超高效三相感应电机.doc

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In all high energy-consuming products, motor electricity consumption accounting for almost half of the country. At present, Chinas small and medium-sized AC motor average efficiency than the United States to lower the minimum efficiency of 3-5%, so the calculation, Chinas annual energy-saving potential of about 15,000 megawatts. As the name suggests, is the kind of high-performance motor to complete the same work less than the ordinary consumption of the electric motor. Therefore, improving the electrical efficiency, the use of high-performance motor is being used to replace ordinary electrical and become energy-saving consumption, lower operating costs, an important tool.The shortage of energy and destroy of the environment have absorbed more and more attention of every country all over the worldHigh efficiency and environmental protection will be the development direction of products in every fieldAs a professional motor designer，designing and development energy saving and environment proof EM is our dutyThe 350HP NEMA design high efficiency motor is introduced in this paperFirst introduced the definition of high-performance motor and trends focused on the application of NEMA high efficiency motor and its characteristics, the choice of parameters and technical requirements, and then identify the main motor size, the design of hand-count, high-performance motor through the electromagnetic NEMA computing, it is clear to know all of the data or parameters on motor performance and impact indicators, through computer-assisted comparison with the hand count to identify ways to improve the motor efficiency, to achieve maximum efficiency. Characteristic curve drawn using MATLABKeywords: NEMA efficient electromagnetic; motor; design and analysis of environmental; protection 不要删除行尾的分节符，此行不会被打印- IV -目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 