畢業(yè)設計(論文)-高效節(jié)能型三相感應電動機的電磁設計

1、<p>　　畢業(yè)設計說明書(論文)</p><p>　　學生姓名： 學 號： </p><p>　　學 院： </p><p>　　專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 </p><p>

2、　　題 目： YX160-2(IP44)高效節(jié)能型 </p><p>　　三相感應電動機的電磁設計 </p><p>　　指導教師： </p><p>　　評閱教師： </p><p><b>　　2006年

3、6月</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 引言……………………………………………………………………………………………1</p><p>　　1.1 電機發(fā)展………………………………………………………………………………………1</p><p>　　1.2 高效

4、節(jié)能電機…………………………………………………………………………………2</p><p>　　2 設計任務及設計過程…………………………………………………………………………5</p><p>　　2.1 設計任務………………………………………………………………………………………5</p><p>　　2.2 設計過程………………………………………………………

5、………………………………5</p><p>　　3 手算電磁計算程序……………………………………………………………………………8</p><p>　　3.1 額定數(shù)據(jù)和主要尺寸………………………………………………………………………8</p><p>　　3.2 磁路計算……………………………………………………………………………………13</p>

6、<p>　　3.3 參數(shù)計算……………………………………………………………………………………16</p><p>　　3.4 工作性能計算…………………………………………………………………………………20</p><p>　　3.5 起動性能計算………………………………………………………………………………25</p><p>　　4 計算機輔助

7、設計說明…………………………………………………………………………28</p><p>　　4.1 計算機輔助設計的發(fā)展…………………………………………………………………… 28</p><p>　　4.2 計算機輔助設計在電機設計中的應用……………………………………………………29</p><p>　　4.3 設計一般過程…………………………………………………

8、………………………………29</p><p>　　4.4 C語言簡介……………………………………………………………………………………30</p><p>　　4.5 符號對照表……………………………………………………………………………………32</p><p>　　4.6 程序流程圖……………………………………………………………………………………37</

9、p><p>　　5 方案比較及選優(yōu)………………………………………………………………………………40</p><p>　　5.1 方案一…………………………………………………………………………………………40</p><p>　　5.2 方案二…………………………………………………………………………………………41</p><p>　　5.

10、3 方案三…………………………………………………………………………………………42</p><p>　　5.4 方案四…………………………………………………………………………………………43</p><p>　　結論 ………………………………………………………………………………………………44</p><p>　　致謝 ………………………………………………………

11、………………………………………45</p><p>　　參考文獻…………………………………………………………………………………………46</p><p><b>　　圖1 定子沖片圖</b></p><p><b>　　圖2 轉子沖片圖</b></p><p><b>　　圖3 繞組

12、展開圖</b></p><p><b>　?。薄∫?lt;/b></p><p>　　眾所周知，電機行業(yè)是一個傳統(tǒng)的機電制造行業(yè)，其發(fā)展已經(jīng)有二百多年的歷史，對整個國民經(jīng)濟的發(fā)展起著相當重要的作用。電的產(chǎn)生、傳輸、使用都離不開電機，尤其是現(xiàn)代技術的發(fā)展、人們生活水平的改善、自動化技術的提高及機器人等都需要大量的電機。</p><p>　

13、　1.1 電機的發(fā)展</p><p>　　縱觀世界電機產(chǎn)品的發(fā)展歷程，它始終跟隨著工業(yè)技術的發(fā)展，在相互競爭、相互促進中完善著自身，發(fā)生著變革。電機產(chǎn)品的發(fā)展過程大約可以劃分為四個發(fā)展階段。從19世紀30年代到80年代為直流電機時代，19世紀末葉，出現(xiàn)了交流電，隨之交流電動傳動在工業(yè)中逐步得到了廣泛應用，20世紀50年代以后，隨著電力電子學理論、微電子技術和現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，使電機產(chǎn)品進入快速發(fā)展時期，先進的

14、制造技術使傳統(tǒng)的電機產(chǎn)業(yè)煥發(fā)出了勃勃生機，交流電機代替直流電機也成為了必然的趨勢。近十年來，隨著科學技術的發(fā)展，國外中小型異步電機的發(fā)展方向大致可歸納為八個字：“高效、低噪、調(diào)速、智能”。由于人類社會必須直面能源危機和解決環(huán)境污染問題，開發(fā)并使用高效率電機已逐漸成為全球的共識。</p><p>　　目前，我國中小型電機約有300個系列，1500個品種，產(chǎn)品量大面廣，應用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、公共設施、家用電器等各個

15、領域，廣泛用于驅動各種風機、水泵、壓縮機、機床、起重運輸機械、城市交通及工礦電動車輛、建筑機械、冶金、有色金屬、紡織、印刷、造紙、石油化工、橡膠、食品等工業(yè)設備和農(nóng)業(yè)機械。</p><p>　　電動機作為最重要的動力設備之一，將電能轉換成機械能。以電機作為驅動的動力源，其耗用的電能占全國總發(fā)電量的60% 以上。當今的電動機一般都是按照最大負載下能正常工作為條件來選擇的，但在實際使用中，電機卻經(jīng)常是在中載、輕載，甚

16、至在空載狀態(tài)下運行。因此，電動機的負載率低，效率不高，電能浪費現(xiàn)象十分嚴重。出于能源節(jié)約和環(huán)境保護的考慮，當前世界上包括我國在內(nèi)的不少國家對電動機系統(tǒng)的節(jié)能都給予了高度重視，均把電動機節(jié)能的重點放在0.75kW 以上的電動機上。因此，今后電機行業(yè)發(fā)展方向之一將為高效、節(jié)能型電機。</p><p>　　1.2 高效節(jié)能電機</p><p>　　高效節(jié)能電動機是指在運行中將電能轉換為動力時具

17、有較高的轉換效率或較小的轉換損耗而節(jié)約電能的電動機。從字面上解釋，就是效率值高的電機，即有效輸出功率比輸入功率的百分值高的電機。</p><p>　　1.2.1　我國發(fā)展高效節(jié)能電機的意義</p><p>　　我國正處在深化經(jīng)濟體制改革和國民經(jīng)濟高速發(fā)展時期，企業(yè)面臨宏觀經(jīng)濟調(diào)控、能源與環(huán)保政策的規(guī)范。檢驗機構出臺的法規(guī)明確了節(jié)電產(chǎn)品技術標準，企業(yè)通過政府制定的節(jié)能技術產(chǎn)品的標準生產(chǎn)產(chǎn)品。

