毕业设计（论文）-单相电容运转异步电动机的设计.doc

毕 业 设 计题 目： 单相电容运转异步电动机的设计 院系： 应用技术学院 专业： 电气工程及其自动化 班级： 0781 学号： 01 学生姓名： 吴 帆 导师姓名： 彭 磊 完成日期： 2011/6/7 诚 信 声 明本人声明：1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果；2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料；3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。作者签名： 日期： 年 月 日毕业设计（论文）任务书题目： 基于单片机的步进电机控制系统设计 姓名 院 电气信息学院 专业 电气工程及其自动化 班级 0504学号200501010409指导老师 教研室主任 一、 基本任务及要求： 主要设计内容如下： 1、对步进电机的工作原理、运行特性进行了解 2、通过调研查找与本课题有关的资料，并进行认真的分析、消化 3、在消化吸收的基础上，根据本课题的特点，进行方案论证并确定设计方案 4、根据确定的方案，步进电机控制系统设计 5、设计当中，用PROTEL画图软件工具以及完成有关上交材料 6、完成毕业设计论文、电气原理图 二、 进度安排及完成时间 1、第23周：查阅资料；写开题报告;确定总体方案。 2、第45周：毕业实习、撰写实习报告。 3、第67周：建立系统硬件结构 。 4、第810周：用PEOTEL软件，设计硬件电路，画系统原理图。 5、第1113周：系统程序设计。 6第1415周:撰写毕业设计论文。 7、第16周：指导老师评阅、电子文档上传FTP。 8、第17周：毕业设计答辩。 目 录摘要:IAbstract：II第1章 绪论11.1 单相异步电机发展状况11.2设计过程及内容11.3设计任务及要求2第2章 异步电机的基础知识32.1单相异步电机工作原理32.2 绕组构及成原理42.3电机主要尺寸52.3.1利用系数52.3.2电磁负荷62.3.3主要尺寸比72.3.4 主要尺寸确定72.4电抗72.4.1 主电抗72.4.2 漏电抗82.5损耗与效率82.5.1绕组电阻损耗82.5.2基本铁损耗92.5.3风摩损耗92.5.4 杂散损耗92.5.5效率92.6通风散热92.6.1电机冷却方式92.6.2风扇102.6.3电机温升限值10第3章 单相异步电机的磁势113.1 单绕组异步电动机的双旋转磁场分析113.2 脉振磁势的分解113.3 椭圆形磁势133.4 正、负序感应电势13第4章 电容运转异步电动机的特点15第5章 电容运转电动机电磁计算设计175.1 数据与技术要求1752重要尺寸及冲片175.3 主绕组设计195.4主相参数计算225.5磁路计算245.6 铁耗和机械风摩耗的计算265.7副绕组计算275.8运行性能计算285.9电容运转电动机的性能计算295.10有效材料用量31第6章 经济技术和可行性分析336.1 相关理论分析336.2电磁调整方案34结束语35参考文献36致谢37附录1定子冲片图38附录2转子冲片图39附录3绕组接线图40附录4 绕组展开图41单相电容运转异步电动机的设计单相电容运转异步电动机设计摘要:单相异步电机是工农业生产中应用最广泛的电机。其性能的提高具有重要意义。在文章中简要介绍了异步电机设计的基础知识，阐述了中小型电机的设计方法与步骤，介绍了电磁设计的步骤与计算程序，也述及电机的优化设计。 电磁设计是根据设计技术要求确定电机的电磁负荷，计算转子、定子冲片和铁心各部分尺寸及绕组数据，进而核算电机各项参数及性能，并对设计数据做必要的调整，直到达到设计要求。关键词： 异步电机 电磁计算 The design of the Single-phase capacitor running asynchronous motorAbstract：The the Single-phase capacitor running asynchronous motor is the most widespread electrical machinery in the industry and agriculture production . Its performance enhancement has the vital significance. In this article , the elementary knowledge of the asynchronous motor designs is Briefly introduced, the method