心长分别采用80mm和85mm,每槽导体数分别采用78和79计算得到四组方案。其技术指标如表4-1。计算效率η1234其中方案1对应铁心长为80mm,每槽导体数为78的情况，方案2对应铁心长为85mm每槽导体数为78的情况。方案2与方案1相比铁心长增加。由公式4-1得磁通不变，而过磁面积增加，故而磁密减小。导致基本铁耗减小。又因为主电抗和漏电抗都减小导致电流减小，虽然用铜量增大但铜耗可能不变或减小。综上损耗减小导致效率增大。因为磁密减小磁场强度减小，故而空载磁压降减小导致励磁电流减小，可见功率因数增大。由最大转矩倍数公式4-2可知漏抗增大时最大转矩倍数减小。由起动转矩公式4-3。可知漏抗增大时起动转矩倍数减小。由起动电流倍数公式I₄=T,L可知起动电流减小。因为起动转矩倍数小于技术要求，故方案2舍弃。方案3对应铁心长为80mm每槽导体数为79的情况，与方案1相比每槽导体数增加。由于磁通减小磁密减小导致铁耗减小，但由于入组匝数增加导致铜耗增大，故而效率变化未知。由表4-1计算结果可知效率少有减小。由励磁电流公式4-4可知励磁电流减小，故而功率因数增大。由于每槽导体数增加可导致电抗增加，故而由最大转矩倍数公式和起动转矩倍数公式得最大转矩倍数和起动转矩倍数都会减小。同理起动电流减小。由以上分析可知电动机的有效材料用量和电动机的性能指标总不能同时满足理想状况，只能通过用户的具体要求来确定设计方案。在此基础上结合电机设计理论总结一般感应电动机电磁方案的调整措施和对应的参量变化如表4-2。调整措施化率7率7导线截面积槽满率较低定子电流密度J₁、定子铜耗每台定子导子槽面积以增大导体截面积定子齿磁密B₁、定子轭磁密B或转子齿磁密B₂、转子轭磁密B₂较低定子电流密度J₁、定子铜耗Pcu或转子电流密度J₂、转子铜耗每台定子导台转子导线增加数N₂增大导线截面积空气隙磁密Bs较低，功定子电流密度Pc减小变化较小D₁或同时增大定子槽、导线截面积空气隙磁密B。较低，功子齿磁密B₂、转子轭磁密B₂或电流密度较低总铁耗Pre减小或定子电流密度J₁、定子铜耗Pcui减小每台定子导 面积定子电流密度J₁、定子铜耗减小每台定子导台转子导线台硅钢片重提高功COSφ(或转子槽)面积定子齿磁密B,、定子轭磁密B,或转子齿磁密B₂、转子轭磁密B;₂较高，功率因数cosφ有裕量定子齿磁密B₁、定子轭磁密B,₁或转磁密B;₂降每台定子导台转子导线减小子槽宽，减小定子齿磁密B₁、转子轭磁密B₂较低、功率因数电流Ix减小变化较小I。减小、但满lx增大变化较小(导线截面积缩小)每台定子导线重量Gcul放长定子铁心长l,各部分磁密较高，功率因数cosφ无裕量I,,减小、但满Ix增大每台定子导台硅钢片重空气隙磁密B₃较高、定子齿磁密B,较低I,减小变化较小减小有效气隙长度δI减小不变降低起转子轭磁密B;₂,功变化小高，减小槽宽的转子槽形功率因数cosφ有裕量运行总漏变化小增大凸形或刀形转子槽上部槽高减小槽宽功率因数cosφ有裕量变化小起动转矩倍数T、最大变化小(导线截面积缩小)每台定(导线截面积增大)每台定子导(导线截面积不变)变化小(导线截面积增转子电流密度J,较低，效率η有裕量每台定子导凸形、刀形内减小凸形、刀形槽的上部宽功率因数cosφ有裕量变化小用双笼转子，效率η,功率因数cosφ变化小增大有效气隙长度δ功率因数cosφ有裕量减小不变大转矩T数(Ns1)起动电流I、功率因数cosφ有裕量定子导线重小(导线截面积不变)变化小(导线截面积增用槽漏抗较小的转子槽形减小变化小型感应电动机的电磁计算手工计算。得出该型电动机的初步计算参数，掌辅助计算程序。该程序与手算程序完全一致，只是用计算机代替了人工计算。在该程序中原有公式内容未作变动，对原有图表的处理中充分考虑了计算时间和计算精度的因素，采用线性插值法进行运算。为了使计算的输入输出更为方便直观该程序还设计了GUI界面，只需输入已知参数即可在的铁心长和每槽导体数分别进行计算。得到了Y90S-2型1.5kW三相4.对各方案的计算结果进行分析，剖析其性能指标变化的原因。在此基础上结合电机设计理论总结笼型感应电动机电磁方案的调整措施与对应得到戈宝军老师细心的指导和帮助。设计过程中遇到很多的困难，戈老师帮我研究分析，引导我得到正确的思路。非常感谢他，老师严谨的科研作风、渊博的学识和乐观的生活态度使我受益匪浅。当然这一切离不开过去四年中所有老师们认真踏实的教导。感谢老师此外，在设计期间同学给予我很大的帮助和支[1]陈世坤.电机设计[M].第2版.机械工业出版社，2000:225-280版社.2010:92-2144[10]C.Singh,D.Sarkar.Practicmotordesign.IEEPROCEEDINGS-B[J].19[11]HenriqueB.Goncalves[12]A.Boglietti,A.Cavagnino,A.Miottoetc.InductionMotMethodologybasedonRotorDiamet%singleton*.%%H=SHEJIreturnsthehandletoanewSHEJIo%theexistingsingleton*.