电动工具用单相串励异步电动机设计（770W）硕士论.doc

密级： NANCHANG UNIVERSITY GONGQING COLLEGE 学学 士士 学学 位位 论论 文（设文（设 计）计） THESIS OF BACHELOR （20092013 年） 中文题目:电动工具用单相串励异步电动机设计（770W） 英文题目： Design of Single-Phase Series Asynchronous Motor Used in Power Tools（770W） 学 院： 南昌大学共青学院 系 别： 工程技术系 专业班级： 电气工程及其自动化 学生姓名： 任文成 学 号： 8110209030 指导教师： 陈瑛 二 0 一 三 年 五 月 学士学位论文原创性声明学士学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研 究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完 全意识到本声明的法律后果由本人承担。 本人签名： 日期： 南昌大学共青学院毕业设计（论文） 摘要 I 摘 要 本文首先介绍了单相串励异步电机的优点，然后具体分析了电机 的基本结构和工作原理。其次，运用异步电机的基本设计方法磁路 分析法，通过编写电磁设计计算程序，对一台 770w 的实用电机进行 了设计。最后，对电机参数进行优化，比较不同优化方案下电机性能 指标。本文的研究成果对今后的研究奠定了基础。 关键词关键词：单相串励电动机；电磁设计；优化方案 南昌大学共青学院毕业设计（论文） Abstract II Abstract In this paper, the development of single-phase series-excited motor is described. And then the basic structure and operation theory is specifically. Using the basic design method of asynchronous motor-magnetic circuit analysis, programming the electromagnetic design and calculation procedures, a specified770W motor is designed. Lastly, we optimize the motor parameters. Indifferent scheme, the operation performance is compared. In this paper, the research lays the foundation for further study. Keyword: Single-phase series-excited motor; electromagnetic design; optimization 南昌大学共青学院毕业设计（论文） 目 录 目 录 摘 要I Abstract.II 第 1 章 绪论.1 1.1 前言.1 1.2 概述.1 1.2.1 选题的意义1 1.2.2 单相串励电动机设计内容2 1.2.3 单相串励电动机设计要求3 1.2.4 电机设计分析的方法4 第 2 章 单相串励电动机的基本理论.5 2.1 单相串励电动机的基本结构.5 2.2 单相串励电动机的工作原理.7 2.3 单相串励电动机的基本特性.8 第 3 章 单相串励电动机设计分析的主要问题10 3.1 单相串励电动机设计分析软件.10 3.2 单相串励电动机设计的基本思路.10 3.3 单相串励电动机的优化措施.11 第 4 章 单相串励电动机电磁设计与方案调整12 4.1 电磁设计程序.12 4.2 电机调整方案.21 4.3 方案结果分析.23 4.4 提高电机工作性能的其他措施.24 总 结.25 参考文献26 致 谢.27 附 图.28 南昌大学共青学院毕业设计（论文） 第 1 章 绪论 1 第 1 章 绪论 1.1 前言 电动机是作为使用电能的动力源进步和发展起来的，在今天，电动机技术仍 然是支撑人们日常生活的关键技术。电动技术机械设备的关键组成部分。 单相串励电动机属于单相感应异步电动机，感应电动机是基于气隙旋转磁场与转 子绕组中感应电流相互作用产生电磁转矩，从而实现能量转换的一种交流电动机。 由于转子绕组电流是感应产生的，因此称为感应电动机。感应电动机与其它电动 机相比，具有结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠及重量轻成本低等优 点。此外感应电动机还还便于派生各防护型式以使用不同环境条件的需要，也有 较高的效率和较好的工作特性。