高效电机的定义21.3 国外对高效电机的判别标准31.4 国内对高效电机的判别标准和现状4第2章 NEMA高效感应电机的基本理论62.1 NEMA高效电机的结构及特点62.2 NEMA高效电机的基本原理62.3 效率的提高72.3.1 其他提高效率的途径82.4 NEMA高效电机标准8第3章 电机的设计与手算方案103.1 电磁设计的特点103.2 设计电机的主要尺寸103.3 典型样机电磁设计113.3.1 设计任务123.3.2 典型样机的电磁手算设计12第4章 计算机辅助设计294.1 C语言简介294.1.1 C语言的发展294.1.2 C语言的特点294.2 计算机辅助设计说明304.3 计算机辅助设计在电机设计中的应用304.4 设计一般过程314.4.1 图表的处理314.4.2 循环量的迭代324.5 程序流程图324.6 计算机机算结果344.7 针对样机的性能分析35结论38致谢39参考文献40附录41千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行- VI -第1章 绪论1.1 课题背景纵观世界电机产品的发展历程，它始终跟随着工业技术的发展，在相互竞争、相互促进中得到完善，发生着变革。电机产品的发展过程大约可以划分为四个发展阶段。从19世纪30年代到80年代为直流电机时代，19世纪末叶，出现了交流电，随之交流电动传动在工业中逐步得到了广泛应用，20世纪50年代以后，随着电力电子学理论、微电子技术和现代控制理论的发展，使电机产品进入快速发展时期，先进的制造技术使传统的电机产业焕发出了勃勃生机，交流电机代替直流电机也成为了必然的趋势。近十年来，随着科学技术的发展，国外中小型异步电机的发展方向大致可归纳为八个字：“高效、低噪、调速、智能”。由于人类社会必须直面能源危机和解决环境污染问题，开发并使用高效率电机已逐渐成为全球的共识。目前，我国中小型电机约有300个系列，1500个品种，产品量大面广，应用于工业、农业、国防、公共设施、家用电器等各个领域，广泛用于驱动各种风机、水泵、压缩机、机床、起重运输机械、城市交通及工矿电动车辆、建筑机械、冶金、有色金属、纺织、印刷、造纸、石油化工、橡胶、食品等工业设备和农业机械。1电动机作为最重要的动力设备之一，将电能转换成机械能。以电机作为驱动的动力源，其耗用的电能占全国总发电量的60% 以上。当今的电动机一般都是按照最大负载下能正常工作为条件来选择的，但在实际使用中，电机却经常是在中载、轻载，甚至在空载状态下运行。因此，电动机的负载率低，效率不高，电能浪费现象十分严重。出于能源节约和环境保护的考虑，当前世界上包括我国在内的不少国家对电动机系统的节能都给予了高度重视，均把电动机节能的重点放在0.75kW以上的电动机上。因此，今后电机行业发展方向之一将为高效、节能型电机。电动机作为国民生产中重要的力能输出设备，广泛应用于工业，商业，公用设施和家用电器的各个领域。不过，在为方方面面提供动力的同时，电动机也在消耗着大量的电力资源。据不完全统计，在全球工业发达国家和较大的发展中国家，电动机的用电量约占到所有工业用电量的三分之二，占全部用电总量的一半。我国现在正处在高速发展的阶段，对电力的需求更是紧迫。每年大量的电力需求不仅消耗着惊人的资源，同时还要造成相当严重的环境污染。相比于发达国家的每百万美元GDP的平均大约3吨的标准煤耗，我国18.5吨的水平可想而知是一种多么大的压力。如何降低能源消耗，降低能源占生产成本的比重，提高国民的经济竞争力，是急待解决的问题，而广泛使用高效电机就成为一种非常行之有效的办法。高效电机是指那些相比于普通的电动机而言，不仅在效率指标上有很大优越性的同时，而且对环境污染更少，噪音更小，而且运行寿命更长，成本更低的电机。尽管高效电机是一个近十几年才被提出来的非常新的概念，但是在这很短的时间里，其已经取得了非常大的发展。新材料，新技术和新工艺的不断出现，为电机效率的进一步提高创造了非常好的客观条件。尽管这会在一定程度上增加电机制造的成本及销售价格，但从长远考虑，其经济和社会效益都是可观的。这一点国内外各方面已经取得了广泛的共识。在高效电机的推广方面美国所作的工作最多。1992年美国颁布了能源政策法令，规定自1997年之后，不允许生产和进口能效水平低于相关规定指标的电机。而且此后又不断出台新的，更高的能效指标规范，从而非常有力的推动了高效电机替代普通电机的步伐。欧洲尽管没有美国起步早，但到1999年也完成了对高效电机推广的规范的制定，并且在近4,5年内迅速完成了由普通电机到高效电机的转型过程。