畢業(yè)設(shè)計(jì)--y100l-23kw三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的電磁設(shè)計(jì)

1、<p>　　學(xué) 士 學(xué) 位 論 文</p><p>　　THESIS OF BACHELOR</p><p>　?。?007—2011年）</p><p>　　題 目: 三相鼠籠型異步電機(jī)設(shè)計(jì)（Y100L-2 3KW） </p><p>　　英文題目: Design of three phases squirrel-c

2、age </p><p>　　asynchronous motor （Y100L-2 3kW） </p><p>　　學(xué) 院: 系 別: 工程技術(shù)系 </p><p>　　專(zhuān) 業(yè): 電氣工程及其自動(dòng)化 </p><p>　　班 級(jí):

3、 7電氣本 </p><p>　　學(xué)生姓名: </p><p>　　學(xué) 號(hào): </p><p>　　指導(dǎo)老師: </p>

4、<p>　　起訖日期: 2011年2月1日－2011年5月10日 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要1</b></p><p>　　Abstract2</p><p>　　第1章 三相異步電動(dòng)機(jī)原理4</p>

5、;<p>　　1.1三相異步電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)與技術(shù)指標(biāo)4</p><p>　　1.1.1三相異步電動(dòng)機(jī)的名牌額定數(shù)據(jù)4</p><p>　　1.1.2.三相異步電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)5</p><p>　　1.2三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理5</p><p>　　1.3三相異步電動(dòng)機(jī)的功率關(guān)系6</p>&

6、lt;p>　　1.4三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和工作特性7</p><p>　　1.4.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性7</p><p>　　1.4.2.三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性8</p><p>　　第2章 電機(jī)設(shè)計(jì)理論9</p><p>　　2.1電機(jī)設(shè)計(jì)的概況9</p><p><b>　　2

7、.2電磁設(shè)計(jì)9</b></p><p>　　第3章 畢業(yè)設(shè)計(jì)要求及結(jié)果分析12</p><p>　　3.1手算程序12</p><p><b>　　附錄113</b></p><p>　　附表3.1三相異步電動(dòng)機(jī)Y100M-2 3KW手算步驟與結(jié)果13</p><p>　　1

8、3.2優(yōu)化方案30</p><p><b>　　總 結(jié)34</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)35</b></p><p><b>　　致 謝36</b></p><p>　　附錄3.CAD圖37</p><p>　　Y100L

9、-2 3kW三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的電磁設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文介紹了異步電機(jī)的特征、類(lèi)型和用途，從而引出三相異步電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型和結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步闡述了三相異步電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作原理、功率平衡關(guān)系、機(jī)械特性和工作特性等。這些都是為下一步的電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備的。</p><p>　　電動(dòng)機(jī)設(shè)

10、計(jì)是個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，需要考慮的因素和確定的尺寸、數(shù)據(jù)很多，因此遇到錯(cuò)綜復(fù)雜的矛盾。而本文全面地、綜合地看待了這個(gè)問(wèn)題，充分協(xié)調(diào)了電動(dòng)機(jī)的耗材量與各項(xiàng)性能之間以及技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之間的關(guān)系。作者先按照電動(dòng)機(jī)的手算程序進(jìn)行手算工作，了解了國(guó)家的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，熟悉了電動(dòng)機(jī)各項(xiàng)指標(biāo)之間的大致關(guān)系，為優(yōu)化方案打了個(gè)基礎(chǔ)。方案一中在追求節(jié)省材料時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)性能降低。方案二中采取措施提高效率、功率因數(shù)也會(huì)使起動(dòng)電流變大。因此，綜合考慮各方面得失，最

11、后得出一個(gè)既節(jié)省材料又提高性能的方案。</p><p>　　關(guān)鍵詞：異步電動(dòng)機(jī)；設(shè)計(jì)；優(yōu)化；繪圖</p><p>　　Design of three phase squirrel-cage</p><p>　　asynchronous motor（Y100L-2 3kW）</p><p><b>　　Abstract</b&g

12、t;</p><p>　　This paper shows the character, type and usage of induction motor. In succession, it introduces the type and framework of three phase squirrel-cage asynchronous motor, and farther set forth its r

13、ated data, technical specification, operation theory, power equation, mechanism specialty, running specialty and so on. This is the groundwork to the design of motor.</p><p>　　Constructing a motor is a compl

14、exity. The designer must consider many factors and ascertain lots and lots of sizes and dates, and therefore barge up against reticule illogicality. However, this study treats the problem all-sided and synthetically, and

15、 that well harmonizes the material wastage, capabilities, technical dates as well as economical dates. After the handworker count, the designer has known about the national criterion and is up on the rough connections am

16、ong the specifications, which</p><p>　　keywords: induction motor；design；optimize；plot</p><p><b>　　緒 論</b></p><p>　　電機(jī)在當(dāng)代各個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用電動(dòng)機(jī)是工農(nóng)業(yè)中生產(chǎn)機(jī)械和日常生活中各種電器最重要的原動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)裝置。