18、同時，政府對節(jié)能產(chǎn)業(yè)實施政策引導，強化執(zhí)法管理力度，為企業(yè)建立良好的市場環(huán)境。隨著政府對節(jié)能產(chǎn)業(yè)的扶持，節(jié)能觀念的深入普及，打造健康有序的節(jié)電產(chǎn)業(yè)只是時間問題。</p><p>　　目前，電機行業(yè)已形成比較完整的產(chǎn)業(yè)體系，中小型電機產(chǎn)品的品種、規(guī)格、性能和產(chǎn)量基本上滿足市場需要。在經(jīng)濟全球化的背景下，當今世界已進入相互競爭、相互依存的時代，如何增強我國企業(yè)的國際競爭力，推動節(jié)能型企業(yè)建立，加強工業(yè)節(jié)能管理和技術改

19、造，引導節(jié)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，不斷提高節(jié)能意識，資源意識和環(huán)境意識，充分發(fā)揮我國企業(yè)的優(yōu)勢，持續(xù)、快速、協(xié)調(diào)、健康地發(fā)展，已為形勢所迫，成為企業(yè)必須要面對的問題。我國GDP占全球3.8%，但能源消耗卻占到了全球的11%，這表明我國經(jīng)濟運行仍是高投入、高消耗、高排放、不協(xié)調(diào)、低效益、難循環(huán)的粗放型經(jīng)濟增長方式，尚未轉變?yōu)榈屯度?、高產(chǎn)出、低消耗、少排放、能循環(huán)的集約型和節(jié)約型經(jīng)濟增長方式。近年來，我國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展受到能源瓶頸制約，日益加劇，200

20、2年下半年開始全國有11個省市缺電，2004年缺電擴大到24個省市，各地相繼出現(xiàn)不同程度的電荒、煤荒、油荒。且我國電動機每年所耗電能相當于兩億多噸原煤的能量，若電動機效率提高1%，則我國每年可節(jié)約的原煤量約為200多萬噸。這也告誡企業(yè)在新產(chǎn)品開發(fā)、工業(yè)技術、設備效率等方面仍有較大空間，應深挖節(jié)能潛力。</p><p>　　鑒于我國電力緊張,應大力推廣節(jié)能電機。目前國內(nèi)電動機產(chǎn)量大，使用面廣，在當前能源和環(huán)境問題極

21、為嚴峻的形勢下，我們有必要開發(fā)節(jié)能電機或高效率電機，以使電動機本身消耗的電能進一步下降,從而減少我國電動機系統(tǒng)的用電量。</p><p>　　1.2.2 高效節(jié)能電機的特點</p><p>　　YX系列高效率電機是在Y系列電機電磁設計的基礎上略作改動，如沖片槽形、鐵心長度、繞組型式等方面進行調(diào)整，使電機具有高效率特性而產(chǎn)生的電氣派生系列。在年運行時間長，負載率較高的場合，采用YX系列高效

22、率電動機可較大幅度的節(jié)約電能。</p><p>　　與標準電機相比，使用高效率電機的優(yōu)點是：</p><p>　　a) 效率高，節(jié)能效果好。YX系列電機與Y系列電機相應規(guī)格相比，效率平均提高3%,功率因數(shù)平均提高約0.004，總損耗平均下降28.8%，其中各項損耗下降的百分比為：繞組損耗約20%，鐵耗約10%，雜散損耗約30%，風靡損耗約40% 。</p><p>

23、;　　b) 運行時間越長的設備或裝置，節(jié)能效果越明顯，產(chǎn)品的經(jīng)濟性提高。YX系列電機在負載率50%～100%范圍內(nèi)，具有比較平坦的效率特性，且在75%負載率時的效率最高。最高效率與額定負載時的效率相比，約提高0.2%～0.7%，全系列平均提高0.4%，這有助于提高電機實際運行時的節(jié)能效果。</p><p>　　c) 因為采取了降低損耗的設計，溫升小，進而延長設備的使用壽命，提高設備的可靠性。</p>

24、;<p>　　d) 大大減少對環(huán)境的污染。</p><p>　　例如一臺全封閉自扇冷式電機，規(guī)格為：2.2kW ，4 極，200V ，50Hz，負載率100%。若1年運行5000小時，則大約可以節(jié)電400kWh 。</p><p>　　高效率感應電動機，因具有輸出效率高、功率范圍廣、價格低、堅固性和維修性好的特點，已在生產(chǎn)生活中被廣泛用作節(jié)能電動機。</p>

25、<p>　　1.2.3 效率的提高</p><p>　　從電動機的主要構造出發(fā)，當電動機把從電源輸入的電能轉換成機械能時,有一部分能量以熱能形式消耗在電機內(nèi)部。這種不能在電動機軸上作為輸出功率所使用的能量叫做損耗。如果損耗大,電動機的溫升就會提高,由此可見電動機中的損耗,不僅會縮短絕緣壽命,還將消耗掉很多電能。為了提高效率,節(jié)省電力(節(jié)能) ,最好辦法是盡量降低電動機的損耗。</p>&

26、lt;p>　　電機的損耗主要包括以下四類：定轉子電氣損耗，基本鐵損耗，機械損耗，雜散損耗。提高電機的效率,主要就是如何降低以上各種損耗。</p><p>　　定轉子電氣損耗包括定子繞組銅耗和轉子鋁耗。定子繞組銅損耗(W) 約占總損耗的40% ，主要為滿載時定子繞組在運行溫度下的電阻損耗。定子銅耗在電動機損耗中占有相當大的比例。如何降低定子銅耗，對提高電動機的效率非常關鍵。降低定子銅耗可采用以下措施：提高槽滿