由于感应电动机具有上述许多优点，它是电动机 领域中应用最广泛的一种电动机。 世界各国开展电机的计算机辅助设计，即电机 CAD(Computer Aided-Design of Electric Machinery)己有四十余年的历史。优化设计是人们在工程技术、理论研 究和经济管理等诸多领域中经常遇到的问题。近年来，随着现代控制理论和计算 机技术的快速发展，优化理论与技术的应用日益广泛，并取得了巨大的经济效益 和社会效益，同时，也为使用 PC 机开发运行较大型电机 CAD 程序带来了契机。 本章主要介绍了电机优化设计的国内外研究概况和发展趋势，单相串励电机设计 的国内外研究现状，并且阐述了本论文所研究的主要内容。 1.2 概述 1.2.1 选题的意义 单相串励电机是具有电刷、换向器的交直流电动机。定子由定子铁芯和安装 在磁极上的激磁绕组组成。其作用是产生激磁磁通，并且在机械上支撑整个电机。 考虑交变磁场的涡流损耗，定子铁芯是由硅钢片叠压而成。转子的作用是产生电 磁转矩，通过转轴带动负载，将电能转换成机械能。转子由电枢铁芯、电枢绕组 和换向器等组成。定子上的激磁绕组和电枢绕组是串联的，所以可以作为交直流 两用。因其转速高，电机体积小，重量轻，交直流电源均可供电，以及调速简单 等优点，可广泛用于手持式电动工具和家用电器中。这种电机应用十分广泛，主 要在于它具备以下一些优点： (1)使用方便 这种电机虽然跟串励式直流电机的结构一样，但是它能在交流 南昌大学共青学院毕业设计（论文） 第 1 章 绪论 2 电源下使用。改变输入电压的大小，可以改变转速，所以调速也很方便。 (2)转速高，体积小，重量轻 其它的交流电机的转速，都与电源的频率有关， 当电源的频率为60Hz时，转速不可能超过3600rad/min，但是单相串励电动机的转 速却不受电源频率的限制，它的转速一般可以设计在300030000rad/min之闯。电 机的转速越高，电机中铁磁材料的用量越小，因此电机的体积重量相应减少。 (3)软的机械特性 单相串励电动机具有软的机槭特性，转速随着负载的改变 而改变。负载越大转速越低。它的电磁转矩几乎与电流的平方成正比，再加上串 励电动机的软的机械特性，使其特别适用于电气牵引和卷扬机械。因为这类机械 需要经常启动，并且还有可能过载。当负载增大时，串励电动机的转速将急剧降 低，以便保证安全：当负载减小时，串励电动机的转速将迅速上升，以便提高生 产效率。由于机械功率等于转矩和转速的乘积，因此，当负载转矩变大时，电动 机的输出功率和由电网提供给电动机的电功率也可以保持在比较稳定的数值，两 不致有很大的波动。 （4)启动力矩大，过载能力强 单相串励电动机的启动力矩很大，12000rad/min 电动机的启动转矩高达额定转矩的46倍。而其它的单相交流电动机大多为1倍 以下。所以比较实用于电动工具，不容易被卡住，有较大的过载能力。 因为单相串励异步电动机有很多的有点有很大的发展前景，因此选题 1.2.2 单相串励电动机设计内容 目前常用的串励电机电磁设计程序，大多属于分析程序。使用这类程序进行 电磁设计时，相当于求解一项比较复杂的计算题。假定一些电磁参数、结构参数 (定转子冲片尺寸)，利用计算机求解另一些参数，并且核算假定参数。如不能满 足设计要求，则调整设计参数。 电机设计包括电磁设计和结构设计两个设计内容，习惯上所指的电机设计往 往是指电磁设计。本次设计内容也主要是电磁设计，单相串励电动机由于转速高、 机械特性软、换向条件严酷以及功率比较小等特点，因此，在电磁设计中有其特 点和要求：其一，额定工作点，也就是保证转速、力矩为额定值。因此在电磁设 计中往往提高额定点的设计转速 510，以保证电机输出功率不低于额定功 率；其二，控制换向火花，对于换向条件严酷的单相串励电机控制影响换向火花 的电磁因素尤为重要。至于其他性能指标，一般电机设计的一些基本要求对单相 串励电机也是适用的，但由于单相串励电机自身的特点，往往对有些性能指标不 作考核，有的指标则允许有较大的偏差。如单相串励电动机的启动转矩、最大转 南昌大学共青学院毕业设计（论文） 第 1 章 绪论 3 矩、功率因数(一般高达 0.9 左右)都比一般交流异步电机高得多，所以不作严格要 求。但值得注意的是，功率因数和效率在设计中仍需要严格核算。 1.2.3 单相串励电动机设计要求 目前常用的串励电机电磁设计程序，大多属于分析程序。使用这类程序进行 电磁设计时，相当于求解一项比较复杂的计算题。假定一些电磁参数、结构参数 (定转子冲片尺寸)，利用计算机求解另一些参数，并且核算假定参数。如不能满 足设计要求，则调整设计参数。