17、異步電動(dòng)機(jī)是其中應(yīng)用最廣、需要量最大的，據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界每年發(fā)電量的70%--80%消耗在各種類(lèi)型的電動(dòng)機(jī)上，而其中中小型異步電動(dòng)機(jī)的用電量占總發(fā)電量的40%左右。尤其紡織、大型機(jī)械加工等特殊工業(yè)部門(mén)中，異步電動(dòng)機(jī)的用電量占70%以上。異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、堅(jiān)固耐用，具有適用的工作特性，但缺點(diǎn)是功率因數(shù)較差，在運(yùn)行時(shí)，必須從電網(wǎng)吸收滯后性的無(wú)功功率。</p><p>　　異步電機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)、三相同步電動(dòng)機(jī)

18、不同，其轉(zhuǎn)子繞組無(wú)需與其它電源連接，因此具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、運(yùn)行可靠，以及制造容易，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。異步電機(jī)有較高的運(yùn)行效率和較好的工作特性，從空載到滿(mǎn)載范圍內(nèi)接近恒速運(yùn)行，能滿(mǎn)足大多數(shù)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械的傳動(dòng)要求。異步電機(jī)還便于派生成各種防護(hù)型式，以適應(yīng)不同環(huán)境條件的需求。由于異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與其旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n1有一定的轉(zhuǎn)差關(guān)系，其調(diào)速性能較差，對(duì)要求較寬廣和平滑調(diào)速范圍的交通運(yùn)輸機(jī)械、印染及造紙機(jī)械等，采用直流電機(jī)較經(jīng)濟(jì)、方便。異

19、步電動(dòng)機(jī)由于電網(wǎng)的功率因數(shù)可以用別的辦法進(jìn)行補(bǔ)償，因而這一點(diǎn)并不妨礙異步電動(dòng)機(jī)的廣泛使用。</p><p>　　因此，對(duì)異步電動(dòng)機(jī)深入研究是非常必要和有意義的，要盡量節(jié)省異步電動(dòng)機(jī)的材料用量，改善效率和功率因數(shù)等性能，使其能更好地適用于生產(chǎn)需要。</p><p>　　第1章 三相異步電動(dòng)機(jī)原理</p><p>　　1.1三相異步電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)與技術(shù)指標(biāo)</p

20、><p>　　1.1.1三相異步電動(dòng)機(jī)的名牌額定數(shù)據(jù)</p><p><b>　　1)．型號(hào) </b></p><p>　　Y系列國(guó)產(chǎn)三相異步電動(dòng)機(jī)型號(hào)是按國(guó)際電工委員會(huì)IEC標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的新系列三相電動(dòng)機(jī)，它是以電動(dòng)機(jī)中心高為依據(jù)編制型號(hào)譜的，如：</p><p>　　“Y100M-2”——Y：異步電動(dòng)機(jī)；100：中心高

21、100mm；M：中機(jī)座（L-長(zhǎng)機(jī)座，S-短機(jī)座）；2：2極。</p><p><b>　　2)．額定值</b></p><p>　?。?）額定功率（PN）：指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)，軸端輸出的機(jī)械功率，單位為瓦（W）或千瓦（KW）。</p><p>　　（2）額定電壓（UN）：指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)，加在定子繞組上的線(xiàn)電壓，單位為伏（V）。如果銘牌上

22、標(biāo)有兩個(gè)電壓數(shù)據(jù)。</p><p>　?。?）額定電流（IN）：指電動(dòng)機(jī)在額定電壓下，軸端輸出額定功率時(shí)，定子繞組中的線(xiàn)電流，單位為安（A）。</p><p>　?。?）額定頻率（fN）：指輸入交流電（即電網(wǎng)）的頻率，我國(guó)規(guī)定的電網(wǎng)頻率為50HZ，除出口電動(dòng)機(jī)（多為60HZ）外，國(guó)內(nèi)用的異步電動(dòng)機(jī)的額定頻率都是50HZ。</p><p>　?。?）額定功率因數(shù)（）：

23、指電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，定子相電壓與相電流之間的相位差。</p><p>　?。?）額定轉(zhuǎn)速（nN）：指電動(dòng)機(jī)在額定頻率、額定電壓下，且軸端輸出額定功率時(shí)，轉(zhuǎn)子每分鐘的轉(zhuǎn)速，單位為轉(zhuǎn)/分（r/min）。</p><p>　?。?）額定效率（ηN）：指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)的效率。</p><p>　?。?）絕緣等級(jí)：指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)，繞組允許的溫度升高值（即繞組的溫度比

24、周?chē)諝夥€(wěn)定高出的數(shù)值）。允許溫升的高低取決于電動(dòng)機(jī)使用的絕緣材料。絕緣材料的耐熱等級(jí)見(jiàn)表1-1，也有些電動(dòng)機(jī)制造廠在銘牌上直接給出電動(dòng)機(jī)的允許溫升。</p><p>　　表1.1 絕緣材料的耐熱等級(jí)</p><p>　　(9)標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)：指電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品按這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，技術(shù)數(shù)據(jù)能達(dá)到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。例如國(guó)際GB755-2000。</p><p>　　（10）工作制或定額