27、率，縮短繞組端部長度；減薄絕緣，提高槽利用率；降低電磁線的電阻率，可采用新材料。降低轉子鋁耗的措施：采用大截面積的轉子槽形和加大端環(huán)截面；提高鋁的純度，降低轉子電阻。</p><p>　　鐵心損耗(W)占總損耗的20%，由交變主磁通在定子或轉子鐵心(分別計算)中產(chǎn)生的磁滯損耗和渦流損耗組成。降低鐵心損耗可采取如下措施：</p><p>　　a) 采用低損耗的優(yōu)質(zhì)冷軋硅鋼片，采用較薄硅鋼片

28、，減少電機的渦流損耗；</p><p>　　b) 調(diào)整槽形，選用合理的磁密，減少基波鐵損耗；</p><p>　　c) 增加鐵心長，用較多的硅鋼片，減少磁密來降低損耗。</p><p>　　機械損耗(W)約占總損耗的5%，包括風扇及通風系統(tǒng)的損耗，電機轉子表面即冷卻介質(zhì)的摩擦損耗、軸承摩擦損耗、密封圈摩擦損耗等。風摩損耗的產(chǎn)生與電機轉速、通風方式、風扇形式、風扇

29、外徑、轉子外徑、軸承類型、潤滑特性、機械加工精度及裝配質(zhì)量等有關。降低機械損耗可選用與電機轉速相匹配的高效風扇及合理風路，選用優(yōu)質(zhì)低磨擦軸承、摩擦阻力小的潤滑脂、密封圈。</p><p>　　雜散損耗(W)約占總損耗的10%，是除上述四種損耗以外的全部損耗。雜散損耗包括由槽漏磁引起的導體中電流集膚效應產(chǎn)生的損耗，定子諧波磁通在轉子繞組中感應諧波電流產(chǎn)生的損耗，以及斜槽籠型轉子導條間的橫向電流在導條與疊片鐵心之間構

30、成回路產(chǎn)生的損耗。這些損耗與繞組形式、節(jié)距、槽形、槽數(shù)、槽配合、槽絕緣、氣隙長度、繞組端部與端蓋距離、槽中導體高度、生產(chǎn)制造工藝的控制水平等因素有關。降低雜散損耗大致可采取如下措施：</p><p>　　a) 定子槽采用多槽數(shù)，節(jié)距采用5/6τ；</p><p>　　b) 減小定子、轉子槽口寬度；</p><p>　　c) 鐵心兩端采用非導磁材料；</p

31、><p>　　d) 調(diào)整電磁設計方案，選用合理槽形、槽配合，采用"正弦"繞組以削弱合成磁場中的高次諧波，削弱附加損耗和附加轉矩；</p><p>　　e) 適當增大氣隙；</p><p>　　f) 轉子采用少槽。</p><p>　　2　設計任務及設計過程</p><p><b>　　2

32、.1 設計任務</b></p><p>　　電機設計的任務是根據(jù)用戶提出的產(chǎn)品規(guī)格(如功率、電壓、頻率等)、技術要求(如效率、功率因數(shù)、起動電流倍數(shù)、溫升限度等)，結合技術經(jīng)濟方面國家的方針政策和生產(chǎn)實際情況，運用有關的理論和計算方法，正確處理設計時遇到的各種矛盾，從而設計出性能好、體積小、結構簡單、運行可靠、制造和使用維修方便的先進產(chǎn)品。電機設計是個復雜的過程，需要考慮的因素和確定的尺寸、數(shù)據(jù)很多

33、，因此設計人員必須全面地、綜合地看問題，并能因時因地制宜，針對具體情況采取不同的解決方法。</p><p>　　本次設計電機的型號為YX160L-2(IP44)高效節(jié)能型三相感應電動機。</p><p>　　額定數(shù)據(jù)： 額定功率 =18.5kw 額定電壓=380V</p><p>　　額定頻率=50Hz 定子相數(shù)m=3 接</p&

34、gt;<p>　　技術要求： 效率≥92% 功率因數(shù)≥0.89</p><p>　　最大轉矩倍數(shù)≥2.2 起動轉矩倍數(shù)≥2.0 </p><p><b>　　起動電流倍數(shù)≤7</b></p><p><b>　　2.2 設計過程</b></p><p&

35、gt;　　2.2.1 準備階段</p><p>　　首先熟悉國際標準和國家標準，收集并查看相近電機產(chǎn)品的發(fā)展狀況、趨勢、技術資料，并閱讀一定量的外文專業(yè)資料，然后完成開題報告及外文翻譯。</p><p>　　2.2.2 確定電機的主要尺寸</p><p>　　電機主要尺寸的確定主要是參考國際上已制成的同類型電機的主要尺寸，并結合所設計電機的主要性能指標來確定。&

36、lt;/p><p>　　a) 定轉子沖片的設計</p><p>　　定轉子沖片的內(nèi)、外徑尺寸參考國際上同類型電機的沖片尺寸確定。</p><p>　　因為電機為高效節(jié)能型電機且功率較小，所以定子采用梨形槽。梨形槽可以減少鐵心表面損耗和齒內(nèi)脈振損耗，使有效氣隙長度減小，功率因數(shù)得到改善；且槽面積利用率較高，沖模壽命較長，槽絕緣的彎曲程度較小，不宜損傷。定子槽形尺寸在考慮

37、以下條件下進行設計：</p><p>　　1) 槽滿率一般控制在75%～80%左右，機械化嵌線時槽滿率控制在75%以下。因為槽滿率太高，會使嵌線困難、嵌線工時增加，且嵌線時極易引起絕緣損傷。</p><p>　　2) 齒部和軛部的磁密要適當。定子齒部磁密多在1.40T～1.60T之間；因軛部磁路較長，體積較大，所以一般定子軛部磁密比定子齒部磁密略低，以保證合理的鐵心損耗和空載電流，一般

38、在1.1T～1.5T之間。</p><p>　　3) 齒部有足夠的機械強度，軛部有足夠的剛度。</p><p>　　4) 還應注意槽形尺寸特別是其深寬比對電機參數(shù)（主要為漏抗的參數(shù)）的影響。</p><p>　　綜上，定子槽口寬=2.5mm～4.0mm，為嵌線方便，應比線徑大1.2mm～1.6mm；定子槽口高度=0.5mm～2.0mm。</p>&