我国于2002年颁布了与高效电机有关的效率指标，尽管相关的规定没提及停止普通低效电机生产和推广普及高效电机的具体时间表，但是高效电机全面取代普通电机已经成为一种必然的趋势。不论是美国，还是欧洲，以及之后的日本，英国，法国，加大，澳大利亚和巴西等国家，都在规定本国的电机企业生产高能效产品的同时，提高了对进口电机效率的审批标准。我国每年生产的电动机中，有相当大比例用于出口。国际上对于电机效率要求的提高，不仅仅督促我们在生产环节上作出各种改进和优化，而且要求我们必须同时在电机试验方面作出相应的完善，以便得到国际上的认可。目前，尽管我国国内许多电机企业有能力生产符合各国能效标准的高效电机，但是，相关的测试系统却通常都要依靠进口昂贵的外国设备，这不仅耗费了大笔的外汇，而且国外的设备在有些方面不能完全适合我国的实际生产情况和要求。在这种背景下，设计适合我国国情而且成本低廉高效电机测试系统是一件非常有意义的事情。21.2 高效电机的定义当向三项定子绕组中通过入对称的三项交流电时，就产生了一个以同步转速n1沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场。由于旋转磁场以n1转速旋转，转子导体开始时是静止的，故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势（感应电动势的方向用右手定则判定）。由于导子导体两端被短路环短接，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用（力的方向用左手定则判定）。电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子沿着旋转磁场方向旋转。通过上述分析可以总结出电动机工作原理为：当电动机的三项定子绕组（各相差120度电角度），通入三项交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路），载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。高效电机(High Efficiency Motor)通常是指高效三相异步电动机。与普通的三相异步电动机相比，具有效率高(至少1-3个百分点)，损耗小，运行温度低，噪声小，寿命长，可靠性高等特点。说的具体一点，在我们国家，效率水平能够达到或超过电动机能效国家标准(GB 18613-2002)中所规定的节能评价值的电动机，就可以称为高效电机。1.3 国外对高效电机的判别标准美国于1992年颁布了能源政策法令(EPACT，Energy Policy Act of 19 92)；对包括电动机在内的一些设备抽出了节能要求，规定了电动机的最低效率值在60个月后正式生效，即在1997年以后，美国不能再生产和进口低于EPACT所规定效率指标的电动机EPACT效率指标是当时美国主要电机制造商生产高效率电机的效率指标平均值，它是美国电机制造商协会(NEMA；National Electrical Manufacturers Association) 1990年标准NEMA12-10规定的以后，NEMA又制定了NEMA E设计标准，即NEMA 12-11标准，其效率指标较NEMA 12-10提高了1-4个百分点，但是起动性能有所降低。近年来美国又制订了起动性能与EPACT要求一致的超高效率电机(Premium Efficiency)指标，其效率水平较EPACT指标提高了1个百分点，损耗又较EPACT下降20%左右。欧洲电机和电子制造商协会(CEMEP，the European Commission of the European Committee of Electric Machinery and Power Electronics Manufacturers)和欧盟能源组织于1999年联合提出了欧洲电动机效率方案，颁布了电动机效率标准的协议，即CEMEP-EU协议。规定了effl, eff2, eff3三档效率指标，其中cIT3是当前生产的电动机效率；eff2电动机损耗降低20%以上，适用于年运行时间在2000小时以上的电动机;effl电动机损耗降低40%以上，适用于年运行时间在4000小时以上的电动机。此外目前国际上对电动机效率制订标准的国家还有加拿大、日本、墨西哥、巴西、澳大利亚和新西兰等。