and the step of the middle and small scale electrical machinery design is also elaborated, the electromagnetism design step and the design computational procedure is introduced, the optimized design of the electrical machinery is also mentioned. The electromagnetism design is according to the specification of designs to determine the electromagnetism load, calculates each part of sizes of the rotor、 the stator piece and iron core and the winding data, then calculates each parameter and the performance of the electrical machinery, and to make the essential adjustment to the designs data, until meets the design requirements. Keywords：asynchronous motor electromagnetism computationII第1章 绪论1.1 单相异步电机发展状况纵观电机的发展史，其应用范围不断扩大，使用要求不断提高，结构类型不断增多，理论研究也不断深入。特别是近30年来，随着电力电子技术和计算机技术的进步，尤其是超导技术的重大突破和新原理;新结构；新材料；新技术；新工艺；新方法的不断推动，电机发展更是呈现出生机勃勃，其前景是不可限量。随着国民经济的发展、工农业生产稳步上升、人民生活水平的逐年提高，人们对家用电器需要越来越迫切。而单相电机在这些方面的应用极为广泛。由于它只需要单相电网供电，是家用电器的动力来源。为了更快的发展家用电器，必须更快地增加单相电机的产量并进一步提高质量。单相异步发电机与我们的生活息息相关我们用的很多电器都是由单相异步发电机充作动力源。近年来，由于人们生活水平的提高，电器的用量大大增加。比如：洗衣机、空调、风扇、高层建筑的排风设备等。家用或工业用的风机的动力源通常是单相交流异步电动机。单相异步电动机的市场前景是广阔的未来电动机将会沿着体积更小、机电能量转换效率更高、控制更灵活的方向继续发展。异步电动机具有机构简单、工作可靠、寿命长和保修维护方便等优点，但是它也具有机械特性差、效率低、起动转矩小、调速性能差、运行在轻载时功率因数低、增加线路和电网损耗等特点。所以开发和推广节能、高效、高性能的电机势在必行。所以我们需要积极的去研究它。从节能，提高效率，控制转速等等方面去解决或者完善它。使之，在我们的生活里更加舒适方便经济。1.2设计过程及内容首先应根据产品通用标准、技术条件设计原始数据，然后进行电磁设计和结构设计。电磁设计是根据设计技术要求确定电机的电磁负荷，计算转子、定子冲片和铁心各部分尺寸及绕组数据，进而核算电机各项参数及性能，并对设计数据做必要的调整，直到达到要求，提出电磁设计单。结构设计是根据设计技术要求及电磁设计确定的有关数据，确定电机总体结构、零部件尺寸、材料及加工要求，绘制总装图及零部件图，进行必要的机械计算及热计算，提出全套生产图样。电机设计要进行多种方案的分析、比较，或采用优化设计方法，以权衡电机性能、运行费用、制造成本、运行可靠性等因素，决定最优的设计。中小型电机生产量大，使用面广，品种规格繁多，一般都成系列设计及制造。设计时，应充分考虑到标准化、通用化、系列化的要求。1.3设计任务及要求 （1）对单相异步电机的工作原理、运行特性进行了解。 （2）通过调研查找与本课题有关的资料，并进行认真的分析、消化。 （3）在消化吸收的基础上，根据本课题的特点，进行方案论证并确定设计方案。 （4）根据确定的方案，单相电容运转电动机的设计。 (5) 设计当中，用CAD画图软件工具以及完成有关上交材料。 （6）完成毕业设计论文、定转子设计图、绕组展开图。 第2章 异步电机的基础知识2.1单相异步电机工作原理小功率电动机是一种在气隙磁场中通过电磁感应实现机电能量转换的电动机，由于其运行转速与电网频率之比不是恒定值，按国家标准规定，在不致引起误解或混淆的情况下，一般也可以称之为异步电动机。