39、lt;p>　　由于所設計電機為功率較小的兩極電機，因此轉子使用平行槽，這樣可以增加集膚效應，改善起動性能。轉子槽形尺寸對電機的一系列性能參數(shù)（如起動電流、起動轉矩、最大轉矩、轉子銅耗、功率因數(shù)、效率、溫升等）都有相當大的影響，其中起動電流、起動轉矩、最大轉矩和轉子槽形尺寸的關系最為密切。轉子槽形尺寸的確定和定子槽形尺寸的確定相類似。但轉子齒磁密一般在1.25T～1.6T之間。</p><p>　　定、轉子槽

40、形尺寸還要在上述估算的基礎上通過CAD畫圖來最終確定。</p><p>　　另外，為了減小附加損耗，定轉子槽數(shù)一般選擇少槽近槽配合，即定、轉子槽數(shù)相近，而轉子槽數(shù)略小于定子槽數(shù)。同時，定、轉子槽數(shù)得選擇還要避免在起動過程中產(chǎn)生較強的同步附加轉矩、異步附加轉矩、振動和噪聲。</p><p><b>　　b) 端環(huán)的設計</b></p><p>

41、　　端環(huán)的外徑通常比轉子外徑小3mm～8mm，以便鑄鋁模定位，端環(huán)內(nèi)徑一般略小于轉子槽底所在圓的直徑。</p><p><b>　　c） 繞組的選擇</b></p><p>　　由于所設計電機為高效率電機，且功率為18.5kw，因此電機定子繞組采用正弦繞組。正弦繞組不僅可以減小電機的相帶諧波，改善氣隙磁勢曲線以接近正弦分布，而且提高了繞組的基波分布系數(shù)，從而可減小電機

42、的雜散損耗約30%，且使銅耗下降，效率可提高5%左右。正弦繞組有Y-△串聯(lián)和Y-△并聯(lián)兩種形式，由于Y-△并聯(lián)繞組內(nèi)部回路多，會產(chǎn)生渦流損耗，為了降低損耗,提高效率，因此設計中采用Y-△串聯(lián)繞組。但Y-△繞組必須滿足以下三個條件時才能達到以上的效果：</p><p>　　1) 繞組Y接部分的感應電勢在時間上滯后于△接部分的感應電勢電角度。</p><p>　　2) 繞組Y接部分的相電流

43、在時間上滯后于△接部分的相電流電角度。</p><p>　　3) 繞組兩部分產(chǎn)生的磁勢幅值相等，便可以完全消除或大大削弱5、7、17、19、等（=奇數(shù)）次諧波磁勢，改善氣隙磁場波形，使諧波引起的附加損耗下降。</p><p><b>　　d) 風扇的選擇</b></p><p>　　風扇的作用在于產(chǎn)生足夠的壓力，以驅送所需的氣體通過電機，帶

44、走電機散發(fā)的熱量，使電機的溫度降低。因為高效電機為了提高效率，各項損耗都減小了，這使得電機的溫升比普通電機要低，發(fā)熱量少，所以可以選擇軸流式風扇，且軸流式風扇具有效率高（可達0.8）的優(yōu)點，可使風扇功耗降低，電機的效率提高。</p><p>　　2.2.3 手算核算電機的性能</p><p>　　電機的性能指標主要包括電機的效率、功率因數(shù)、起動電流、起動電流倍數(shù)、起動轉矩倍數(shù)、最大轉矩倍

45、數(shù)等。電機性能的計算過程主要包括額定數(shù)據(jù)及主要尺寸的確定、磁路計算（定轉子齒部、軛部磁密、磁場強度、磁壓降，電機總磁壓降，電機滿載磁化電流等的計算）、參數(shù)計算（定轉子各部分漏抗，定轉子電阻，端環(huán)電阻，定子導線重量、硅鋼片重量的計算）、工作性能計算（定轉子電氣損耗，附加損耗，機械損耗，定子鐵耗，功率，功率因數(shù)，最大轉矩倍數(shù)等的計算）和起動性能計算（起動時總電阻、總漏抗、總阻抗，起動電流，起動電流倍數(shù)，起動轉矩倍數(shù)的計算）五部分。通過手算電

46、機的性能，使我了解了電機設計的計算過程，電機各個量、參數(shù)的意義、選擇計算方法，明白了影響電機各項性能指標的參數(shù)，循環(huán)量的循環(huán)條件、過程和循環(huán)公式，為下一步電機性能計算程序的編寫、調(diào)試奠定了基礎。</p><p>　　2.2.4 計算機輔助設計</p><p>　　根據(jù)電機性能的手算過程，編制計算機輔助設計程序，并核算電機性能，得出四套合格方案，并從中選出最優(yōu)方案。該部分在下文第4部分中將

47、作詳細的說明。</p><p>　　3 手算電磁計算程序</p><p>　　3.1 額定數(shù)據(jù)和主要尺寸</p><p>　　1) 額定功率=18.5kW</p><p>　　2) 額定電壓=380V（接）</p><p>　　轉換為Y接相電壓==220V</p><p>　　3) 功電流=

48、==28.158A</p><p><b>　　4) 效率 </b></p><p>　　按照任務書規(guī)定取=92%</p><p><b>　　5) 功率因數(shù)</b></p><p>　　按照任務書規(guī)定取=0.89</p><p><b>　　6) 極對數(shù)=1&l

49、t;/b></p><p><b>　　相數(shù)=3</b></p><p><b>　　7) 定轉子槽數(shù)</b></p><p>　　每極每相槽數(shù)取整數(shù)，=6。</p><p>　　則==2×3×1×6=36。再按文獻[1]表10－8取=28，并采用轉子斜槽。<

50、;/p><p>　　8) 定轉子每極槽數(shù)</p><p>　　定子每極槽數(shù)===18</p><p>　　轉子每極槽數(shù)===14</p><p>　　9) 定轉子沖片尺寸</p><p>　　定子外徑=260mm</p><p>　　定子內(nèi)徑=150mm</p><p>　　

51、氣隙長度=0.68mm</p><p>　　轉子外徑==148.64mm</p><p><b>　　轉子內(nèi)徑=60mm</b></p><p>　　定子沖片尺寸（如圖3.1.1所示）： </p><p>　　轉子沖片尺寸（如圖3.1.2所示）： </p><p>　

52、　圖3.1.1 定子沖片圖 圖3.1.2 轉子沖片圖</p><p><b>　　定子齒寬：</b></p><p><b>　　=－2</b></p><p><b>　　= </b></p><p><b>　　=4.