25、：指三相電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，即允許連續(xù)使用的時(shí)間，分為連續(xù)、短時(shí)、斷續(xù)周期三種。連續(xù)工作制（S1）的電動(dòng)機(jī)在銘牌規(guī)定的額定負(fù)載范圍內(nèi)允許長(zhǎng)期連續(xù)使用。短時(shí)工作（S2）的電動(dòng)機(jī)在銘牌規(guī)定的條件下，只能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)短時(shí)運(yùn)行，短時(shí)運(yùn)行的持續(xù)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)有四種：10min、30min、60min及90min，達(dá)到規(guī)定的時(shí)間后必須停機(jī)，待三相電動(dòng)機(jī)完全冷卻后才可以開(kāi)機(jī)運(yùn)行。斷續(xù)周期工作制（S3）的電動(dòng)機(jī)在銘牌規(guī)定的額定值下只能斷續(xù)周期性使用，斷續(xù)運(yùn)行

26、常以負(fù)載持續(xù)率百分?jǐn)?shù)表示，標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載持續(xù)率分為四種：15%、25%、40%、60%，每周期為10min。</p><p>　　1.1.2.三相異步電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)</p><p>　　效率（η）：指電動(dòng)機(jī)輸出機(jī)械功率與輸入電功率之比,通常用百分?jǐn)?shù)表示。</p><p>　　功率因數(shù)（）：指電動(dòng)機(jī)輸入有效功率與視在功率之比。</p><p&g

27、t;　　堵轉(zhuǎn)電流（IK）：指電動(dòng)機(jī)在額定電壓、額定頻率和轉(zhuǎn)子堵住時(shí)從供電回路輸入的穩(wěn)態(tài)電流有效值。</p><p>　　堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩（TK）：指電動(dòng)機(jī)在額定電壓、額定頻率和轉(zhuǎn)子堵住時(shí)所產(chǎn)生的最小測(cè)得值.。</p><p>　　最大轉(zhuǎn)矩（Tmax）：指電動(dòng)機(jī)在額定電壓、額定頻率和運(yùn)行溫度下,轉(zhuǎn)速不發(fā)生突降時(shí)所產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩。[5]</p><p>　　1.2三相異步電動(dòng)機(jī)

28、的工作原理</p><p>　　三相對(duì)稱(chēng)的繞組通過(guò)三相對(duì)稱(chēng)的電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，其轉(zhuǎn)速即為同步速n1=60f/p；轉(zhuǎn)子直流勵(lì)磁產(chǎn)生固定磁極；輔助電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近同步n1時(shí)，其異性磁極就被旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)拉住，即定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)就拖著固定磁場(chǎng)（轉(zhuǎn)子）以轉(zhuǎn)速n（n<n1）旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。故稱(chēng)為三相異步電動(dòng)機(jī)。</p><p>　　轉(zhuǎn)差率（s）：同步轉(zhuǎn)速n1和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)

29、速n之差與同步轉(zhuǎn)速n1的比值。</p><p>　　其實(shí)，異步電機(jī)有三種運(yùn)行狀態(tài)：（a）電動(dòng)機(jī)運(yùn)行；（b）發(fā)電機(jī)運(yùn)行；（c）電磁制動(dòng)運(yùn)行。具體如下：</p><p>　　(a)電動(dòng)機(jī)狀態(tài)（0<s<1）：輔助電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近同步時(shí)，其異性磁極就被旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)拉住，持續(xù)以轉(zhuǎn)速n(n<n1)旋轉(zhuǎn)。電機(jī)從電網(wǎng)吸收電功率，經(jīng)過(guò)氣隙的耦合作用從軸上輸出機(jī)械功率。<

30、/p><p>　　(b)發(fā)電機(jī)狀態(tài)（s<0）：原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子以n(n<n1)轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體相對(duì)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)切割磁力線(xiàn)，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，進(jìn)而產(chǎn)生電流。電機(jī)從軸上吸收機(jī)械功率，經(jīng)過(guò)氣隙耦合再向電網(wǎng)輸出電功率。</p><p>　　(c)電磁制動(dòng)狀態(tài)(s>1)：轉(zhuǎn)子逆著磁場(chǎng)方向旋轉(zhuǎn)（n<0），電機(jī)既從電網(wǎng)吸收電功率又從軸上吸收機(jī)械功率，消耗在電機(jī)內(nèi)部。[5]</p>

31、;<p>　　1.3三相異步電動(dòng)機(jī)的功率關(guān)系</p><p>　　三相異步電動(dòng)機(jī)以轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，定子繞組從電源輸入的電功率為</p><p>　　定子銅損耗為 </p><p>　　轉(zhuǎn)子鐵損耗很小，可忽略不計(jì)，故鐵損耗主要是定子鐵心損耗：</p><p><b>　　電磁功率：<

32、;/b></p><p><b>　　電磁功率也可表示為</b></p><p>　　轉(zhuǎn)子繞組中的銅損耗為</p><p>　　電磁功率PM減去轉(zhuǎn)子繞組中的銅損耗PCu2就是等效電阻上的損耗。這部分等效損耗實(shí)際上是傳輸給電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的機(jī)械功率，用PM表示。它是轉(zhuǎn)子繞組中電流與氣隙旋轉(zhuǎn)磁通密度共同作用產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)所對(duì)應(yīng)的

33、功率。</p><p>　　電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)，會(huì)產(chǎn)生軸承以及風(fēng)阻等摩擦阻轉(zhuǎn)矩，這也要損耗一部分功率。把這部分功率叫做機(jī)械損耗，用pm表示。</p><p>　　在異步電動(dòng)機(jī)中，除了上述各部分的損耗外，由于定、轉(zhuǎn)子開(kāi)了槽和定、轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)中含有諧波磁動(dòng)勢(shì)，還要產(chǎn)生一些附加損耗，用pa表示。pa一般不易計(jì)算，往往根據(jù)經(jīng)驗(yàn)計(jì)算，在大型異步電動(dòng)機(jī)中，pa約為輸出額定功率的0.5%；而在小型異步電動(dòng)機(jī)中