%%SHEJI(CALLBACK',hObject,eventData,handles%%%%%%%%%%SHEJI(Property,'Value',…)appliedtotheGUIbeforesheji_OpeningFcunrecognizedpropertynameorinvalidvaluemakespropertyinstancetorun(singleton)".%Edittheabovetexttomodifytheresponseto'gui_SingletonEQ\*jc3\*hps24\o\al(\s\up0('),,)gui_Singifnargin&&ischar(varargin{1})gui_State.gui_Callback=str2fu[varargout{1:nargout}]=gui_maingui_mainfcn(gui_State,v%Endinitializationcode-%---Executesjustbeforeshejiismadevisible.functionsheji_OpeningFcn(hObject,eventdata,handles,varargin)%UIWAITmakesshejiwaitforuserresponse(seeUIRESUME)functionvarargout=sheji_OutputFcn(hObj%eventdatareserved-tobedefinedinafutureversionofMATLAB%Getdefaultcommandlineoutvarargout{1}=handles.ofunctionedit1_Callback(hObject,eventdata,ha%handlesst%Hints:get(hObject,String)returnscontentsofeditlast%str2double(get(hObject,'String))returnscontentsofeditlasafunctionedit1_CreateFcn(hObjecreserved-tobedefinedinafutureversionofMATLAB%Hint:editcontrolsusuallyhaveawhitebackgroundonWindows.get(0,'defaultUiconfunctionedit2_Callback(hObject,eventdata,ha%Hints:get(hObject,String)re%str2double(get(hObject,String'))returnscontefunctionedit2_CreateFcn(hObjecreserved-tobedefinedinafutureversionofMATLAB%Hint:editcontrolsusuallyhaveawhitebackgroundonWindowfunctionedit3_Callback(hObject,eventdata,handles)reserved-tobedefinedinafutureversionofMATLABstructurewithhandlesanduserd%Hints:get(hObject,'String)re%str2double(get(hObject,'String))returnscontentsoffunctionedit3_CreateFcn(hObject,eventdatEQ\*jc3\*hps24\o\al(\s\up1(%even),%handl)EQ\*jc3\*hps24\o\al(\s\up1(td),es)%Hint:editcontrolsusuallyhaveawhitebackgroundonWindows.ifispc&&isequal(get(hObject,Backgroundget(0,'defaultUiconfunctionedit4_Callback(hObject,eventdata,handles)%eventdatareserved-tobedefinedinafutureversionofMATLAB%Hints:get(hObject,String)re%str2double(get(hObject,'String))returnscontentsofefunctionedit4_CreateFcn(hObject,eventdata,handles)reserved-tobedefinedinafut%Hint:editcontrolsusuallyhaveawhitebackgroundonWindows.ifispc&&isequal(get(hObject,BackgroundColor),functionedit6_Callback(hObject,ev%handlesstructurewithhandlesanduserd%Hints:get(hObject,String)re%str2double(get(hObject,String)returnscontentsoffunctionedit6_CreateFcn(hObjecreserved-tobedefinedinafutureversiono%Hint:editcontrolsusuallyhaveawhitebackgroundonWindows.get(0,'defaultUiconfunctionedit