53、724mm</b></p><p>　　=-==4.780mm</p><p>　　齒部基本平行，齒寬=4.752mm（平均值）</p><p>　　轉子齒壁不平行的槽形尺寬計算如下：</p><p><b>　　=6.0808mm</b></p><p>　　導條截面積（轉子槽面積）

54、</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　= </b></p><p><b>　　=241.062 </b></p><p>　　端環(huán)面積=430 端環(huán)直徑=104.62mm</p><p>　　

55、端環(huán)尺寸如圖3.1.3所示。</p><p>　　圖3.1.3 端環(huán)截面圖</p><p>　　10) 極距τ== =235.619mm</p><p>　　11) 定子齒距===13.09mm</p><p>　　12) 轉子齒距== =16.666mm</p><p>　　13) 定子繞組采用單層正弦繞組，同心式，

56、節(jié)距1～21,2～20，3～19</p><p><b>　　并聯(lián)之路數(shù)=1</b></p><p>　　14) 為了消弱齒諧波磁場的影響，轉子采用斜槽，一般斜一個定子齒距，于是轉子斜槽寬=13.09mm。</p><p><b>　　15) 每槽導體數(shù)</b></p><p>　　=10

57、 =17</p><p>　　16) 每相串聯(lián)導體數(shù)</p><p><b>　　60</b></p><p><b>　　102</b></p><p>　　17) 繞組線規(guī)設計</p><p>　　在文獻[1]附錄二中選用銅線：高強度漆包線。</p>

58、<p>　　Y接部分：1，1.6，絕緣后直徑=1.68，</p><p>　　6，1.5，絕緣后直徑=1.58；</p><p>　　△接部分：1，1.6，絕緣后直徑=1.68，</p><p>　　4，1.30，絕緣后直徑=1.38；</p><p><b>　　18) 槽滿率</b></p>

59、<p><b>　　槽面積=</b></p><p><b>　　= </b></p><p><b>　　=241.981 </b></p><p>　　按附錄三，槽絕緣采用DMDM復合絕緣，=0.3mm，槽楔為h=2mm層壓板，則槽絕緣占面積為：</p><p&g

60、t;　　===17.553。</p><p><b>　　槽有效面積</b></p><p>　　=-==224.428</p><p><b>　　槽滿率</b></p><p><b>　　0.793</b></p><p><b>　　0

61、.791</b></p><p>　　19) 鐵心長=200mm</p><p>　　鐵心有效長度201.36mm</p><p><b>　　20) 繞組系數(shù)</b></p><p><b>　　短距系數(shù)=1</b></p><p>　　分布系數(shù)：==0.990

62、</p><p>　　繞組系數(shù)：0.9899×1=0.990</p><p>　　21) 每相有效串聯(lián)導體數(shù)</p><p><b>　　=117.69</b></p><p><b>　　3.2 磁路計算</b></p><p><b>　　1) 每極

63、磁通</b></p><p>　　初設=（1-）=0.952，</p><p>　　=（1-）=0.952×220V=210V</p><p><b>　　58.84</b></p><p>　　初設=1.27，由文獻[1]圖3-5查得=1.092。</p><p>　　==

64、=0.016Wb</p><p>　　2) 每極下齒部截面積</p><p>　　==0.95×200×4.752×18=16252.10</p><p>　　==0.95×200×6.070×14=16145.12</p><p>　　3) 定子軛部計算高度</p>

65、<p><b>　　==</b></p><p><b>　　=30.18mm</b></p><p><b>　　轉子軛部計算高度</b></p><p><b>　　==</b></p><p><b>　　=26.45mm<

66、/b></p><p><b>　　定子軛部導條截面積</b></p><p>　　==0.95×200×30.18=5734.2</p><p><b>　　轉子軛部導條截面積</b></p><p>　　==0.95×200×26.45=5025.5

67、</p><p><b>　　4) 空氣隙截面積</b></p><p>　　=τ=235.619×201.36=47444.331</p><p>　　5) 磁路計算所選的回路是通過磁極中心線的閉合回路，該回路上的氣隙磁密是最大值。為此，先由文獻[1]圖3-5，找出計算極弧系數(shù)=0.703，由此求的波幅系數(shù) </p>

68、<p><b>　　====1.422</b></p><p>　　6) 定子齒磁密=1.436T</p><p>　　7) 轉子齒磁密==T=1.445T</p><p>　　8) 定子軛磁密==1.431T</p><p>　　9) 轉子軛磁密==1.633T</p><p>　　1

69、0) 空氣隙磁密==T=0.4908T</p><p>　　11) 從文獻[1]附錄五的D23磁化曲線上找出對應上述的磁密的磁場強度</p><p>　　=14.558A/cm；=15.184A/cm；=14.263A/cm；=47.712 A/cm</p><p>　　12) 齒部磁路計算長度</p><p><b>　　=21.

70、83mm</b></p><p><b>　　=35.72mm</b></p><p>　　13) 軛部磁路計算長度</p><p>　　==180.50mm</p><p>　　==67.898mm</p><p>　　14) 有效氣隙長度</p><p>　

71、　=1.1269×0.68=0.766mm</p><p><b>　　其中氣隙系數(shù)</b></p><p><b>　　==1.1088</b></p><p><b>　　==1.0163</b></p><p>　　=1.1088×1.0163=1.1

72、269</p><p><b>　　15) 齒部磁壓降</b></p><p>　　=14.558=31.781A</p><p>　　=15.184=54.238A</p><p>　　16) 計算軛部磁壓降，其中軛部磁壓降校正系數(shù)見文獻[1]圖附1-3a。</p><p>　　==0.128，

73、=1.431T，于是=0.500</p><p>　　=0.500×14.263=128.720A</p><p>　　==0.112，=1.633T，于是=0.500</p><p>　　=0.500×47.712=161.972A</p><p>　　17) 空氣隙磁壓降</p><p>　　=

74、×=299.253A</p><p><b>　　18) 飽和系數(shù)</b></p><p><b>　　==1.281</b></p><p>　　與初設值=1.27相比較，誤差=0.14%＜1%，合格。</p><p><b>　　19) 總磁壓降</b></