34、，滿(mǎn)載時(shí)可達(dá)輸出額定功率的1%-3%或更大些。</p><p>　　機(jī)械功率Pm減去機(jī)械損耗pm和附加損耗pa,才是轉(zhuǎn)軸上真正輸出的功率,用P2表示。</p><p>　　可見(jiàn)異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，從電源輸入電功率P1到轉(zhuǎn)軸上輸出功率P2的全過(guò)程為</p><p>　　從以上功率關(guān)系定量分析中看出，異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，電磁功率、轉(zhuǎn)子回路銅損耗和機(jī)械功率三者之間的比例關(guān)系是

35、</p><p><b>　　[5]</b></p><p>　　1.4三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和工作特性</p><p>　　1.4.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性</p><p>　　三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩M之間的函數(shù)關(guān)系，即n=f(M)。三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性有不同的表達(dá)形式，如物理表達(dá)式

36、、參數(shù)表達(dá)式和實(shí)用表達(dá)式。本文中僅介紹參數(shù)表達(dá)式。</p><p>　　三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁功率為</p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　　所以，電磁轉(zhuǎn)矩為</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p&g

37、t;　　三相異步電動(dòng)機(jī)近似等值電路如下：</p><p><b>　　圖2.1</b></p><p><b>　　由圖可知：</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　而

38、 （4）</p><p>　　由式（2）、（3）、（4）得出：</p><p><b>　　（5）</b></p><p>　　式（5）即為三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的參數(shù)表達(dá)式。[5]</p><p>　　1.4.2.三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性</p><p>　　三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性是

39、指在電動(dòng)機(jī)的定子側(cè)加額定電壓，電壓的頻率又為額定值時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n、定子電流I1、功率因數(shù)、電磁轉(zhuǎn)矩T、效率η等與輸出功率P2的關(guān)系。即：</p><p>　　U1=UN、f1=fN時(shí)，n，I1，，T，η=f(P2).</p><p><b>　　（1）效率特性：</b></p><p>　　，電機(jī)空載時(shí)，P2=0, η=0，隨著輸出功率P2

40、的增加，效率η也增加，當(dāng)鐵損耗與機(jī)械損耗之和等于定、轉(zhuǎn)子銅損耗之和時(shí)，電動(dòng)機(jī)的效率達(dá)到最大。但當(dāng)負(fù)載繼續(xù)增大時(shí)，效率反而降低。一般來(lái)說(shuō)，電動(dòng)機(jī)的容量越大，效率越高。</p><p>　?。?）功率因數(shù)特性：電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)必須吸取滯后無(wú)功功率，其功率因數(shù)總小于1。空載時(shí)，功率因數(shù)很低，不超過(guò)0.2。當(dāng)負(fù)載增大時(shí),定子電流中的有功電流增加，使功率因數(shù)提高,額定負(fù)載時(shí)最高，如負(fù)載再增大,功率因數(shù)又反而減少。</p&

41、gt;<p>　?。?）定子電流特性I1=f(P2)：空載時(shí)，轉(zhuǎn)子電流差不多為零，定子電流等于勵(lì)磁電流，隨著負(fù)載的增加，轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)子電流增大，定子電流也增大。</p><p>　?。?）電磁轉(zhuǎn)矩特性T=f(P2)：空載時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩T=T0。隨著負(fù)載增大，P2增大，但由于機(jī)械角速度Ω變化不大，電磁轉(zhuǎn)矩T隨P2的變化近似為一條直線(xiàn)。</p><p>　?。?）轉(zhuǎn)速特性n=f(P

42、2)：空載時(shí)，轉(zhuǎn)速n接近n1，隨著負(fù)載的增加，轉(zhuǎn)速n略微降低，隨著輸出功率P2的增加，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n下降，轉(zhuǎn)差率s增大。[5]</p><p>　　第2章 電機(jī)設(shè)計(jì)理論</p><p>　　2.1電機(jī)設(shè)計(jì)的概況</p><p>　　電機(jī)設(shè)計(jì)的任務(wù)可歸納為四要點(diǎn)：1、滿(mǎn)足用戶(hù)提出的產(chǎn)品規(guī)格（如功率、電壓、轉(zhuǎn)速等）和技術(shù)要求（如效率、參數(shù)、溫升限度、機(jī)械可靠性等）；2、貫徹

43、國(guó)家的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，結(jié)合生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性；3、運(yùn)用有關(guān)的理論和計(jì)算方法4、正確處理設(shè)計(jì)時(shí)遇到的各種矛盾。</p><p>　　電機(jī)設(shè)計(jì)的目的就是設(shè)計(jì)性能好、體積小、運(yùn)行可靠、維修方便的電機(jī)。電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)通常給定數(shù)據(jù)：額定功率、額定電壓、相數(shù)及相間連接方式、額定頻率、額定轉(zhuǎn)速或同步轉(zhuǎn)速、額定功率因數(shù)。在此次的中小型異步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)中，以上6個(gè)數(shù)據(jù)都已給出。</p><p>　　總的電機(jī)設(shè)計(jì)