21.4 国内对高效电机的判别标准和现状我国于2002年初颁布国家标准GB1 8613-2002“中小型三相异步电动机能效限定值及节能评价值”，该标准己于2002年8月1日起实施。该标准规定了电动机能效限定值，是强制性指标;另外规定了电动机节能评价值，为推荐性指标。具体说就是，标准所涵盖的电动机，用规定试验方法测出的效率必须达到或超过能效限定值，而只有能效值达到或超过节能评价值的电机在我国才可以被称为高效电机。目前我国电动机应用市场主要由三个系列组成：JO2系列、Y系列和Y2系列。根据中国电器工业协会电机分会的统计数据，2001年我国大、中、小型交流电动机市场总容量约为44100MW，其中小型电动机占31600MW，达到总量的71.5%。我国电动机制造业的特点是制造厂多，生产能力分散，质量水平不等，低档次产品分散重复的生产方式。产品结构不合理，派生电动机系列与一般通用系列电动机产量比例为4:6，而发达国家为7:3。中国主要骨干电动机制造商均有生产高效电动机的能力。这其中有26.1%的制造商“目前正在生产高效电动机”，34.8%的制造商准备生产，其中114的制造商正在研发，3/4的制造商将“根据市场需求决定何时生产高效电动机”;尚有21.7%的制造商“没有任何生产计划”。尽管 目 前 我国己具备生产高效电动机的技术条件(YX.Y X2.Y 2E等高效系列)，但由于市场条件不够成熟，产量和市场容量都较小。1998年高效电动机市场主要是出口美国符合NEMA标准的电动机，产量比例还不到2%. 1999年高效电动机市场为2%；2000年为4.7%；2001年也只有6.5%。目前我国所生产的高效电动机，有32%用于国内市场，67%则出口国外。其中，美国、加拿大(采用NEMA标准)、欧洲(采用IEC标准)和澳大利亚是主要的出口地。此外，我国中小型电动机出口量每年约为，占交流电动机总产量的20%，是我国重要的出口机电产品之一。不过必须客观清醒的认识到，我国电机行业的总体水平和其他先进的工业国家有着一定的差距，700万kW中真正靠实力说话的高效电机只占很小一部分。但是，目前我国在高效电机的推广上还存在着一些障碍，比如:国家政策的支持力度不够;用户对高效电动机的不了解;高效电动机的价格障碍;机械供应商的节能意识差等。面对这些问题，一方面国家要认真贯彻能效标准，实行效率认证制度是电机行业的当务之急：另一方面，电机制造商要不断改进生产工艺装备和测试设备，提高批量生产高效电动机的能力，提升市场竞争力，以满足市场的需求，而同时电动机用户也要认真开展节能降耗工作，积极选用高效电动机，以推动我国高效电动机的良性发展。第2章 NEMA高效感应电机的基本理论2.1 NEMA高效电机的结构及特点与标准电机相比，使用高效率电机的优点是：a)效率高，节能效果好。YX系列电机与Y系列电机相应规格相比，效率平均提高3%,功率因数平均提高约0.004，总损耗平均下降28.8%，其中各项损耗下降的百分比为：绕组损耗约20%，铁耗约10%，杂散损耗约30%，风靡损耗约40% 。b)运行时间越长的设备或装置，节能效果越明显，产品的经济性提高。YX系列电机在负载率50%100%范围内，具有比较平坦的效率特性，且在75%负载率时的效率最高。最高效率与额定负载时的效率相比，约提高0.2%0.7%，全系列平均提高0.4%，这有助于提高电机实际运行时的节能效果。c)因为采取了降低损耗的设计，温升小，进而延长设备的使用寿命，提高设备的可靠性。d)大大减少对环境的污染。高效率感应电动机，因具有输出效率高、功率范围广、价格低、坚固性和维修性好的特点，已在生产生活中被广泛用作节能电动机。32.2 NEMA高效电机的基本原理感应电机作为主要的能耗设备，对其节能进行研究有重要的现实意义。电动机的节能有两方面的技术途径，一方面是进行电机本体结构设计的改进和新材料的采用，对老电机进行更新改造，另一方面是改进电动机运行的外部环境。NEMA，是美国国家电机制造商协会的简称。这个成立于1926年的组织，主要工作是通过收集采纳整理来自电机制造商的各方面得意见，汇总，统计，整理出更合理的电机行业的各种标准，最终目的不仅是使用户可以挑选并使用到最优秀的产品，同时，约束整个行业向着更加合理和正确的方向发展。经过将近八十年的不断积累，NEMA已经成为全美，乃至全球电机行业中，制定标准和规范的首屈一指的权威机构。通过改进通风结构、优化风扇参数，降低机械损耗；通过优化电磁设计、选择优质材料、改进加工工艺，降低定转子铜铝损耗、铁损耗；进行谐波分析和选择最优的电磁参数降低杂散损耗。42.3 效率的提高从电动机的主要构造出发，当电动机把从电源输入的电能转换成机械能时,有一部分能量以热能形式消耗在电机内部。