75、p><p>　　=299.253+31.781+54.238+128.720+161.972</p><p><b>　　=672.404A</b></p><p>　　20) 滿載磁化電流=8.465A</p><p>　　21) 滿載磁化電流標幺值=0.300</p><p>　　22) 勵磁電抗

76、標幺值=</p><p><b>　　3.3 參數(shù)計算</b></p><p>　　1) 線圈平均半匝長</p><p><b>　　定子線圈節(jié)距mm </b></p><p><b>　　直線部分長度mm</b></p><p>　　其中是線圈直線部

77、分伸出鐵心的長度，取15mm。</p><p>　　平均半匝長=520mm</p><p>　　式中是經(jīng)驗系數(shù)，2極取1.16。</p><p>　　2) 單層線圈端部平均長</p><p><b>　　320mm</b></p><p><b>　　3) 漏抗系數(shù)</b>&

78、lt;/p><p><b>　　0.0708</b></p><p>　　4) 定子槽比漏磁導</p><p>　　因為是單層繞組，整距，節(jié)距漏抗系數(shù)</p><p>　　=1.0×0.7181+1.0×0.842=1.560</p><p><b>　　其中0.7181

79、</b></p><p><b>　　由，查得0.842</b></p><p><b>　　5) 定子槽漏抗</b></p><p><b>　　=0.2634</b></p><p><b>　　6) 定子諧波漏抗</b></p>

80、;<p><b>　　取=0.0025</b></p><p><b>　　0.1760</b></p><p><b>　　7) 定子端部漏抗</b></p><p><b>　　0.5429</b></p><p>　　8) 定子漏抗標幺

81、值</p><p>　　==0.9823=0.070</p><p>　　9) 轉子槽比漏磁導</p><p>　　=1+2.6930=3.6930</p><p><b>　　其中=1 </b></p><p><b>　　由5.00，查得</b></p>&

82、lt;p><b>　　2.6930</b></p><p>　　10) 轉子槽漏抗標么值</p><p><b>　　=0.7856</b></p><p>　　11) 轉子諧波漏抗標幺值</p><p><b>　　取=0.00308</b></p>&l

83、t;p><b>　　0.2125</b></p><p>　　12) 轉子繞組端部漏抗標幺值</p><p><b>　　==0.1966</b></p><p>　　13) 轉子斜槽漏抗</p><p><b>　　==0.0655</b></p><

84、;p>　　14) 轉子漏抗標幺值</p><p>　　=1.2602=0.0904</p><p>　　15) 總漏抗=0.070+0.0904=0.1604</p><p>　　16) 定子繞組直流電阻</p><p><b>　　==0.0484</b></p><p><b>

85、;　　==0.1404</b></p><p><b>　　其中 </b></p><p><b>　　則定子直流電阻為：</b></p><p><b>　　0.0952</b></p><p>　　17) 定子繞組相電阻標幺值</p><p&

86、gt;<b>　　0.01224</b></p><p><b>　　18) 有效材料</b></p><p>　　感應電動機的有效材料是指定子繞組導電材料和定轉子鐵心導磁材料，電機的成本主要由有效材料的用量決定。</p><p><b>　　定子導線重量：</b></p><p&

87、gt;　　=12.2288kg</p><p>　　=12.1925kg </p><p>　　其中，C是考慮導線絕緣和引線重量的系數(shù)，漆包圓銅線C=1.05；=</p><p><b>　　是銅的密度。</b></p><p>　　12.2288+12.1925=24.4214kg</p><p&g

88、t;<b>　　硅鋼片重量</b></p><p>　　==104.0735kg</p><p>　　其中=5m是沖剪余量；是硅鋼片密度。</p><p><b>　　19) 轉子電阻</b></p><p><b>　　取=1.04，</b></p><p

89、><b>　　導條電阻折算值為：</b></p><p><b>　　=0.0639</b></p><p><b>　　端環(huán)電阻折算值：</b></p><p><b>　　=0.0698</b></p><p>　　導條電阻標幺值0.00822&

90、lt;/p><p>　　端環(huán)電阻標幺值0.00898</p><p>　　轉子電阻標幺值=0.00822+0.00898=0.0172</p><p>　　3.4 工作性能計算</p><p>　　1) 滿載時定子電流有功分量標幺值=</p><p>　　2) 滿載時轉子電流無功分量標幺值</p><

91、p><b>　　=0.1987</b></p><p><b>　　其中系數(shù)1.021</b></p><p>　　3) 滿載時定子電流無功分量標幺值=0.300+0.1987=0.4987</p><p>　　4) 滿載電勢標幺值</p><p><b>　　0.9518</

92、b></p><p>　　與初設值比較，誤差%<0.5%，合格。</p><p>　　5) 空載電勢標幺值</p><p><b>　　=0.9789</b></p><p>　　6) 空載時定子齒磁密及磁場強度</p><p>　　=；=17.4633A/cm</p>

93、<p>　　7) 空載時轉子齒磁密及磁場強度</p><p>　　=；=18.1660A/cm</p><p>　　8) 空載時定子軛磁密及磁場強度</p><p>　　=；=17.3846A/cm</p><p>　　9) 空載時轉子軛磁密及磁場強度</p><p>　　=；=63.0557A/cm<

94、/p><p>　　10) 空載時氣隙磁密</p><p><b>　　=；</b></p><p>　　11) 空載時定子齒部磁壓降</p><p>　　=17.4633=38.1223A</p><p>　　12) 空載時轉子齒部磁壓降</p><p>　　=18.16606

95、4.889A</p><p>　　13) 空載時定子軛部磁壓降，此時</p><p>　　==156.896A</p><p>　　14) 空載時轉子軛部磁壓降，此時</p><p><b>　　=214.191A</b></p><p>　　15) 空載時氣隙磁壓降</p><

96、;p>　　==307.802A</p><p>　　16) 空載時總磁降</p><p>　　==781.900A</p><p>　　17) 空載磁化電流</p><p>　　18) 定子電流標幺值</p><p><b>　　=1.1939</b></p><p>