单相异步电动机只需要单相电源供电，使用方便，广泛应用于工业、农业和人民生活的各个领域，如用在洗衣机、电风扇、冰箱、空调器等家用电器，以及驱动水泵、鼓风机、碾米机、饲料粉碎机、切肉机和各种电动工具等，各种小功率电动机的容量范围与电机的起动性能（如起动性能、起动转矩等）和运行性能（如效率、功率因数等）有密切的关系。例如，电容运转感应电动机的效率和功率因数较高，但它的起动转矩偏小，如欲加大起动转矩，有时可选用较大电容值的电容器，但这又会影响电机的运行性能和成本，故它的容量一般做得偏小。单相电容运转异步电动机，其大致工作原理和特点是：定子绕组由两相绕组（主绕组、副绕组）组成，两绕组相轴夹角为90度，副相外接电容。当两绕组接入电压时，由于电容接于副绕组，会使副绕组电流滞后主绕组电流90电角度，两相绕组产生的磁场合成椭圆磁场，转子即在磁场驱动下旋转。单相电容运转异步电动机中定子产生椭圆磁场，其效率明显低于产生圆形磁场的三相异步电机，其气隙中谐波较大，振动和噪音也较大。单相异步电动机与三相异步电动机的主要不同就在于它的不对称。三相对称电动机工作时，内部是圆形旋转磁场。而单相异步电动机在一般情况下，内部则是椭圆形磁场，仅在某一转速上满足条件时才是圆形磁场。一个内部是椭圆形磁场的电机是同样能工作的，只是它的性能要不及圆形磁场的好，对于一个椭圆形磁场，可看作是一个正序圆形磁场与一个负序圆形磁场共同作用下，当正序转矩大于负序转矩时便会向正向旋转，反之亦然。电容电动机是由定子上处于不同空间位置，并流着不同时间相位电流的主副绕组共同作用产生旋转磁场的，由这一旋转磁场作用就会使电机起动运行。对于仅有单绕组的单相异步电动机，定子上单层绕组所产生的是脉振磁势，分解所得到的是正、负序幅值相等的旋转磁势。如果定子是静止的，则短路的转子定子产生效应相等的反作用，与定子合成后会产生正、负序相等的磁场（磁密）。这样，电机在n=0时所产生的正、负序转矩便也相等。即Tf=Tb。电机的起动转矩Tst=Tf-Tb=0。这就是说单绕组异步电机没有起动转矩，为了起动就需要配置副绕组，使电机能在n=0的条件下由定子绕组建立起椭圆而不是脉振磁势。单绕组异步电机没有起动转矩，但是在转子起动以后，虽然定子仅有单绕组通电，电机却能产生驱动转矩，会使电机在单绕组下工作，这又是单绕组电机所独具的特点，因为当转子以某一转速旋转时，转子对顺它转向旋转的正序磁势间转差率较小，转子近乎开路，正序现在的阻抗值大，转子正序电流较小，经转子反作用合成的正序旋转磁场较大，磁密及反电势均较大，正序转矩值也较大，如图2-1中曲线所示：图2-1单绕组异步电动机的机械特性但是转子对逆序磁势来说则是短路的，要呈现出很强的去磁阻尼效应，这时逆序视在阻抗值较小，转子的逆序电流分量较大。由于转子的支持，合成的逆序磁场的幅值将很小，磁密、反电势等也均小，所产生的逆序转矩如图1-1中曲线2所示，也较小，正、负序转矩之差便是电机实际产生的转矩，如图1-1中曲线3所示，单绕组异步电动机的机械特性充分反映了这样一个性质，即电机没有起动转矩，但是如果能驱使转子转动，电机即可以在旋转方向产生驱动转矩，使它连续转动。依靠分相起动仅保留单绕组运行的异步电动机虽然电能指标不及电容电动机，但是结构却最简单，运行可靠，价钱便宜。适于将电机做得大些。2.2 绕组构及成原理 电机绕组要求对称，即各并联支路具有相同的电动势及阻抗。三相交流绕组要求各相相轴在空间互差120电角度，并有相同的有效匝数。以保正各相电动势对称（即大小相等、相位互差120电角度）。同时要求绕组感应电动势和产生磁动势的基波分量尽可能大，而谐波分量尽可能小。交流绕组有多种分类方法，按绕组布置分类，有集中绕组及分布绕组；按相带分类，有120、60、30相带绕组及混相绕组；按每极每相槽数q分类，有整数槽绕组及分数槽绕组（q为整数或分数）；按槽内线圈边层数分类，有单层绕组、双层绕组及单双层绕组；按线圈形状和端部连接方式分类，有叠绕组、波绕组以及同心式、链式、交叉式绕组。直流电枢绕组一般按绕组元件与换向片之间连接规律不同而分为叠绕组、波绕组和蛙绕组。绕组由多个按一定规律连接的线圈构成，每一线圈包括置于于槽中的有效部分及端接部分。若各相带的某些槽的线圈有规则地改属另一相，即为混相绕组。双层绕组每槽分上下两层放两个线圈边，双层绕组所有线圈的形状、几何尺寸相同，端部排列整齐，可选择有利节距以改善电动势和磁动势波形。2.3电机主要尺寸2.3.1利用系数 电机利用系数为电机有效部分单位体积、单位同步转速（或额定转速）的计算视在功率，即 （1-1）式中：交流电机定子内径或直流电机电枢直径； 交流电机定子铁心有效长度或直流电机电枢长度（m）; 交流电机同步转速或直流电机额定转速（r/min） 绕组系数； A 线负荷（A/m）; 气隙磁通密度（T） 视在功率 对交流电机 =mEIN(kVA) 式中 ：m定子相数； IN 额定相电流(A)； E满载定子绕组每相电动势（V）.