44、分三個(gè)階段：準(zhǔn)備階段、電磁設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　（一）準(zhǔn)備階段</b></p><p>　　首先是熟悉國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，收集相近電機(jī)的產(chǎn)品樣本和技術(shù)資料，并聽(tīng)取生產(chǎn)和使用單位的意見(jiàn)與要求；然后編制技術(shù)任務(wù)書(shū)或技術(shù)建議書(shū)。</p><p><b>　?。ǘ╇姶旁O(shè)計(jì)</b></p><p&

45、gt;　　根據(jù)技術(shù)條件或技術(shù)任務(wù)書(shū)的規(guī)定，參照生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)計(jì)算和方案比較，來(lái)確定與所設(shè)計(jì)電機(jī)電磁性能有關(guān)的尺寸和數(shù)據(jù)，選定有關(guān)材料，并核算其電磁性能。</p><p><b>　?。ㄈ┙Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　確定電機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)、零部件尺寸、加工要求與材料的規(guī)格及性能要求，包括必要的機(jī)械計(jì)算及通風(fēng)和溫升計(jì)算。通常，首先根據(jù)技術(shù)條件或技術(shù)任務(wù)書(shū)（技術(shù)

46、建議書(shū)）中規(guī)定的防護(hù)型式、安裝方式與冷卻方式，再考慮電磁計(jì)算中所選負(fù)荷的高低，來(lái)選取合適的通風(fēng)冷卻系統(tǒng)；然后安排產(chǎn)品的總體結(jié)構(gòu)，繪制總裝配草圖。然后分別繪制部件的分裝配圖和零件圖，并對(duì)總裝配草圖進(jìn)行必要的修改。</p><p>　　由于本次設(shè)計(jì)主要針對(duì)電磁設(shè)計(jì)，故只對(duì)電磁設(shè)計(jì)部分作重點(diǎn)介紹。[2]</p><p><b>　　2.2電磁設(shè)計(jì)</b></p>

47、<p>　　電磁設(shè)計(jì)分四大步驟：</p><p>　　1.額定數(shù)據(jù)及主要尺寸；2.磁路計(jì)算；3.參數(shù)計(jì)算；4.起動(dòng)計(jì)算。</p><p>　　一個(gè)好的設(shè)計(jì)方案應(yīng)該達(dá)到節(jié)省材料的目標(biāo)，即將定子用銅量、轉(zhuǎn)子用鋁量、硅鋼片用量盡量降到最小，另外，電機(jī)性能良好，即效率和功率因數(shù)應(yīng)該盡可能大、起動(dòng)電流盡可能小、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)和最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)盡量大。然而，電機(jī)的各項(xiàng)性能之間以及技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)

48、指標(biāo)之間，經(jīng)常存在矛盾，長(zhǎng)了此短了彼。例如，當(dāng)采取措施改善某個(gè)性能時(shí)，常會(huì)使其他一些性能變差，因此必須全面照顧。又如，在設(shè)計(jì)電機(jī)時(shí)，不能片面追求體積小和材料省，因?yàn)檫@樣容易導(dǎo)致電機(jī)性能變差，特別是效率降低，加工工時(shí)增加，而使運(yùn)行費(fèi)用或制造成本上升，并造成浪費(fèi)。因此，設(shè)計(jì)人員必須全面、綜合地看問(wèn)題。</p><p>　　以下著重介紹電機(jī)的五個(gè)性能指標(biāo)及改善方法</p><p><b&g

49、t;　　1．效率η</b></p><p>　　是電動(dòng)機(jī)所有損耗標(biāo)幺值之和：。</p><p>　　針對(duì)本次設(shè)計(jì)，由于風(fēng)摩損耗和雜散損耗基本上不容變動(dòng)，所以，通常導(dǎo)致效率低的原因有定子銅損耗大、轉(zhuǎn)子鋁損耗大、鐵損耗大。針對(duì)不同原因，采取不同的措施來(lái)提高效率。</p><p>　　1）定子銅損耗大：降低定子繞組電阻，可采取的措施：a.增大導(dǎo)條面積，減少每相

50、導(dǎo)體數(shù)；b.減少每槽導(dǎo)體數(shù)；c.減少繞組端部長(zhǎng)度。</p><p>　　2）轉(zhuǎn)子鋁損耗大：降低轉(zhuǎn)子繞組電阻，可采取的措施：a.增大轉(zhuǎn)子槽面積；b.增大端環(huán)尺寸。</p><p>　　3）鐵耗大：降低定子鐵心磁密，a.減少定子內(nèi)徑，改變定子槽型適當(dāng)?shù)亟档投ㄗ哟琶?，使定、轉(zhuǎn)子齒、軛部磁密和損耗分配合理；b.增加鐵心長(zhǎng)，降低旋轉(zhuǎn)鐵耗；c.減少定、轉(zhuǎn)子槽口寬度以及采用閉口槽和磁性槽鍥；d.增加定子