97、;<b>　　定子電流實際值</b></p><p>　　=1.193928.158=33.6175A</p><p>　　19) 定子電流密度</p><p><b>　　20) 定子線負荷</b></p><p>　　21) 轉子電流標幺值</p><p><b&g

98、t;　　=</b></p><p><b>　　轉子電流實際值</b></p><p>　　=391.4487A</p><p><b>　　端環(huán)電流實際值</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　22) 轉子電流

99、密度</p><p><b>　　導條電密 </b></p><p><b>　　端環(huán)電密 </b></p><p>　　23) 定子電氣損耗</p><p>　　=0.01224=0.01745</p><p>　　=0.0174518.5=322.8235W</

100、p><p>　　24) 轉子電氣損耗</p><p>　　=0.0172=0.0209</p><p>　　=0.020918.5=386.856W</p><p><b>　　25) 附加損耗 </b></p><p>　　取=0.025=0.0175</p><p>　　=

101、0.017518.5=323.75W</p><p><b>　　26) 機械損耗</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=237.39W</b></p><p>　　機械損耗標幺值=0.01283</p><p>

102、<b>　　27) 定子鐵耗</b></p><p><b>　　定子齒重量</b></p><p><b>　　5.5346kg</b></p><p><b>　　定子軛重量</b></p><p>　　==32.2928kg</p>&

103、lt;p>　　由硅鋼片損耗曲線查得：齒部鐵損耗系數(shù)=3.8025W/kg</p><p>　　軛部鐵損耗系數(shù)=3.7620W/kg</p><p>　　定子齒損耗=3.80255.5346=21.0456W</p><p><b>　　定子軛損耗=</b></p><p>　　定子鐵耗 ==295.583W<

104、/p><p>　　其中鐵耗校正系數(shù)=2.5，=2</p><p>　　鐵耗標幺值0.0160</p><p>　　28) 總損耗標幺值</p><p>　　=0.01745+0.0209+0.0175+0.01283+0.0160=0.0847</p><p><b>　　29) 輸入功率</b>&l

105、t;/p><p>　　=1+0.0847=1.0847</p><p>　　30) 效率92.192%</p><p>　　誤差=-0.0209%>-0.5%，合格</p><p>　　31) 功率因數(shù)0.9084</p><p><b>　　32) 額定轉差率</b></p>&

106、lt;p><b>　　=1.97%</b></p><p><b>　　式中</b></p><p><b>　　=0.00827</b></p><p><b>　　33) 額定轉速</b></p><p>　　34) 最大轉矩倍數(shù)</p&g

107、t;<p><b>　　=2.8313</b></p><p>　　3.5 起動性能計算</p><p>　　1) 起動電流假定值</p><p><b>　　～=</b></p><p>　　2) 起動時定轉子槽磁勢平均值</p><p><b>

108、　　=3745.85A</b></p><p>　　3) 孔氣隙中漏磁場的虛擬磁密</p><p><b>　　=3.400T</b></p><p>　　其中修正系數(shù)1.0179</p><p>　　4) 起動時漏抗飽和系數(shù)由文獻[1]圖10-18查出</p><p>　　=0.59

109、5，1-=0.405</p><p>　　5) 齒頂漏磁飽和引起的定子齒頂寬度的減小</p><p><b>　　=mm</b></p><p>　　6) 齒頂漏磁飽和引起的轉子齒頂寬度的減小</p><p><b>　　=mm</b></p><p>　　7) 起動時定子槽

110、比漏磁導</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　其中</b></p><p><b>　　==0.404</b></p><p>　　8) 起動時定子槽漏抗</p><p>　　9) 起動時定子諧波漏抗</p>

111、<p><b>　　=0.595</b></p><p>　　10) 起動時定子漏抗</p><p>　　==0.8536=0.0596</p><p>　　11) 考慮集膚效應的轉子導條相對高度</p><p><b>　　==2.5574</b></p><p&g

112、t;　　其中，為導條電阻率。</p><p>　　12) 集膚效應引起的轉子電阻增加系數(shù)和電抗減小系數(shù)從文獻[1]圖4-23查出</p><p>　　2.498， 0.597</p><p>　　13) 起動時轉子槽比漏磁導的減小</p><p><b>　　0.8437</b></p><p>

113、　　于是起動時轉子槽比漏磁導</p><p><b>　　=1.7638</b></p><p>　　14) 起動時轉子槽漏抗</p><p><b>　　=</b></p><p>　　15) 起動時轉子諧波漏抗</p><p>　　16) 起動時轉子斜槽漏抗</p&

114、gt;<p><b>　　=</b></p><p>　　17) 起動時轉子漏抗</p><p><b>　　=0.0526</b></p><p>　　18) 起動時總漏抗</p><p>　　=0.0596+0.0526=0.1122</p><p>　　1

115、9) 起動時轉子總電阻</p><p><b>　　0.0295</b></p><p>　　20) 起動時總電阻</p><p>　　=0.01224+0.0295=0.04175</p><p>　　21) 起動時總阻抗</p><p><b>　　=0.1197</b>

116、</p><p><b>　　22) 起動電流</b></p><p><b>　　=235.287A</b></p><p><b>　　誤差=%<3%</b></p><p><b>　　起動電流倍數(shù)</b></p><p&g

117、t;<b>　　<7，滿足要求</b></p><p>　　23) 起動轉矩倍數(shù)</p><p><b>　　=2.020</b></p><p>　　4 計算機輔助設計說明</p><p>　　在設計過程中，利用計算機作為工具，幫助工程師進行設計的一切實用技術的總和稱為計算機輔助設計。&l

118、t;/p><p>　　計算機輔助設計包括的內(nèi)容很多，如：概念設計、優(yōu)化設計、有限元分析、計算機仿真、計算機輔助繪圖、計算機輔助設計過程管理等。在工程設計中，一般包括兩種內(nèi)容：帶有創(chuàng)造性的設計（方案的構思、工作原理的擬定等）和非創(chuàng)造性的工作，如繪圖、設計計算等。創(chuàng)造性的設計需要發(fā)揮人的創(chuàng)造性思維能力，創(chuàng)造出以前不存在的設計方案，這項工作一般應由人來完成。非創(chuàng)造性的工作是一些繁瑣重復性的計算分析和信息檢索，完全可以借助計