本次设计内容也主要是电磁设计，单相串励电动 机由于转速高、机械特性软、换向条件严酷以及功率比较小等特点，因此，在电 磁设计中有其特点和要求： 1、原始数据 型号：90-770 额定功率：= 770W N P 额定电压： =220V 额定转速：= 12000r/min N U N n 额定频率： = 50Hz N f 2、主要性能指标 效率： = 69% 功率因数：= 0.9360 cos 3、 设计中选用的基值 电压基准值：V 为电动机额定相电压220 N U 功率基准值：=180W 为电动机额定功率 N P 转速基准值：r/min12000 N n 转矩基准值： 为电动机额定转矩 N T9.55 N N N P TNm n 4、 设计指标要求 效率： 计算值，修改值 0.05 功率因数： 计算值，修改值 coscos 0.05 cos coscos 端电压： 额定电压，端电压（计算值） 0.05 N N UU U N U U 南昌大学共青学院毕业设计（论文） 第 1 章 绪论 4 1.2.4 电机设计分析的方法 当前，用于永磁同步电机电磁性能分析的方法主要有等效磁路法、电磁场数 值计算法以及场路结合法，其中电磁场数值计算法中用得最多的是有限元法。 l、等效磁路法。等效磁路法是研究电机性能的传统方法，将空间实际存在的 不均匀分布的磁场转化成等效的多段磁路，并近似认为在每段磁路中磁通沿截面 和长度均匀分布，将磁场的计算转化为磁路的计算，然后用各种系数来进行修正， 使各段磁路的磁位差等于磁场中对应点之间的磁位差。这种处理方法，可以大大 减少计算所需的时间，在方案估算、初始方案设计和类似结构的方案比较时更为 实用。 2、电磁场数值计算法。电磁场数值计算方法包括有限差分法、有限元法、 积分方程法和边界元法等四种基本类型，以及近年来发展产生的有限元法和边界 元法相结合的混合法。其中，最有效的是有限元法。有限元法具有单元剖分灵活 和算法统一、通用的优点，且特别适合在电子计算机上运算，近年来在工程中得 到了广泛的应用。有限元法最主要的特点是根据该方法编制的软件系统对丁各种 各样的电磁计算问题具有较强的通用性，通过前处理过程能有效地形成方程并进 行求解。它能较好地处理非线性问题，处理第二类边界条件和内部媒质交界条件 非常方便。 3、场路结合分析法。场路结合分析法是指磁场和磁路相结合的分析方法。 传统的磁路法虽然计算速度快，但精度不高；而以有限元法为代表的电磁场数值 计算法虽然较为准确，但对计算机资源要求较高且计算时间较长。因此，利用电 磁场数值计算求出磁路法计算中不易准确计算的一些参数，如空载漏磁系数、计 算极弧系数、气隙磁密波形系数等，再将这些参数结合到磁路计算中去，可以提 高计算结果的准确性。综上所述，场路结合法是一种较为理想的电机性能分析方 法。因此，本文采用场路结合的方法对永磁同步电机进行设计分析，完成以等效 磁路解析求解的磁路设计。 南昌大学共青学院毕业设计（论文） 第 2 章 单相串励电动机的基本理论 5 第 2 章 单相串励电动机的基本理论 2.1 单相串励电动机的基本结构 单相串励电动机的基本机构与小功率直流电动机相似，主要由定子、电枢、 换向器、电刷等部件组成。 1.定子部分 定子由定子铁芯和励磁绕组构成。为了减少涡流损耗，定子铁芯由 0.5mm 厚 的硅钢片叠装组成，励磁绕组由绝缘铜线绕制成集中绕组嵌入定子铁芯。如图 2- 1 所示 图 2-1 串励电动机定子 几百瓦以上的串励电动机还装有换向绕组（为了帮助转子中电枢绕组中电流的换 向）和补偿绕组（为了抵消电枢反应的影响） 。一般来说，单相串励电动机功率 小于 200w 时制成两级，200W 以上制成 4 级。 2.电枢部分 电枢又称转子是串励电动机的旋转部分，电枢由铁芯、电机转轴、电枢绕组、 换向器和电机转轴上固定的冷却风扇组成。电枢铁芯采用 0.5mm 硅钢片沿轴向叠 装组成。电枢铁芯冲片为半闭口槽，内嵌电枢绕组。电枢绕组由若干线圈组成， 在单相串励电动机中，线圈又称为原件，线圈首尾端与换向器上的换向片相焊接， 从而使点数绕组形成闭合回路，单相串励电动机的电枢构成如图 2-2 所示 南昌大学共青学院毕业设计（论文） 第 2 章 单相串励电动机的基本理论 6 图 2-2 串励电动机电枢结构图 电枢铁芯槽一般制成与转轴相平行，有时为了减弱电动机运行时的噪音，而 将铁芯叠压成斜槽式。 3.换向器部分 单相串励电动机电枢上的换向器与直流电动机中的换向器相同，由许多围抱 在圆形绝缘筒上而形成，各换向片间用云母片绝缘。换向片为铜质，加工成楔形 片，在各换向片的下部两端均有 V 形槽（也称为燕尾形） ，通过注塑的方法使换 向片结合成整体。换向器固定在转轴上，并与转轴相互绝缘。这样的机械结构， 可以使电机在高速运转时，承受离心力而不变形。换向器的结构如图 2-3 所示 图 2-3 换向器结构图 4.电刷结构 图 2-4 为单相串励电动机的结构示意图 南昌大学共青学院毕业设计（论文） 第 2 章 单相串励电动机的基本理论 7 图 2-4 单相串励电动机结构及电刷结构 电刷装置由电刷和刷握组成。电刷是单相串励电动机的重要附件，它负责电 枢绕组与外电路相连接，同时与换向器配合，负责电枢绕组的换向。