这种不能在电动机轴上作为输出功率所使用的能量叫做损耗。如果损耗大，电动机的温升就会提高,由此可见电动机中的损耗，不仅会缩短绝缘寿命，还将消耗掉很多电能。为了提高效率，节省电力(节能)，最好办法是尽量降低电动机的损耗。电机的损耗主要包括以下四类：定转子电气损耗，基本铁损耗，机械损耗，杂散损耗。提高电机的效率,主要就是如何降低以上各种损耗。定转子电气损耗包括定子绕组铜耗和转子铝耗。定子绕组铜损耗(W) 约占总损耗的40% ，主要为满载时定子绕组在运行温度下的电阻损耗。定子铜耗在电动机损耗中占有相当大的比例。如何降低定子铜耗，对提高电动机的效率非常关键。降低定子铜耗可采用以下措施：提高槽满率，缩短绕组端部长度；减薄绝缘，提高槽利用率；降低电磁线的电阻率，可采用新材料。降低转子铝耗的措施：采用大截面积的转子槽形和加大端环截面；提高铝的纯度，降低转子电阻。铁心损耗(W)占总损耗的20%，由交变主磁通在定子或转子铁心(分别计算)中产生的磁滞损耗和涡流损耗组成。降低铁心损耗可采取如下措施：(a)采用低损耗的优质冷轧硅钢片，采用较薄硅钢片，减少电机的涡流损耗；(b)调整槽形，选用合理的磁密，减少基波铁损耗；(c)增加铁心长，用较多的硅钢片，减少磁密来降低损耗。机械损耗(W)约占总损耗的5%，包括风扇及通风系统的损耗，电机转子表面即冷却介质的摩擦损耗、轴承摩擦损耗、密封圈摩擦损耗等。风摩损耗的产生与电机转速、通风方式、风扇形式、风扇外径、转子外径、轴承类型、润滑特性、机械加工精度及装配质量等有关。降低机械损耗可选用与电机转速相匹配的高效风扇及合理风路，选用优质低磨擦轴承、摩擦阻力小的润滑脂、密封圈。5杂散损耗(W)约占总损耗的10%，是除上述四种损耗以外的全部损耗。杂散损耗包括由槽漏磁引起的导体中电流集肤效应产生的损耗，定子谐波磁通在转子绕组中感应谐波电流产生的损耗，以及斜槽笼型转子导条间的横向电流在导条与叠片铁心之间构成回路产生的损耗。这些损耗与绕组形式、节距、槽形、槽数、槽配合、槽绝缘、气隙长度、绕组端部与端盖距离、槽中导体高度、生产制造工艺的控制水平等因素有关。降低杂散损耗大致可采取如下措施：a)定子槽采用多槽数，节距采用9/7；b)减小定子、转子槽口宽度；c)铁心两端采用非导磁材料；d)调整电磁设计方案，选用合理槽形、槽配合，采用正弦绕组以削弱合成磁场中的高次谐波，削弱附加损耗和附加转矩；e)适当增大气隙；f)转子采用少槽。2.3.1 其他提高效率的途径1利用铸铜转子代替铸铝转子铜是优良道题，利用铸铜转子代替铸铝转子，可以大大降低转子电阻率，对于提高电动机效率非常明显，铸铜转子代替铸铝转子所带来的动力矩和过载能力的降低可以调整电磁设计来予以消除。但是目前国际铜金属资源紧张，铜价格上涨时推行铸铜转子的一个障碍。2选用磁性槽楔磁性槽楔的导磁性相当好，可以优化磁动势波形，减少附加损耗。提高电动机的效率及功率因数，降低噪声和振动在请在或空载的情况下，节能增效尤为明显。3采用三相正弦绕组三相正弦混合绕组，在设计恰当的情况下，其5，7次谐波的合成磁动势为零。采用这样的绕组方式可以有效地降低电动机的损耗，其缺点就是绕线，嵌线和接线较为复杂，但当材料用量增加到一定程度时，再增加材料用量对电动机效率提升已不显著时，采用三相正弦绕组是一个相当经济的手段。62.4 NEMA高效电机标准根据所给数据，此电机是美洲地区使用的美国模式。其中高效电机比普通电机效率高2%，超高效电机又比高效电机高2%，超高效电机是当今世界上效率最高的电机。NEMA高效电机；符合EPACT标准，三相，性能特点：（1） 电机的功率从1HP-30HP，2 4 6 极，电压为：208-230/460V，60Hz； （2） 电机的机座号从143T-286T；（3） 电机的外形为卷钢板壳，TEFC的电机可以提供全铸铁壳的； （4） 所有电机都是NEMA B设计； （5） 所有的型号都可以提供标准C法兰电机和KITE法兰电机； （6） 电机的服务系数为1.15； （7） 所有电机的绝缘等级为F极，绝缘结构通过UL认证； （8） 电机的防护形式有 ODP 和TEFC； （9） 电机的防护等级：IP23，IP44，IP54； （10） 适用于所有安装 （11） 所有电机都通过了CSA & CUS 安全认证； （12） 所有电机都通过了高效节能EPACT（CC）认证；能源政策法令EPACT所要求的NEMA标准，其具体数值如下：7马力开启式电动机封闭式电动机 2P 4P 6P 2P 4P 6P 1.0 82.5 80 