7_Callback(h%eventdatareserved-tobedefinedinafutureversionofMATLAB%Hints:get(hObject,String)returnsconte%str2double(get(hObject,'String))returnscontentsofefunctionedit7_CreateFcn(hObject,eventdata,handles)reserved-tobedefinedinafutureversiono%Hint:editcontrolsusuallyhaveawhitebackgroundonWindowifispc&&isequal(get(hObject,BackgroundColor),functionedit8_Callback(hObject,eventdata,ha%eventdatareserved-tobedefinedinafutureversionofMATLAB%handlesstructurewithhandl%Hints:get(hObject,'String)re%str2double(get(hObject,'String'))returnscontentsofedit8asafunctionedit8_CreateFcn(hObject,eventdatreserved-tobedefinedinafutureversionofMATLAB%Hint:editcontrolsusuallyhaveawhitebackgroundonWindows.ifispc&&functionedit9_Callback(hObject,eventdata,handles)reserved-tobedefinedinafutureversionofMATLABstructurewithhandlesanduserdata%Hints:get(hObject,'String)re%str2double(get(hObject,String))returnscontentsofedit9asafunctionedit9_CreateFcn(hObject,eventdat%eventdatareserved-tobedefinedinafutureversionofMATLAB%handlesempty-handlesnotcreatedu%Hint:editcontrolsusuallyhaveawhitebackgroundonWindows.%functionedit10_Callback(hObject,eventdata,handles)%eventdatareserved-tobedefinedinafutureversionofMATLAB%handlesstructurewithhandlesanduserd%Hints:get(hObject,'String)ret%str2double(get(hObject,'String))returnscontentsofedit10reserved-tobedefinedinafut%Hint:editcontrolsusuallyhaveawhitebackgroundonWindows.ifispc&&isequal(get(hObject,'BackgroundColor),%---Executesonbuttonpressinpusfunctionpushbutton1_%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%p=1%2.额定电压(单位V,Y接法)%3.功电流(单位A)%4.效率eta按照技术条件的规定%6.极对数p=1%7.定转子槽数：每极每相槽数取整数。参考类似规格电机取，并采用%8.定转子每极槽数%9.确定电机的主要尺寸；一般可参考类似电机的主要尺寸来确定Dil和lef.现按10-2中的ifp<2;K_E1=0.00866*log(P_N/1000P1=K_E1*P_N/(eta*coalphap1=0.68%input(计算极弧系数=);KNm1=1.1%(气隙磁场波形系数KNm=);B_delta1=0.65;n1=str2douV=(6.1/(alphap1*KNm1*Kdp1))*(1/(A1*B_delta1))*(%铁心的有效长度%10气隙的确定%参考类似产品或由经验公式(10-10a),得%转子内径先按转轴直径决定(以后再校验转子轭部磁密)%11.极距tau%转子齿距t2%转子斜槽Nphil=eta*cos(phi)*pi*Di1*A1/(ml*IK%取并联支路a1=1,由式(10-15),可得每槽导体数Ns1=m1*al*Nphil/Q1;Ns1=fix(Ns1)%16.每相串联导体数NphilNphil=Ns1*Q1/(m1*a1)%每相串联匝数N1N1=Nphi1/2%17.绕组线规设计%初选定子电密由式(10-16),计算导线并绕根数和每根导线面积的%其中定子电流初步估计值%在附录二中选用截面积相近的铜线，高强度漆包线d=0.86%绝缘后线径d%18.设定子槽形%按齿宽和定子轭部计算高度的估算值作出定子槽形如图10-24,槽口尺寸参考类似产品决定，齿宽计算如下：h11=(b11-b01)/2*tan(pibi12=pi*(Dil+2*h01+2*h11)/Q2-b%齿部基本平行，齿宽%19.