单相串励电 动机的电刷安装在电刷刷握中，并固定在电刷架上。电刷必须与换向器间滑动接 触，当电刷存在较大的磨损和机械振动，或配合不当时，会产生严重的火花 为了保证电机的正常运行，必须正确的选择电刷。电刷的选择要根据温升、 换向器圆周速度而定。单相串励电动机多采用 DS 型电化石墨电刷，这种电刷温 升与电刷的电流密度、电刷与换向器的接触电压降、机械损耗及电刷的导热性有 关，圆周速度过高容易引起发热、加大电火花，在选择电刷时，还应考虑电刷的 硬度和磨损性能等因素。 2.2 单相串励电动机的工作原理 从理论上说，单相串励电动机与直流串励电动机的工作原理基本相同。一台 直流串励电动机接到单相交流电源上运行时，这台直流串励电动机就变成了单相 串励电动机。单相串励电动机的电枢绕组通过换向器、电刷与定子绕组串联起来 接到单相正弦交流电上。如图 2.5 所示。 图 2-5 串励电动机的工作原理 南昌大学共青学院毕业设计（论文） 第 2 章 单相串励电动机的基本理论 8 图 2-5（a） 当电流为正半周时，电流从左端流入，主磁通方向从右向左， 依据左手定则，转子为逆时针方向旋转。 图 2-5（b）当电流为负半周时，电流从右端流入，主磁通方向从左向右，依 据左手定则，转子旋转方向不变，仍沿逆时针方向旋转。 由此可见，一台直流串励电动机改接到交流电源后，虽然电源极性在反复变 化，但电动机的旋转方向却保持不变，因此，也可以作为交流电动机运行，这就 是单相串励电动机的工作原理。可见单相串励电动机和直流串励电动机具有相同 的工作原理。 以上原理试用于直流、交流、交直流两用型的串励电动机，三者只是相同原 理下的不同参数设计而已。 单相串励电动机工作时转速为 4000-10000r/min. 2.3 单相串励电动机的基本特性 图 2-6 单相串励电动机的电路 单相串励电动机的电路为一单纯的串联回路，如图 2-6 所示。根据基尔霍夫 定律，可以写出平衡方程式 UEI Rj I X 式中： 端电压 . U 电枢反电势 . E 电枢电流 . I 电枢绕组、励磁绕组回路总电阻 R 电枢绕组、励磁绕组回路总电抗 X 南昌大学共青学院毕业设计（论文） 第 2 章 单相串励电动机的基本理论 9 根据上式可以画出单相串励电动机的相量图，如图 5-9a 所示。 5-9a）相量图 5-9b)电势平衡图 图中，以电流为参考相量，不计铁芯损耗时，磁通与电流同相位， . I . m . I 电阻压降与电流同相位。转子导体切割定子磁通产生反电动势，定子 . I R . I . E 磁通越大，反电动势也越大；定子磁通越小，反电动势也越小，所 . m . E . m . E 以与同相位。电抗压降超前电流 90，如图 5-9b 所示。 。将相量、 . m . E . E 、三者相加，便得到相量图。电势平衡方程式是设计计算中所用的最 . I R . j I X 基本的公式。由于外加电压 u 是一个给定的值，因此，可以用电势平衡仪程式来 校验计算是否成立。若计算结果与此不符，那么设计方案便是没有意义的。这也 是本次电磁设计程序把U1作为一个重要检验指标的原因所在。 南昌大学共青学院毕业设计（论文） 第 3 章 单相串励电动机设计分析的主要问题 10 第 3 章 单相串励电动机设计分析的主要问题 3.1 单相串励电动机设计分析软件 本设计采用等效磁路计算法设计电机，电机磁路的计算采用 matlab 编程。 MATLAB 是由美国 mathworks 公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交 互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、 矩阵计算、科学数据可视 化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的 视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学 领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设 计语言（如 C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水 平。MATLAB 和 Mathematica、Maple 并称为三大 数学软件。它在数学类科 技应用软件中在 数值计算方面首屈一指。 MATLAB 可以进行矩阵运算、绘 制函数和数据、实现 算法、创建用户界面、连 接其他编程语言的程序等，主 要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、 图像处理、信号检测、金 融建模设计与分析等领域。 