72.5 82.5 80.0 1.5 82.5 84.0 84.0 82.5 84.0 85.5 2.0 84.0 84.0 85.5 84.0 84.0 86.5 3.0 84.0 86.5 86.5 85.5 87.5 87.5 5.0 85.5 87.5 87.5 87.5 87.5 87.5 7.5 87.5 87.5 88.5 88.5 89.589.5 10.088.589.590.289.589.589.515.089.591.090.290.291.090.220.090.291.091.090.291.090.225.091.091.791.791.092.491.730.091.092.492.491.092.492.440.091.793.093.091.793.093.050.092.493.093.091.793.093.060.093.093.693.693.093.693.675.093.094.193.693.094.193.6100.093.094.194.193.694.594.1125.093.694.594.194.594.594.1150.093.695.094.594.595.095.0第3章 电机的设计与手算方案3.1 电磁设计的特点电机设计包括电磁设计和结构设计两部分，二者互为条件，相辅相成。电磁设计是根据产品的技术要求，并综合考虑制造、运行的经济性和可靠性，合理决定铁心各部分的尺寸和绕组数据，计算参数，复核性能。为了求得设计的合理性和先进性，通常设计时应进行多方案的分析和比较，以优选出较佳者。在进行电磁设计时，应根据电机的使用要求，同时确定电机的总体结构方案一一防护型式、冷却方式、安装型式、绝缘等级和绝缘结构等，以保证总体方案的顺利实施。3.2 设计电机的主要尺寸电机主要尺寸的确定主要是参考国际上已制成的同类型电机的主要尺寸，并结合所设计电机的主要性能指标来确定。a)定转子冲片的设计定转子冲片的内、外径尺寸参考国际上同类型电机的冲片尺寸确定。因为电机为高效节能型电机且功率较小，所以定子采用梨形槽。梨形槽可以减少铁心表面损耗和齿内脉振损耗，使有效气隙长度减小，功率因数得到改善；且槽面积利用率较高，冲模寿命较长，槽绝缘的弯曲程度较小，不宜损伤。定子槽形尺寸在考虑以下条件下进行设计：1)槽满率一般控制在75%80%左右，机械化嵌线时槽满率控制在75%以下。因为槽满率太高，会使嵌线困难、嵌线工时增加，且嵌线时极易引起绝缘损伤。2)齿部和轭部的磁密要适当。定子齿部磁密多在1.40T1.60T之间；因轭部磁路较长，体积较大，所以一般定子轭部磁密比定子齿部磁密略低，以保证合理的铁心损耗和空载电流，一般在1.1T1.5T之间。3)齿部有足够的机械强度，轭部有足够的刚度。4)还应注意槽形尺寸特别是其深宽比对电机参数（主要为漏抗的参数）的影响。综上，定子槽口宽=2.5mm4.0mm，为嵌线方便，应比线径大1.2mm1.6mm；定子槽口高度=0.5mm2.0mm。由于所设计电机为功率较小的两极电机，因此转子使用平行槽，这样可以增加集肤效应，改善起动性能。转子槽形尺寸对电机的一系列性能参数（如起动电流、起动转矩、最大转矩、转子铜耗、功率因数、效率、温升等）都有相当大的影响，其中起动电流、起动转矩、最大转矩和转子槽形尺寸的关系最为密切。转子槽形尺寸的确定和定子槽形尺寸的确定相类似。但转子齿磁密一般在1.25T1.6T之间。定、转子槽形尺寸还要在上述估算的基础上通过CAD画图来最终确定。另外，为了减小附加损耗，定转子槽数一般选择少槽近槽配合，即定、转子槽数相近，而转子槽数略小于定子槽数。同时，定、转子槽数得选择还要避免在起动过程中产生较强的同步附加转矩、异步附加转矩、振动和噪声。b)端环的设计端环的外径通常比转子外径小3mm8mm，以便铸铝模定位，端环内径一般略小于转子槽底所在圆的直径。c)绕组的选择由于所设计电机为高效率电机，且功率为7.5kw，因此电机定子绕组采用正弦绕组。正弦绕组不仅可以减小电机的相带谐波，改善气隙磁势曲线以接近正弦分布，而且提高了绕组的基波分布系数，从而可减小电机的杂散损耗约30%，且使铜耗下降，效率可提高5%左右。d)风扇的选择风扇的作用在于产生足够的压力，以驱送所需的气体通过电机，带走电机散发的热量，使电机的温度降低。因为高效电机为了提高效率，各项损耗都减小了，这使得电机的温升比普通电机要低，发热量少，所以可以选择轴流式风扇，且轴流式风扇具有效率高（可达0.8）的优点，可使风扇功耗降低，电机的效率提高。