51、繞組匝數(shù)實(shí)現(xiàn)。</p><p><b>　　2．功率因數(shù)</b></p><p>　　導(dǎo)致效率低的原因通常是磁化電流大和漏電抗大。當(dāng)磁化電流大：可以通過(guò)a.增加定子繞組每槽導(dǎo)體數(shù)；b.使磁通密度下降增加鐵心長(zhǎng)；c.減少氣隙；d.調(diào)整槽型尺寸，使定、轉(zhuǎn)子齒、軛部磁密分布合理四種方法來(lái)降低磁化電流。而減少每槽導(dǎo)體數(shù)、減少鐵心長(zhǎng)或改變槽型尺寸來(lái)減少槽漏抗都可以減小漏電抗。&

52、lt;/p><p>　　3．起動(dòng)電流倍數(shù)ist</p><p>　　歸根結(jié)底，漏抗過(guò)小導(dǎo)致起動(dòng)電流過(guò)大。要降低起動(dòng)電流，可通過(guò)以下方法來(lái)增大漏抗：增加每槽導(dǎo)體數(shù)；改變定轉(zhuǎn)子槽型，使槽變成深而窄；減少槽口，肩部斜度增加，使漏磁磁路不至于過(guò)分飽和。</p><p>　　4．起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)Tst</p><p>　　SN是對(duì)應(yīng)于額定轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)差率。<

53、/p><p>　　一般說(shuō)來(lái)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩越大越好。通常起動(dòng)轉(zhuǎn)矩太小是因?yàn)槁╇娍固蠡蜣D(zhuǎn)子電流太小。針對(duì)漏電抗太大，可采取措施：適當(dāng)減少定子繞組每槽導(dǎo)體數(shù)和改變定轉(zhuǎn)子槽型，增加槽寬減小槽高。而當(dāng)轉(zhuǎn)子電流太小時(shí)，則可以通過(guò)改變轉(zhuǎn)子槽型使槽增加擠流效應(yīng)和適當(dāng)縮小槽面積和端環(huán)面積來(lái)增大電流從而增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　5．最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)Tmax</p><p>　　通常最大

54、轉(zhuǎn)矩倍數(shù)大好。導(dǎo)致最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)太小的緣故也是因?yàn)槁╇娍固蠡蜣D(zhuǎn)子電流太小。因此，增大最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)的方法與增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的方法是一樣的。[2]</p><p>　　第3章 畢業(yè)設(shè)計(jì)要求及結(jié)果分析</p><p><b>　　3.1手算程序</b></p><p>　　設(shè)計(jì)中小型三相異步電動(dòng)機(jī)，型號(hào)是Y100L-2 3KW。給定數(shù)據(jù)：輸出額定功率PN

55、=3KW,額定電壓UN=220V（Y接法），額定頻率為50HZ，極數(shù)是2，相數(shù)m1=3，B級(jí)絕緣，外殼的防護(hù)等級(jí)為IP44，冷卻方式為IC0141。主要性能指標(biāo)按技術(shù)JB3074-82規(guī)定，依照手算電磁計(jì)算程序，進(jìn)行各個(gè)項(xiàng)目的核算，具體步驟詳見(jiàn)附表3.1。通過(guò)手算鞏固所學(xué)的電機(jī)學(xué)與電機(jī)設(shè)計(jì)的理論知識(shí)，熟悉電機(jī)設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程，對(duì)各個(gè)參數(shù)對(duì)消耗硅鋼片、銅、鋁等材料量與電機(jī)性能的影響有了更深的理解。從而給下一步的三個(gè)優(yōu)化方案的研究和調(diào)試打下基

56、礎(chǔ)。[14]</p><p><b>　　附錄1</b></p><p>　　附表3.1三相異步電動(dòng)機(jī)Y100M-2 3KW手算步驟與結(jié)果</p><p><b>　　3.2優(yōu)化方案</b></p><p>　　電機(jī)設(shè)計(jì)是個(gè)很復(fù)雜的過(guò)程.由于牽扯的問(wèn)題眾多,所以需要考慮的因素和確定的尺寸,數(shù)據(jù)很多,

57、在這過(guò)程中我們難免會(huì)碰到許多相互關(guān)聯(lián)的問(wèn)題.因此在設(shè)計(jì)中就必須全面地考慮問(wèn)題,并且能夠根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)來(lái)針對(duì)具體情況采取不同的解決方法.例如電機(jī)的各項(xiàng)性能之間以及技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之間經(jīng)常出現(xiàn)矛盾.片面追求體積小和節(jié)省材料容易導(dǎo)致電機(jī)性能降低,特別是效率降低,加工工時(shí)增加,從而使運(yùn)行費(fèi)用或制造成本上升,并造成浪費(fèi).所以我們必須對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化,來(lái)達(dá)到在符合設(shè)計(jì)要求下的最佳方案.</p><p>　　一般三相感應(yīng)電動(dòng)

58、機(jī)的各項(xiàng)主要性能指標(biāo)是：效率；功率因數(shù)；最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)；起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)；起動(dòng)電流倍數(shù)；鐵重；銅重</p><p>　　1.方案一（節(jié)省材料）</p><p>　　為了在手算方案基礎(chǔ)上節(jié)省材料（定子銅重和硅鋼片重），本方案中采取的措施是：在手算方案的基礎(chǔ)上保持電機(jī)的各主要尺寸參數(shù)都保持不變，將電機(jī)的鐵心長(zhǎng)度L從100mm減小到95mm, 使得電機(jī)的鐵心長(zhǎng)度減小。優(yōu)化方案下電機(jī)的主要性能指標(biāo)如下表