采用 matlab 编程可以实现电机磁路的自动化计算，而且利用 matlab 里面自 带的插值函数可以自动插值查表，这就省去了人工查表和手动计算的麻烦。这也 对方案的调整也更加的方便，更有利于计算出准确合理的设计方案。 3.2 单相串励电动机设计的基本思路 与其他电机设计方法一样，单相串励电动机的设计思路有以下几个步骤： （1）首先根据经验和已经生产出来的单相串励电动机大概估计电机的电磁负 荷的大小，从而由单相串励电动机的主要尺寸关系（式 31）确定电机的主AB 要尺寸。 2 ef D l （31） 2 3 2 26.1 10 efN A pp D l n C PAB k 其中，为短距系数。 p k （2）为了最大限度利用硅钢片，增强模具的通用性，节省原材料和降低成本， 定子冲片外径不应任意确定，而是根据额定数据选取标准的定转子冲片。根据本 设计的额定数据，可以选择定子冲片外径为=9.0cm 的定子冲片。这样就确定 1 D 了电机的主要尺寸比的大小。 南昌大学共青学院毕业设计（论文） 第 3 章 单相串励电动机设计分析的主要问题 11 （3）冲片槽型、槽数选取可以凭借以往的经验进行预选取，槽数 Z=（）D。由磁负荷的大小可知每极磁通的大小，感应电势 E 的大小可3 4B 以确定每槽导体数的大小，但此时必须使槽满率满足要求。 （4）定子冲片、绕组已定，接下来就是对电机磁路的计算，从而求得总的磁 压降，这时可以确定每极励磁绕组和电流的大小。 （5）最后就是进行一些参数的计算和核算，必须使端电压、效率和功率因数 满足要求，如果不满足要求再进行定转子及绕组参数的调整，以使性能指标满足 要求。 3.3 单相串励电动机的优化措施 对电动机的优化设计是在尽量减少消耗材料的情况下，最大提高电动机的效 率、功率因数和转矩的大小。下面对单相串励电动机如何提高效率措施进行分析。 要提高电机的效率无非是要减小电机的损耗的大小，减小损耗可以从两方面 下手：一是降低不变损耗，二是降低可变损耗。 （1） 不变损耗主要包括铁耗和机械损耗，可以采用损耗低的铁芯材料、降 低气隙磁密和优化气隙磁场波形。减小机械损耗的主要措施有，提高电机的制造 工艺水平和装配质量、采用合适的轴承和风扇。 （2） 可变损耗包括铜耗和杂散损耗。减小杂散损耗的措施有，合理设计极 弧系数、选取合适的槽配合、定子斜槽等，提高功率因数使电流减小，从而使铜 耗减小。 南昌大学共青学院毕业设计（论文） 第 4 章 单相串励电动机电磁设计与方案调整 12 第 4 章 单相串励电动机电磁设计与方案调整 本章详细阐述单相串励异步电动机的设计，定子绕组为铜线，绝90 550W 缘等级为 B 级，其基本结构防护要求达到国家电工委员会外壳防护等级 IP44 的 要求。满足国内标准，向某些国际标准及某些发达国家标准靠拢，贯彻“三化” 标准化、系列化及通用化的要求。 4.1 电磁设计程序 （1）额定数据 1. 额定功率 770NPW 2. 额定电压 220NUV 3. 额定转速 12000 / minNnr 4. 额定转矩 770 9.759.750.6128 . 12000 N N N P TN m n 5. 额定频率 50NfHz （2）技术要求 6. 效率 69%N 7. 功率因数 cos0.936N （3）冲片尺寸及主要数据 参见附图，冲片尺寸（cm）：b0=0.25 h0=0.070 h2=0.9 bp=3.8 b1=0.540 h=0.10 hj1=0.9 hp=1 R=0.16 h1=0.67 L=5.20.88H 8. 定子外径 19Dcm 9. 定子内径 15.1iDcm 10. 电枢外径 24.98Dcm 11. 电枢内径 21.6iDcm 12. 铁心长度 5.2lcm 13. 气隙 12(5.1 4.98) 0.060 22 iDDcm cm 14. 电枢槽数 Q19 15. 极距 23.14 4.98 7.8226 22 p Dcm cm 南昌大学共青学院毕业设计（论文） 第 4 章 单相串励电动机电磁设计与方案调整 13 16. 极弧系数 0.78p 17. 计算极距 00.78 7.82266.1ppcm 18. 换向片数 K=38 19. 换向器直径 DK=3.3cm 20. 电枢圆周线速度 2 22 3.14 4.98 12000 101031.29/ 6060 N a D n vm s 21. 换向器线速度 10-2=10-2=20.735m/s 60 KN K D n v 3.14 3.3 12000 60 22. 定子极高 1phcm 23. 定子极宽 3.8pbcm （4）电磁数据计算 24. 负载电流 770 5.4 cos220 0.69 0.936 N NNN P IA U 25. 电枢绕组线规 /0.64/0.55aaiddmmmm 导线截面积 2 0.2547aSmm 26. 