83.3 典型样机电磁设计电机的性能指标主要包括电机的效率、功率因数、起动电流、起动电流倍数、起动转矩倍数、最大转矩倍数等。电机性能的计算过程主要包括额定数据及主要尺寸的确定、磁路计算（定转子齿部、轭部磁密、磁场强度、磁压降，电机总磁压降，电机满载磁化电流等的计算）、参数计算（定转子各部分漏抗，定转子电阻，端环电阻，定子导线重量、硅钢片重量的计算）、工作性能计算（定转子电气损耗，附加损耗，机械损耗，定子铁耗，功率，功率因数，最大转矩倍数等的计算）和起动性能计算（起动时总电阻、总漏抗、总阻抗，起动电流，起动电流倍数，起动转矩倍数的计算）五部分。通过手算电机的性能，使我了解了电机设计的计算过程，电机各个量、参数的意义、选择计算方法，明白了影响电机各项性能指标的参数，循环量的循环条件、过程和循环公式，为下一步电机性能计算程序的编写、调试奠定了基础。93.3.1 设计任务电机设计的任务是根据用户提出的产品规格(如功率、电压、频率等)、技术要求(如效率、功率因数、起动电流倍数、温升限度等)，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各种矛盾，从而设计出性能好、体积小、结构简单、运行可靠、制造和使用维修方便的先进产品。电机设计是个复杂的过程，需要考虑的因素和确定的尺寸、数据很多，因此设计人员必须全面地、综合地看问题，并能因时因地制宜，针对具体情况采取不同的解决方法。本次设计电机的型号为10HP-4超高效三相感应电动机。定数据： 额定功率 =7.5kw 额定电压=460V 额定频率=60Hz 定子相数m=3 接技术要求： 效率92% 功率因数0.86 最大转矩倍数2.2 起动转矩倍数1.5 起动电流倍数73.3.2 典型样机的电磁手算设计额定数据及主要尺寸1.输出功率2.外施相电压：伏 (Y接)3.功电流：(A);4.5.6.极对数：7.定、转子槽数：8.定、转子每极槽数：9.定、转子冲片尺寸（按6极）：此时，；初选10.气隙确定:11.极距：12.定子齿距：13.转子齿距：14.节距1-1215.16.设计定子绕组：每相串联导体数17每相串连导体数：18.绕组线规（估算）：19.槽满率：1)槽面积：3）槽有效面积：4） 20.绕组系数：1）分布系数： 2）短距系数： 21. 每项有效串联导体数：22. 设计转子槽型与转子绕组： 端环平均半径磁路计算 24.每极下齿部截面积：25. 26.27.28. 空气隙磁密： 29. 定子齿磁密： 30转子齿磁密： 31.齿部磁场强度：32.有效气隙长度： 33.齿部磁路计算长度： 34.轭部磁路计算长度：35.空气隙磁压降：36.齿部磁压降：-37. 饱和系数： 误差过大所以再设28.29.30.31.35.36.37. 误差小于1%合格38. 定子轭磁密：39. 转子轭慈密：40. 轭部磁场强度：41. 轭部磁压降：42. 总磁压降：43. 满载磁化电流：44. 满载磁化电流标幺值：45. 励磁电抗标幺值： 参数计算46线圈平均半匝长:47. 端部平均长：48. 漏抗系数：49.定子槽比漏磁导： 50. 定子槽漏抗：51. 定子谐波漏抗：其中52. 定子端部漏抗：53. 定子漏抗标幺值：.转子槽比漏磁导：55. 转子槽漏抗：56. 转子谐波漏抗：57. 转子端部漏抗：58. 转子斜槽漏抗：59. .转子漏抗标幺值：60. 总漏抗61. 定子直流电阻：62. 定子相电阻标幺值：63. 有效材料：64. 转子电阻： 65. （四）工作性能计算66. 满载时定子电流有功分量标幺值：67. 满载时转子电流无功分量标幺值：68.满载时定子电流无功分量标幺值：69.满载电势标幺值：70空载电势标幺值：71空载时定子齿磁密：72空载时转子齿磁密：67. 空载时定子轭磁密：68. 空载时定子轭磁密：69. 空载时气隙磁密：70. 空载时定子齿磁压降：71. 空载时转子齿磁压降72. 空载时定子轭磁压降：73. 空载时转子轭磁压降：74. 空载气隙磁压降：75. 空载总磁压降：76. 空载磁化电流：83. 定子电流标幺值： 定子电流实际值：84. 定子电流密度：85. 线负荷：86. 转子电流标幺值： 转子电流实际值： 端环电流实际值：87. 转子电流密度： 88. 定子电气损耗： 89. 转子电气损耗： 90. 附加损耗：91. 机械损耗： 92. 定子铁耗： 93. 总损耗标幺值：94. 输入功率标幺值：95. 效率：误差小于0.5%95. 功率因数：96. 转差率：97. 额定转速：98. 最大转矩倍数： (五)启动性能计算99. 启动电流假定值：100. 