59、所示：</p><p>　　下面列舉手算方案和優(yōu)化方案一的槽滿(mǎn)率、主要性能指標(biāo)和材料用量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比：</p><p>　　表1.1 方案一的數(shù)據(jù)對(duì)比</p><p>　　由表1.1可以看到，與原方案設(shè)計(jì)值相比較：槽滿(mǎn)率不變，材料消耗（用銅量和用鐵量）減少，但效率有所減小，功率因數(shù)也有所下降，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)和最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)都有所增大，但起動(dòng)電流變大了。</p&g

60、t;<p><b>　　分析如下：</b></p><p>　　每臺(tái)定子導(dǎo)線(xiàn)重：……公式（1），C是考慮導(dǎo)線(xiàn)絕緣和引線(xiàn)重量的系數(shù)，漆包圓銅線(xiàn)取1.05，漆包圓鋁線(xiàn)取1.1；是導(dǎo)線(xiàn)比重，鋁為2.7，銅為8.9。</p><p>　　每臺(tái)硅鋼片重：……公式（2）,KFe是鐵心壓裝系數(shù)；Δ是沖剪余量（厘米）。</p><p>　　由公式

61、2可知,由于鐵心壓裝系數(shù)和沖剪余量不可改變,所以要減小硅鋼片用量，只能通過(guò)減小鐵心長(zhǎng)度和定子外徑來(lái)實(shí)現(xiàn)。尤其是減小定子外徑對(duì)節(jié)省硅鋼片用量非常明顯，但卻會(huì)引起定子軛面積減小而增大定子軛部磁密，從而增大磁化電流引起定子電流和轉(zhuǎn)子導(dǎo)條電流增大導(dǎo)致定子銅損耗和轉(zhuǎn)子鋁損耗增大。同時(shí)，由于定子軛部磁密的增大導(dǎo)致單位鐵耗上升，最終使得鐵損耗增大。定子銅損耗、轉(zhuǎn)子鋁損耗和鐵耗的增大都導(dǎo)致同一個(gè)后果，那就是效率的降低。減小鐵心長(zhǎng)度，一方面減小了用鐵量&

62、lt;/p><p>　　2.方案二（提高性能）</p><p>　　為了在手算方案基礎(chǔ)上提高性能（性能指標(biāo)有效率、功率因數(shù)、起動(dòng)電流倍數(shù)、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)和最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)），我在本案中采取的措施是：在其他條件不變的情況下減小轉(zhuǎn)子槽寬到5.2（原值6.6）、增大轉(zhuǎn)子槽高到15.3（原值15.2）氣息減小到0.35使槽型變深變窄。</p><p>　　下面列舉手算方案和優(yōu)化方案二

63、的槽滿(mǎn)率、主要性能指標(biāo)和材料用量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比：</p><p>　　表1.2 方案二的數(shù)據(jù)對(duì)比</p><p>　　與原方案設(shè)計(jì)值相比較：效率和功率因數(shù)都提高了，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)有所增大，最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)和起動(dòng)電流變小了，總體上來(lái)說(shuō)性能變好了。另外，槽滿(mǎn)率不變，用銅量減不變。</p><p>　　分析如下：通過(guò)前面兩個(gè)方案的分析可知，節(jié)省材料和提高性能存在矛盾。比如減小鐵

64、心可減少材料，而功率因數(shù)卻因?yàn)殍F心的減小而會(huì)下降；減小每槽導(dǎo)體數(shù)可節(jié)省材料，但由由于定子電壓基本不變，每槽導(dǎo)體數(shù)減小，磁通必增加,那么磁密會(huì)增大，進(jìn)而所需總安匝增加，功率因數(shù)下降。因此，在調(diào)試時(shí)，必須左右權(quán)衡，需要多次反復(fù)調(diào)試，才能使各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到要求。在本方案中，為了減小硅鋼片用量，只能通過(guò)減小定子外徑或減小鐵心長(zhǎng)兩種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，但在調(diào)試過(guò)程中，可以發(fā)現(xiàn)即使是最小限度地減小鐵心長(zhǎng)（減小5mm）也會(huì)大大地降低效率和功率因數(shù)。在調(diào)試過(guò)程中，

65、曾采用減少每槽導(dǎo)體數(shù)來(lái)提高功率因數(shù)，但由于會(huì)導(dǎo)致起動(dòng)電流過(guò)大，所以這一方法不可取。因此，鐵心長(zhǎng)不能改變。故不得不減小定子外徑，但采用這種方法同樣會(huì)降低效率和功率因數(shù)，為補(bǔ)償效率和功率因數(shù)，通過(guò)減小定子槽寬、槽半徑和增大線(xiàn)圈直線(xiàn)部分伸出鐵心長(zhǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)這一措施也可以減少定子用銅量，可謂一舉雙得。但是定子槽形減小會(huì)使得嵌線(xiàn)困難而不可片面追求。但是，即使定子外徑只減小很少，其導(dǎo)致的效率和功率因數(shù)下降，通過(guò)減小定子槽形和線(xiàn)圈直線(xiàn)部分伸出鐵心長(zhǎng)