电枢绕组电流密度 2=10.642 5.4 / 22 0.2547 a a I JA mm S /A mm 27. 电枢总导体数 222 3.14 4.98 135 779 5.4 D A N I 式中，取线负荷 A=135A/cm 28. 电枢每槽导线数 779 41 19 s N N Q 29. 电枢槽满率 S =72% f 30. 电枢绕组平均半匝长 2(5.2 1.19 4.98)11.1262aellK Dcmcm 式中1.19eK 31. 电枢绕组电阻 =1.8461 4 2.1710 4 a a a Nl R S 4 2.17 779 11.1262 10 4 0.2547 32. 计算功率 南昌大学共青学院毕业设计（论文） 第 4 章 单相串励电动机电磁设计与方案调整 14 770 1(1)1 0.475(1 0.69)951.57 0.69 N iN N P PaW 式中 22 24 2.22.410 (0.05) 1 2.2 5.41.84612.4 5.4100.69 (0.05) 1 0.6977012000 0.475 aN NNN I RI a Pn 33. 旋转电动势 951.57 175.59 5.4 Pi EV I 34. 实槽节距 19 0.59 22 s Q y 35. 短距系数 sin(180 )0.9966 s o p y K Q 36. 每极磁通 60 2602 175.59 0.001599 0.9966 779 12000pN E Wb K Nn （5）换向性能 37. 换向器节距 3838 0.518 2219 K KK y Q 38. 换向器片距 3.14 3.3 0.2728 38 K K D tcmcm K 39. 电刷尺寸 1.2500.80bbabcmcm 40. 电刷电流密度 2 5.419 0.542/ 1.25 0.8 a bb I JA cm a b 41. 换向区域宽度 b 38 (n| 1)1.2073(2 |18| 1) 0.41172.0307 22 KbKK K bbytcmcmcm 式中 b 38 n2 19 K Q 24.98 0.51.2073 3.3 bb K D bbcmcmcm D 南昌大学共青学院毕业设计（论文） 第 4 章 单相串励电动机电磁设计与方案调整 15 2 4.98 t0.27280.4117 3.3 kk D t D 42. 电枢齿距 23.14 4.98 0.8234 19 m D tcmcm Q 43. 电枢齿顶宽 10(0.82340.2)0.6234mttbcmcm 44. 电枢齿宽 上部齿宽： 20 1 2()3.14 4.982 (0.070.1) 0.540.2272 19 Dhh tbcmcmcm Q 下部齿宽： 202()3.14 4.982 (0.070.67) 22 0.160.2587 19 Dhh tRcmcmcm Q 平均尺宽： 0.22720.2587 0.243 22 tt tcmcm 45. 电枢槽宽 20123.14 4.982 0.070.67 0.2430.4275 19 s Dhh ttcmcmcm Q 46. 电枢槽形系数 式中 0.96FeK 47. 电枢单位漏磁导 22 1 1.2 0.92log 20 1.2 0.7953.813.14 1.088 0.960.92log 0.722 0.214.40.25 3.1088 m Fe hDt K bRlb 48. 电枢每元件匝数 779 10 22 33 a N W K 49. 换向元件电抗电动势 66 2102 10 5.2 3.1 132 31.29 101.39KaaeW l AvVV 50. 换向元件反应电动势 66 0 0.80.8 3.14 10 7.822 5.2 31.29 10102.5721 7.8226.1 apa a p Wlv eVV 51. 换向元件变压器电动势 南昌大学共青学院毕业设计（论文） 第 4 章 单相串励电动机电磁设计与方案调整 16 6 4.444.44 50 10 7.822 103.64tNaef WVV （6）磁路计算 52. 定子轭高 11jhcm 53. 电枢轭高 221 2 (2)14.98(2 0.7950.9 1.15)1 0.210.92 2323 i j DhD hRcmcmcm 式中 转轴采用双重绝缘，。0.9 54. 定子轭部磁密 44 1 1 1.09 0.0016 10101.746 22 0.96 1 5.2 j Fej BT K h l 55. 电枢轭部磁密 44 2 2 0.0016 10101.735 22 0.96 0.9233 5.2 j Fej BT K h l 56. 定子磁极磁密 44 1.09 0.0016 10100.91 22 0.96 3.8 5.2 p Fep BT K b l 57. 