119、算機來完成。一個好的計算機輔助設計系統(tǒng)既能充分發(fā)揮人的創(chuàng)造性作用，又能充分利用計算機的高速分析計算能力，即要找到人和計算機的最佳結合點。</p><p>　　4.1 計算機輔助設計的發(fā)展</p><p>　　計算機輔助設計作為一門學科始于60年代初，一直到70年代，由于受到計算機技術的限制，計算機輔助設計技術的發(fā)展很緩慢。進入80年代以來，計算機技術突飛猛進，特別是微機和工作站的發(fā)展和普

120、及，再加上功能強大的外圍設備，如大型圖形顯示器、繪圖儀、激光打印機的問世，極大地推動了計算機輔助設計技術的發(fā)展，計算機輔助設計技術已進入實用化階段，廣泛服務于機械、電子、宇航、建筑、紡織等產(chǎn)品的總體設計、造型設計、結構設計、工藝過程設計等環(huán)節(jié)。</p><p>　　早期的計算機輔助設計技術只能進行一些分析、計算和文件編寫工作，后來發(fā)展到計算機輔助繪圖和設計結果模擬，目前的計算機輔助設計技術正朝著人工智能和知識工程

121、方向發(fā)展。另外，設計和制造一體化技術即CAD/CAM技術以及計算機輔助設計作為一個主要單元技術的CIMS技術都是計算機輔助設計技術發(fā)展的重要方向。</p><p>　　在工業(yè)化國家如美國、日本和歐洲，計算機輔助設計已廣泛應用于設計與制造的各個領域如飛機、汽車、機械、模具、建筑、集成電路中，基本實現(xiàn)100％的計算機繪圖。計算機輔助設計系統(tǒng)的銷售額每年以30%～40%的速度遞增，各種計算機輔助設計軟件的功能越來越完善

122、，越來越強大。國內(nèi)于70年代末開始計算機輔助設計技術的大力推廣應用工作，已經(jīng)取得可喜的成績，計算機輔助設計技術在我國的應用方興未艾。</p><p>　　4.2 計算機輔助設計在電機設計中的應用</p><p>　　在電機設計中應用電子計算機是從50年代開始的，至今仍在進行廣泛的研究和探索。利用計算機進行電機設計的程序可以分成“設計分析”、“設計綜合”、和“設計優(yōu)化”三種類型。“設計分析

123、”程序是按設計人員事先估計好的若干設計參量，依一定程序步驟來計算產(chǎn)品的性能，相當于通常的設計核算。計算機僅用來對設計方案進行設計分析，而對計算結果的評價以及設計方案的調(diào)整仍需由設計者決定。“設計綜合”程序是根據(jù)已知的性能要求，決定電機各設計參量的程序。它可在規(guī)定的產(chǎn)品性能和技術條件下，自動選擇適當?shù)募夹g參數(shù)和結構尺寸，從而得出可行的設計方案?！霸O計綜合”程序實質(zhì)上就是自動修改并重復分析設計，最終得到適合給定要求的設計方案的程序。因此在設

124、計綜合程序中，大大縮短了設計時間。但要得到一個較典型的、通用性較強的設計綜合程序并不是輕而易舉的，因此從60年代就已開始發(fā)展的這類程序，至今仍在不斷完善之中。“設計優(yōu)化”程序是對設計問題提出明確的數(shù)學模型，然后依據(jù)現(xiàn)代數(shù)學的尋優(yōu)理論并采用優(yōu)化方法，自動得到較優(yōu)或最優(yōu)方案的程序。這是近10年才開始在實際問題中應用且仍在進行多方面探索的一種程序。</p><p>　　應用電子計算機設計電機大致可分為以下幾個步驟：選定

125、目標、數(shù)學描述、數(shù)值處理、編織程序、整理輸入數(shù)據(jù)、檢驗程序和輸出結果分析。對優(yōu)化設計程序，首要的是明確優(yōu)化目標，其次是選定優(yōu)化方案。對于綜合設計程序則必須確定以哪些參數(shù)作為主要變量，其變化范圍以及性能的合格標準和容差。無論是哪一種類型的設計程序，計算過程中都不可避免的要出現(xiàn)按試湊法進行迭代運算的情況，如中小型感應電動機電磁設計中的滿載電勢系數(shù)、磁路飽和系數(shù)、效率等。為了使一個多重循環(huán)的程序更為合適、簡練，在編制程序時不僅需要慎重考慮設計

126、的邏輯性，而且應比較準確地確定迭代初值、迭代方法以及迭代的收斂條件。</p><p>　　4.3 設計一般過程</p><p>　　4.3.1 圖表的處理</p><p>　　由手算轉變到機算的最突出問題就是曲線和圖表的處理。在工程設計中經(jīng)常要根據(jù)曲線或圖表查定某一設計參量的數(shù)值。手算時這一問題可以很方便的用尋找坐標的辦法來實現(xiàn)，但目前在計算機上尚無法直接按這樣

127、的步驟去工作。所以必須對曲線或圖表進行必要的處理，使其邏輯能為機器所接受。</p><p>　　a) 插值法。對于函數(shù)關系曲線，在使用計算機時不可能將無限多組的對應數(shù)據(jù)都存儲于計算機內(nèi)，因此只能將曲線“離散化”，輸入有限個對應數(shù)據(jù)，它們分別和曲線上有限個離散點相對應，相鄰離散點間的數(shù)據(jù)依人為選定的函數(shù)關系來表示，這就是插值法的實質(zhì)。利用插值法可以將曲線轉化為一組對應的離散化的點，再將其作為一個二維數(shù)組輸入到計算機

128、中。這樣在計算機中讀數(shù)時，就可以利用循環(huán)語句查找所要值的范圍，在利用一個插值公式得到所求的值。這種方法對所有的曲線都可以應用，因此是一種通用的方法。</p><p>　　b) 公式法。在電機設計所用的曲線中，有的曲線或圖表是可以用某個公式來表示的。這樣，在將曲線輸入計算機中時，可以用公式代替曲線，即將曲線公式化。這樣不僅可以使設計程序簡單化，而且可以得到較準確的數(shù)值，提高計算精度。但這種方法適用性不如插值法廣泛，