66、都不足以彌補(bǔ)，所以效率和功率因數(shù)最終下降，起</p><p>　　優(yōu)化小結(jié)：在兩個(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案中，相對(duì)來(lái)說(shuō)第一個(gè)方案最不理想，雖然用銅量和用鐵量最少，但效率和功率因數(shù)都下降了。第二個(gè)方案性能最好，只有起動(dòng)電流稍有變小，而且減少了用銅量，單就提高性能來(lái)說(shuō)算是一個(gè)不錯(cuò)的方案。</p><p><b>　　總 結(jié)</b></p><p>　　歷時(shí)三

67、個(gè)多月，終于完成了設(shè)計(jì)并撰寫(xiě)了論文。畢業(yè)設(shè)計(jì)是接受四年高等教育過(guò)程中做的最大的設(shè)計(jì)項(xiàng)目，是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。在設(shè)計(jì)初期階段，反復(fù)的手算枯燥而乏味,.一度讓我覺(jué)得望不到頭。在此設(shè)計(jì)中，其中一個(gè)定子齒磁密無(wú)論如何達(dá)不到要求，不得已停滯不前，浪費(fèi)大量的時(shí)間，耽誤了進(jìn)程，以致后面的工作安排得非常緊張。通過(guò)反復(fù)的手算，鞏固所學(xué)的電機(jī)學(xué)與電機(jī)設(shè)計(jì)的理論知識(shí)，熟悉電機(jī)設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程，了解了各步計(jì)算的意義，對(duì)各個(gè)參數(shù)對(duì)消耗銅、鐵等材料與電機(jī)性能的影響有了

68、更深的理解。從而給下一步的三個(gè)優(yōu)化方案的研究和調(diào)試打下基礎(chǔ)。但電機(jī)設(shè)計(jì)畢竟是復(fù)雜的，在設(shè)計(jì)三個(gè)優(yōu)化方案的時(shí)候，開(kāi)始的時(shí)候也不知道如何下手，只能找出與所需改良物理量相關(guān)的全部參數(shù)，分析它的作用，試著一個(gè)一個(gè)改變，由于沒(méi)有系統(tǒng)的程序只能依靠計(jì)算機(jī)計(jì)算來(lái)調(diào)試，需查表和查圖的地方仍需手工來(lái)做，因此頗費(fèi)時(shí)間和精力。尤其在設(shè)計(jì)第三個(gè)優(yōu)化方案的時(shí)候，為達(dá)到節(jié)省材料的目標(biāo)，即將定子用銅量、轉(zhuǎn)子用鋁量、硅鋼片用量減少，采用減小定子外徑和鐵心長(zhǎng)的措施，但這

69、樣會(huì)極大地降低效率和功率因數(shù)，即使通過(guò)減小定子槽形和減小線(xiàn)圈直線(xiàn)部分伸出失心長(zhǎng)來(lái)補(bǔ)償都收效甚微。而且定子槽形和線(xiàn)圈</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1].電力拖動(dòng),戴文進(jìn)主編,電子工業(yè)出版社</p><p>　　[2].電機(jī)設(shè)計(jì)，陳世坤主編，機(jī)械工業(yè)出版社</p><p>　　[3]

70、.電機(jī)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與優(yōu)化技術(shù)，王沖權(quán)著，上海交通大學(xué)出版社</p><p>　　[4].電力系統(tǒng)分析，何仰贊、溫增銀著，華中科技大學(xué)出版社 </p><p>　　[5].電機(jī)學(xué)，李發(fā)海、朱東起編著，科學(xué)出版社</p><p>　　[6].電工技術(shù)手冊(cè),周希章主編，中國(guó)電力出版社</p><p>　　[7].電機(jī)與電力拖動(dòng),邱阿瑞主編,電子

71、工業(yè)出版社</p><p>　　[8].異步電動(dòng)機(jī)檢修設(shè)計(jì)，楊利軍、彭濤主編，福建科學(xué)技術(shù)出版社</p><p>　　[9].電氣工程CAD，劉增良、劉國(guó)亭主編，中國(guó)水利水電出版社</p><p>　　[10].中小型電機(jī)“十五”發(fā)展戰(zhàn)略，傅豐禮、倪文乞著，中小型電機(jī)</p><p>　　[11]. 高效率三相異步電動(dòng)機(jī)研究與應(yīng)用情況綜述，李

72、景燦著，中小型電機(jī)</p><p>　　[12].降低三相異步電動(dòng)機(jī)電磁噪聲，胡新晚著，大電機(jī)技術(shù)</p><p>　　[13].三相異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)的確定，張建華、楊鵬著，中小型電機(jī)</p><p>　　[14].中小型三相異步電動(dòng)機(jī)電磁設(shè)計(jì)手算程序，南昌大學(xué)電氣自動(dòng)化系電機(jī)教研室編</p><p><b>　　致 謝</b

73、></p><p>　　本論文的撰寫(xiě)歷時(shí)三個(gè)月,在此期間得到了楊莉老師的細(xì)心指導(dǎo)與幫助。運(yùn)算過(guò)程中曾遇到了很多困難，楊老師幫我研究分析，非常感激她!老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲凶黠L(fēng)與淵博的學(xué)識(shí)使我受益匪淺。此外，在此期間不少同學(xué)也給予了我很大的幫助與支持，在此衷心地感謝他們！</p><p><b>　　附錄3.CAD圖</b></p><p><