气隙磁密 44 0 0.0016 10100.504 6.1 5.2 BT l 58. 电枢齿磁密 59. 根据和查附录表得，11.746jBT0.91pBT51A127/jHA cm 1.866/pHA cm 根据和查附录表得，21.735jBT1.779tBT52A241.3/jHA cm 45.5/tHA cm 60. 定子轭部磁路长度 11 1 ()3.14 (7.1 1)3.8 10.66 22 jp j Dhb lcmcm 61. 电枢轭部磁路长度 22 2 ()3.14 (1 1.150.9233) 3.964 22 ij j Dh lcmcm 62. 电枢齿部磁路长度 2 h =1.446tl 南昌大学共青学院毕业设计（论文） 第 4 章 单相串励电动机电磁设计与方案调整 17 63. 气隙系数 0 100.8234 10 0.06 1.2131 (100.8234-0.210 0.06 m m t K tb ）（） 64. 气隙磁压降 4 1.6101.6 0.504 1.2131 0.06587FB KA 65. 定子轭部磁压降 11127 10.66287jjjFHlAA 66. 电枢轭部磁压降 22241.3 3.964163jjjFHlAA 67. 定子磁极磁压降 22 1.866 13.73pppFHlAA 68. 电枢齿部磁压降 45.5 1.44665.8tttFHlAA 69. 去磁磁动势 2 0.625 4.98 0.8260 132348.2Fk DAA 360360 30.4960 38 b K 70. 换向增磁磁动势 22 0.8 0.069() ()0.069 () (1.3992.57) 10 5.41130.9 0.247 b K K b FeKea WaIA t 71. 电枢反应磁动势 0 11 (3)0.094(5873 65.86.1 132) 6.1 132 22 157.8 587 t a k FFA FA F 式中 (查附录图)0.094k 51B 72. 总磁压降 12)1.05( 1.05 (587287 16365.83.73 157.8348.2 130.9) 1482.5 jjtpKFFFFFFFFF A A 73. 定子每极匝数 1482.5 136 22 5.41 p F W I 74. 定子导线线规 11/0.64/0.55iddmmmm 导线截面积 2 10.25Smm 75. 定子绕组电流密度 22 1 1 5.41 /10.82 / 22 0.25 I JA mmA mm S （7）工作性能计算 76. 定子绕组线模宽度 1()sin(90 )(5.1 0.5) sin(0.78 90 )5.27mimaDkcm 南昌大学共青学院毕业设计（论文） 第 4 章 单相串励电动机电磁设计与方案调整 18 77. 定子绕组线模长度 20.2(5.22 0.40.2)5.8mllrcmcmcm 78. 定子绕组线模高度 0.1(0.880.1)0.78HHcmcmcm 79. 定子绕组线模每层匝数 1 1010 0.78 0.50.56.7326 0.550.05 H W d 式中 0.05 80. 定子绕组宽度 1 1136 1 () 0.1(0.0550.005)1.2209 6.7326 p m W bdcmcm W 81. 定子绕组平均每匝长度 12(4 )(2) 2 (5.275.84 0.4)3.14 (2 0.4 1.2209) 23.53 mmmlalrrb cmcm cm 82. 定子绕组电阻 (75 ) 22 1 11 2.44102.44 136 23.53 0.4 105.587RW Lr 83. 定子绕组电阻电压降 2 115.41 5.58730.278RRUIV 84. 电枢绕组电压降 2 5.41 1.84610.0RaRaUIV 85. 定子绕组漏抗电压降 8 1 0.760.76 50 136 0.0016 108.31Np x Uf WV 86. 电枢绕组漏抗电压降 22 8-8 2 1.251.25 3.14 50 7793.1 5.2 5.4 10102.747 22 19 N X f NlI UV Q 87. 定子绕组自感电动势 1 8.888.88 50 136 0.001697.128 t NpEf WV 88. 电枢绕组交轴电动势 22 22 88 0.0472 0.0472 50 7.8226 5.2 3.9975 7790.78 101026.39 1.2131 0.06 Np p q flN EV K 89. 电枢绕组变压器电动势 20.707sin32.292t Np Ef k N 90. 定子轭部重量 南昌大学共青学院毕业设计（论文） 第 4 章 单相串励电动机电磁设计与方案调整 19 1 3 1 11 1 15.5()100.6448j jj GDhh lkg 91. 