启动时定转子槽磁势平均值：101. 空气隙中漏磁场的虚拟磁密：102. 齿顶漏磁饱和引起的定子齿顶的宽度的减少：103. 齿顶漏磁饱和引起的转子齿顶的宽度的减少：104. 起动时定子槽比漏磁导： 105. 起动时定子槽漏抗：106. 起动时定子谐波漏抗：107. 起动时定子漏抗：108. 考虑集肤效应，转子导条相对高度：109. 转子电阻增加系数和电抗减小系数：110. 起动时转子槽比漏磁导： 111. 起动时转子槽漏抗：112. 起动时转子谐波漏抗：113. 起动时转子斜槽漏抗：114. 起动时转子总漏抗：115. 起动时总漏抗：116. 起动时转子总电阻：117. 起动时总电阻：118. 起动时总阻抗：119. 起动电流：起动转矩倍数：10第4章 计算机辅助设计4.1 C语言简介C语言是目前世界上最流行、使用最广泛的高级程序设计语言。它具有绘图能力强，可移植性的优点，并具备很强的数据处理能力，因此适于编写系统软件。4.1.1 C语言的发展C语言是一种高效的编译型结构化程序设计语言。它最早由贝尔实验室的Dennis Ritchie在B语言的基础上开发出来，并于1972年在一台DEC PDP-11计算机上首次实现。C语言是作为UNIX操作系统的开发语言开始为人们所接受的，现代的系统级软件基本上都是用汇编语言和C语言编写的。C语言通常称为中级计算机语言。C语言之所以被称为中级语言，是因为它把高级语言的成分同汇编语言的功能结合起来了。在过去20年里，C语言已经能够应用于绝大多数类型的计算机上了，同时C语言的发展也导致不同的C语言版本的出现。这些不同版本的C语言通常是不兼容的。为了明确定义一种与机器无关的C语言，改变这种情况，美国国家标准研究所(ANSI)为C语言制定了一套ANSI标准， 成为现行的C语言标准。4.1.2 C语言的特点C语言具有以下优良的特点使得它得以风靡全球：a) 由于C语言的严谨设计，使得用C语言编写的程序具有很好的可移植性，一般认为C语言与硬件无关。 b) 语言简洁、紧凑，使用方便、灵活。与其他语言相比，用C语言编写的代码更为简练，程序的书写更为自由。c) C语言有极为丰富的数据类型和运算符，可以实现在其它高级语言中难以实现的运算，且计算功能、逻辑判断功能强大。C语言提供指针，可以直接访问内存，能进行位操作，从而使其能够胜任开发操作系统的工作。d) C是结构式语言 。结构式语言的显著特点是代码及数据的分隔化，即程序的各个部分除了必要的信息交流外彼此独立。这种结构化方式可使程序层次清晰，便于使用、维护以及调试。C语言是以函数形式提供给用户的，这些函数可方便的调用，并具有多种循环、条件语句控制程序流向，从而使程序完全结构化。 e) C语言语法限制不太严格，程序设计自由度大 。一般的高级语言语法检查比较严，能够检查出几乎所有的语法错误，而C语言允许程序编写者有较大的自由度。f) C语言生成的目标代码质量高，程序执行效率高。由于C语言有以上优点，所以用C语言编写电机设计程序简单方便，易于操作、调试。114.2 计算机辅助设计说明在设计过程中，利用计算机作为工具，帮助工程师进行设计的一切实用技术的总和称为计算机辅助设计。计算机辅助设计包括的内容很多，如：概念设计、优化设计、有限元分析、计算机仿真、计算机辅助绘图、计算机辅助设计过程管理等。在工程设计中，一般包括两种内容：带有创造性的设计（方案的构思、工作原理的拟定等）和非创造性的工作，如绘图、设计计算等。创造性的设计需要发挥人的创造性思维能力，创造出以前不存在的设计方案，这项工作一般应由人来完成。非创造性的工作是一些繁琐重复性的计算分析和信息检索，完全可以借助计算机来完成。一个好的计算机辅助设计系统既能充分发挥人的创造性作用，又能充分利用计算机的高速分析计算能力，即要找到人和计算机的最佳结合点。4.3 计算机辅助设计在电机设计中的应用在电机设计中应用电子计算机是从50年代开始的，至今仍在进行广泛的研究和探索。利用计算机进行电机设计的程序可以分成“设计分析”、“设计综合”、和“设计优化”三种类型。“设计分析”程序是按设计人员事先估计好的若干设计参量，依一定程序步骤来计算产品的性能，相当于通常的设计核算。计算机仅用来对设计方案进行设计分析，而对计算结果的评价以及设计方案的调整仍需由设计者决定。“设计综合”程序是根据已知的性能要求，决定电机各设计参量的程序。它可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。“设计综合”程序实质上就是自动修改并重复分析设计，最终得到适合给定要求