槽满率%槽面积As=((2*r21+b11)/2)*(hs1-h)+pi*(r21%按附录三，槽绝缘采用DMD复合绝缘，,槽楔为h=2mm层压板，槽绝缘占面积AiAi=deltai*(2*hsl+pi%槽的有效面积%槽满率Kpl=1;alpha=alphal*%每相有效串联导体数Nef%按式(10-39),预计转子导条电流：%初步取转子导条电密JB1=4.24A/mm^2,于是导条截面积%转子槽参考同类产品，取槽口尺寸b02=1mm,h02=0.5mm%转子为平行齿计算如下：%导条截面积(转子槽面积)AB=(b02+b12)/2*h12+(b12+b22)/%按式(11-41)估计端环电流%端环所需面积%其中端环电密JR1=3.41A/mm^2%(二)磁路计算K_NM=[1.111.0921.081.07Alpha_p=[0.640.700.740.7720.7KNm(n)=interp1(K_s,K_NM,Ks(n),"alphap(n)=interp1(K_s,Alpha_p,Ksphi(n)=E1/(4*KNm(n)*Kdp1*f*Nhj11=(D1-Dil)/2-hs1+rAdelta=tau*lefBdelta(n)=Fs(n)*phi(n)1.911.941.972.002.032.062.102.132.162.2.502.552.602.652.702.762.812.872.932.993.063.163.13.493.573.653.743.833.924.014.114.224.334.444.564.5.215.365.525.685.846.006.166.336.526.726.947.167.8.368.628.909.209.509.8010.110.510.911.311.712.112.6114.815.516.317.118.119.120.121.222.423.7Ht1(n)=interp1(B,H,Bt1,'liFdelta(n)=Kdelta*Bdelta(n)*dprecision=abs((Ks(2*n-1)-Ks(2*n))/Ks(2*Ks(2*n+1)=Ks(2*n)-(Ks(2*n)-Ks(2*n-1))/2;%input('Ks=)breakbreakalphapl=alphap(n);phi=phi(n);Bdelta=Bdelta(n);Fdelta=KNm=KNm(n);Fs=Fs(n);Ht1=Ht1(n);Ht2%迭代的出来的结论Hjl=interp1(B,H,Bj1,Hj2=interp1(B,H,Bj2,linear')B_cj11=[0.450.530.59B_cj12=[0.360.4450.5B_cj13=[0.30.3350.3750B_cj14=[0.2750.2830.310B_cj21=[0.450.390.3650.350.35B_cj22=[0.360.3350.310.2950.2B_cj23=[0.310.240.20.180.18B_cj24=[0.2750.210.180.1650.165ifBj1<1.32;Cj1=interp1(A_cj1,B_cj11,A_Cjl=interp1(A_cj1,B_cj12,ACjl=interp1(A_cj1,B_cj13,ACj1=interpl(A_cj1,B_cj14,A_cifBj2<1.32;Cj2=interp1(A_cj2,B_cj21,A_Cj2=interp1(A_cj2,B_cj22,A_Cj2=interp1(A_cj2,B_cj23,A_Cj2=interp1(A_cj2,B_cj24,A_%(三)参数计算tauy=pi*(Di1+2*(h01+h11)+h21+r21)*betCx=4*pi*f*mu0*(N1*Kdp1)^2*lef*P_N/(mlambdaU1=h01/b01+2*h11lambdas1=KU1*lambdaU1+KXs1s=2*ml*p/(Q1*Kdp1^2)*(lt/lef)*lambdXdeltals=((m1/pi^2)*(tau/deltaef)*(sigmas/(Kdp1^2*KXE1s=0.47*(IE-0.64*tauy)*Cx/(lef*KdXsigmals=Xs1s+XdeltallambdaL2=2*h12/(b02+bXs2s=2*m1*p/Q2*(lt/lef)*lambdXdelta2s=m1*tau*sigmaR/(pi^2*deltaefXE2s=0.757*DR*Cx/(lefXsks=0.5*(bsk/t2)^2*XdeXsigma2s=Xs2s+Xdelta2s+XskXsigmas=Xsigmals+XsR1=rhow*(2*N1*1c)/(Nt1*Ac11*a1*1GCu=C*1c*Ns1*Q1*Ac11*10^(-6%65AR1代替ARRB1=rhow1*(KB*1t/AB)*(4*m1*(N1*Kdp1RR1=rhow1*Q2*DR/(2*pi*p^2*AR1)*(4*m1*(N1*KdpIXs(m)=sigmal*Xsigmas*(I1Ps(m))^2*(1+(sigmal*XsigmasepsilonL(m)=I1Ps(m)*R1s+I1KE=1-(I1Ps(m)*R1s+I1Qs(m)*XBt10(m)=(1-epsilonO)/(1-epsilonLHt10(m)=interp1(B,H,Bt10(m),"linear')Bt20(m)=(1-epsilonO)/(1-epsilonLHt20(m)=interp1(B,H,Bt20(m),"linear')Bj10(m)=(1-epsilon0)/(1-epsilonLHj10(m)=interp1(B,H,Bj10(m),linearBj20(m)=(1-epsilonO)/(1-epsilonLHj20(m)=interp1(B,H,Bj20(m),"linear')Bdelta0(m)=(1-epsilonO)/(1-epsilonL(mCj10(m)=interp1(A_cj1,B_cj12,A_cj11,linear)Cj10(m)=interp1(A_cj1,B_cj13,A_cj11,lineCj10(m)=interp1(A_cj1,B_cj14,A_cj11,"linear')Cj20(m)=interp1(A_cj2,B_cj21,A_cjFj10(m)=Cj10(m)*Hj10(m)*LFj20(m)=Cj20(m)*Hj20(m)*LFdelta0(m)=Kdelta*deltal*BdeltImO=2*p*F00(m)/(0.9*m1*NIls(m)=(I1Ps(m)^2+I1Qs(m)^J11(m)=(Il(m)/(a1*NI2(m)=I2s(m)*IKW*m1*Nphi1pCul(m)=pCuls(m)*P_N 哈尔滨理工大学学士学位论文pA12s(m)=I2s(m)^2*RpA12(m)=pA12s(m)*P_Nps=pss*PNpfw=5.5*(3/p)^2*(D2)^3*10pfws=pfw/P_NPhe=[3.003.053.103.163.213.263.323.383.443.503.563.6233.783.843.913.984.064.134.204.284.364.444.524.604.5.105.225.345.465.585.705.845.986.126.266.406.536.7.187.287.417.527.647.707.777.837.907.968.0Phej(m)=interp1(B_p,Phe,Bj10(m),"lPhet(m)=interp1(B_p,Phe,pFes(m)=PFe(m)/P_Nsigmaps(m)=pCuls(m)+pA12s(m)+eta(m+2)=eta(m)+(eta(precisioneta=abs((eta(m+1)-eta(m))/etaifprecisioneta<0.005breakifprecisioneta<0.005breakpFers=(0.5*PFej(m)+(1-1/2.5)*PFet(m))*10^(-3)/P_N*1sN=pA12s/(1+pA12s+pFers+Tms=(1-sN)/(2*(R1s+(R1s^2+Xsigmas%(五)启动性能K(1)=3;Ist(1)=K(1)*Fst(k)=(Ist(k)*Ns1/a1)*0.707*(KU1+Kd1^2*Kp1*Q1/beta0=0.64+2.5*(deltal/(t1+t2))^(BL=mu0*Fst(k)/(2*deltaKZ(k)=interp1(B_L,K_ZdeltalambdaU1(k)=(h01+0.5lambdaslst(k)=KU1*(lambdaU1-Xs1sts(k)=lambdaslst(k)/lambdasXdeltalsts(k)=KZ(k)*XdXsigmalsts(k)=Xs1sts(k)+Xdeltalsts(xi=1.987*10^(-3)*hB*(f/rhow1)deltalambdaU2(k)=h02/b02*(cs2(k)/(lambdas2st(k)=(lambdaU2-deltalambdaU2(k))+Xsigma2sts(k)=(Xs2sts(k)+Xdelta2sts(k)+Xksts(k)+XXsigmasts(k)=Xsigmalsts(k)+XsigmaZsts(k)=(Rsts(k)^2+(Xsigmasts(k))^2Ist(k+2)=Ist(k)+(Ist(k+1)-breakbreakTsts=R2sts(k)/Zsts(kset(handles.edit7,'String,f77)set(handles.edit8,'String,f88)set(handles.edit10,'Strin%---Executesonbuttonpressinpusfunctionpushbutton2_Callback(hObject,eventdata,han附录B:英文文献及其译文InductionMotorDesignMethodologybasedonRotorDiameterProgressiveGroAMioto,andS.VaschetPolitecnicodiTorino,Dipartimisprsented.Theprocedareisbasedouasimapproachandselfconxittentequations,withoutanymseofasratedvoltageandtorqueelectrKapwond:inductionmotor,electomagueticdesiequations.FiniteElemeTheinductonmotorelecromaneticdeignisaproblemandinthetechnicsokethisproolemhaveRRDoffceshavedevelthemethodologiescommanlyusedtodesignindhxtionmachinescanbeclassifedinrwomaintools:toolsbasedonabasedonpastexpenencesandanditistypicalofcommercialsoftwareandresearchactiindustrialareas,usestoolsbaayproachhasaverylowflerarefrfromtheoldonesarenotsupporteInthelast20years,theuseofFiniteElementMethod(FEM)isperfomnveryaccurateanalysesofelecromastdied,bohone-by-onUnfortmately,evenifFEMallowsadetaledamalyselectomagueticstruchresknownineachitsdetailotherwords,FEMisnotabletodgeomericaldimensionsandthenrnmunbvolrageandtorque,electncandmaandsoon).Infact,whenthemachinehaststartingfromafreshgeometnicaldimensioms,slotshapes,andtunwindingisreguestedFthattheFEMhastobeconsideredandusedasamostvaluabletoolfortheanalyspreliminarysolumionsdefinedbymeparanetricway.Thisbecauseaninianycasedefinedandinathedimensionshavetobconsiderationscanbedonetosoftwareforelectrianalysis/desigubasedonanalconsisteutequations,wherethelaminationdimedesignofinductionmachinesusingprovidingalltheusedalgorithmsandeforinductionmotorelecromagneticdesigtheembeddedVisualBasicforApplicatipresentedintispaperisnotbasedontacnvines,asofenmadebyseveralmaufaproposedmethodthemotoriprocessbasedonaprogressiveincreaseoftherotordiametmtilthespecifedratedtorqueisobspecificationstodefaspectratio(1)isdefinedefinestheshape(stodkyarextended)ofthemotor.rotarskewpitchiandtmeasaredarondtheairgapTndactionmororrateddFKLaminationpackcoeF.RotorwindingspeciftcaG.FustcpproximationquKTheshaftdiametercanbedeinedoumechanicaltorquetransmittedbythemotortothemechanicalbecheckedinthefinalprojectvenifAswellknownitismamdatorytotakecareatthedefinitionofthepernisslbleactivematerialsstresses.Infact,highvahnesofvaluescanleadtohighironlfollowinginequalityrelat)OnthebasisofthefillingcoefficieatofthAtthispoint,onemightthinkthatmmberistoohighAnyway,afteraquspecifications,itiseasyunderstandthatmareinthemindbothofexpertandinexpenienxeddesigners.Ⅲ.ROTORLAMTNATONhigherthantheshaftdiamlengthisdefinedbytherotoraspectraho,asshownin(3)Thepreliminaryproblemtobetherotorslotsdimensions(widthandheigintoaccountthemag