定子磁极重量 33 7.8(2 )107.8 0.96 2 2 1 3.8 5.2 100.60pFeppGKp h b lkg 92. 电枢轭部重量 2222 222 33 2 (2)(4.982 0.9)2 4.98 3.14 7.8107.8 0.965.2 10 44 0.23096 i jFe DhD GKlkg kg 93. 电枢齿部重 33 27.8107.8 0.96 38 0.243 0.9 5.2 100.1744tFeGK Qth lkgkg 94. 电枢旋转频率 12000 200 6060 N a n fHz 95. 零速时电枢涡流损耗 020 220 2 6.50.236.40.1742.5365 EEjjE tt PpGpGW 式中 0 2 6.5/ Ej pWkg ， 0 2 6.4/ E t pWkg ，可查表得 基本铁耗 1102(28 0.94482.3 0.6)21.952FeFejjFeppEPp GpGPW 式中 、 ，可查表得 28/FejpW kg2.3/FeppW kg 零速时电枢磁滞损耗 02220 2(5.4 0.235.3 0.1744)2.1046hhjjh ttPp GpGWW 式中 、查表可得025.4/hjpW kg0 25.3/h tpW kg 电枢谐波损耗 22 20202 200200 ()2.10462.5365 ()49 5050 aa FehE NN ff PPPW ff 96. 总损耗 12(21.59249)70.59FeFeFePPPWW 97. 换向损耗 17% 70.59212.06KKFePK PWW 式中 （按查附录图）17%KK 9900Nn 54B 98. 电压有功分量 1 12 2.5()sincos (30.278 10.02.5(97.1-32.292) 0.0646175.59 0.997 222.2 RRRa tt UUUEEE V 南昌大学共青学院毕业设计（论文） 第 4 章 单相串励电动机电磁设计与方案调整 20 ; 1 0 21.952 12.06 sin0.0646 97.1 5.41 FeKt d N PP E I 22 00cos1 sin1 0.06460.997 99. 电压无功分量 12t1t2 -cossin (8.312.747-0.997175.59 0.0646) 64.41V Xq XX UUUEEEE V （） （97. 132. 292） 100.端电压 2222 222.264.4231.0RXUUUV ， 符合要求 231 220 0.05 220 N N UU U 101. 功率因数 ， 222.2 cos0.96 231 R U U ， 符合要求 coscos0.9360.96 0.0250.05 cos0.936 102. 定子铜耗 22 115.415.587162.0CuPI RWW 103. 电枢铜耗 22 5.411.846153.8CuaaPI RWW 104. 机械损耗和附加损耗 （根据电枢外径和转速查附录图70PmW 2D Nn ） 。 55B 105. 总损耗 12.5 (16253.82.5 5.47070.912) 383.2 CuCuaFe kt PPPIPmPP W W 106.效率 107.， cos 220 5.41 0.936383.2 65.6% cos220 5.41 0.936 N N U IP U I ，符合要求 0.690.656 =0.049 0.05 0.69 （8）有效材料 108.硅钢片重量 33 17.8107.8 0.96 7.8 9 5.2 102.7334FeFeGK bD lkg 109.定子绕组铜重量 55 11 18.9 (2 )108.9 2 134 0.254720.36 1.05 100.1501CupGp W S l Ckg 南昌大学共青学院毕业设计（论文） 第 4 章 单相串励电动机电磁设计与方案调整 21 110.电枢然组铜重量 55 8.9108.9 779 0.2547 11.126 1.05 100.206Cuaa aGNS l Ckg 4.2 电机调整方案 电机的重要数据可以通过前面的章节初步确定，但是欲得到合理的方案设计 数据，则需要通过计算机调试来获得，实验结果如果不能满足要求，则需要进行 再次方案调整，直至符合国家标准和用户要求。电机方案的调整和优化是一项非 常复杂的工作，要综合考虑电机主要参数对电机性能的影响。下面我们把计算中 可能遇到的问题、调整方法以及调试方案所得分析介绍如下。 现象原因调整方法注意事项 1、定子铝 （铜）损 耗大 降低定子绕组电阻： （1）增大导线面积 （2）减少每相串联导体数 （即减少每槽导体数） （3）减少绕组端部长度 （1）槽满率增高，嵌线困 难 （2）用铝（铜）量增加 （1）漏