忽略绕组阻抗压降，则E=； 电机的利用系数反映了材料的利用水平，随着电机冷却技术的发展，材料和工艺水平的改进，电机利用系数有提高的趋势。2.3.2电磁负荷 电磁负荷A、值决定了利用系数，直接影响电机的有效材料利用量，更为重要的是A、值与电机运行参数和性能密切相关。式中 W每相串联匝数； I电流（A） 每槽导体数；Z槽数；a绕组并联路数；气隙磁通密度式中 每极气隙面积（）绕组电流密度J及热负荷AJ直接影响电机绕组用铜量及绕组温升，热负荷表示定子（或电枢）圆周单位表面积上绕组电阻损耗，他们都是绕组设计的重要依据。电磁负荷选择要点； （1）电机输出功率一定时，提高电磁负荷可缩小电机体积和节省有效材料； （2）选择较高的，铁心损耗一般会增加，而绕组电阻损耗通常可降低； （3）选取较高的A或j，绕组电阻损耗将增加； （4）励磁电流标么值与/A成正比，故选择较高的或A，励磁电流要增大，对异步电机，功率因数将降低； （5）漏抗标么值与/A成反比，故较高或A较低时漏抗减小，电机起动转矩及过载能力提高，但起动电流及短路电流也增大； （6）直流电机的A过高，电抗电动势将增加，使换向性能恶化。2.3.3主要尺寸比 主要尺寸比 为交流电机的定子有效长度与极距之比，而对直流电机常指电枢长度与直径之比。当有效部分体积不变时， 值较大的电机较细长，反之较粗短。 值选择要点： （1）高速大型电机的转子直径受转子材料强度限制，其值较大，可达34； （2）转动惯量较小的电机，值较大； （3）在合理范围内适当选取较大的值，可以减少绕组端部用铜量及端盖等结构件的材料用量； （4）较大的电机，绕组端部铜损耗及漏抗较小，而槽部铜损耗及漏抗一般较大； （5）值过大时，通风冷却条件变坏，转子刚性可能较差，还会增加冲片冲剪、铁心叠压和嵌线的工时。对直流电机还会使其换向性能变坏。中小型交流电机的值一般为0.5-3。2.3.4 主要尺寸确定 主要尺寸指定子铁心外径、内径以及铁心长度。在已知电机的视在功率及转速情况下，可借助利用系数的经验值或通过适当地选择电磁负荷，由式（1-1）计算的分别求得主要尺寸与。参照定子内外径比的经验值可估算定子外径。对应于系列电机的每一机座中心高，根据合理利用机座径向空间及考虑硅钢片的合理套裁等要求，确定合理的定子冲片外径。设计时按估算值或直接按电机功率及转速，选定某一中心高的机座及与之相适应的外径。2.4电抗2.4.1 主电抗 与初、次级交链的基波互感主磁通在绕组中感应电动势，直接参与能量转换，与基波主磁场相对应的电抗称为主电抗。多相交流绕组的每相主电抗 式中：电机磁路总磁位降与气隙磁位降之比； 气隙磁导率。对异步电机，主电抗即为励磁电抗；对同步电机，主电抗为电枢反应电抗。为基准值的主电抗标么值 从上式可知，主电抗与成正比，而气隙长度增大，则主电抗减小。2.4.2 漏电抗 漏磁通是绕组产生总磁通的一部分，一般只与初、次级中一侧交链，不参与能量转换。它能在绕组中感应电动势，该电动势频率与产生该磁通的电流频率相同，通常用漏抗压降表示，因而每种漏抗都与某一部分漏磁通相对应，相应的有槽漏抗、端部漏抗、齿端漏抗。设计中常把某种与初、次级都交链的互感磁通也归入漏抗，如谐波漏抗。 槽漏抗由横向穿过槽壁的漏磁通引起； 端部漏抗由端部漏磁通引起，与绕组端部结构及尺寸有关，端部越长，和附近的磁性金属构件越靠近，则端部漏磁导愈大； 齿端漏抗是由齿端漏磁通引起，它是从一个齿顶出发，沿气隙到相邻的另一个齿顶的漏磁通，齿端漏抗随槽口宽度与气隙长度比值的增大而减小。对气隙较小的电机，如异步电机可忽略齿端漏抗。 谐波漏抗由气隙中高次谐波磁通引起。有时把谐波漏抗划分为齿谐波漏抗及相带谐波漏抗。2.5损耗与效率2.5.1绕组电阻损耗 它是电流流过绕组产生的损耗（铜耗），按我国标准规定绕组电阻应折算到与绕组绝缘等级相对应的基准工作温度。若电流通过电刷与集电环或换向器，则应包括电刷接触损耗。对直流电机，除电枢绕组的电阻损耗外，还应包括与之串联的换向极绕组及补偿绕组的电阻损耗。对带励磁绕组的同步电机或直流电机，应计入励磁绕组的电阻损耗。2.5.2基本铁损耗 基本铁损耗是铁心中主磁通交变引起磁滞及涡流损耗。计算时应分别计算定子或电枢铁心的齿、轭部铁损耗，然后相加。正常运行时，同步电机的磁极主磁通不变，异步电机转子的磁通变化频率也很低，基本铁耗均可忽略。2.5.3风摩损耗 风摩损耗包括风扇及通风系统的损耗，电机转子表面与冷却介质的摩擦损耗、轴承摩擦损耗、电刷摩擦损耗等。2.5.4 杂散损耗 杂散损耗包括表面损耗和脉振损耗。前者是由气隙谐波磁通相对与齿或磁极铁心表面移动而在其表面产生的涡流损耗；后者是该谐波磁通相对于齿移动，使进入齿中的谐波磁通脉动，因而在齿中产生的涡流及磁滞损耗。2.5.5效率效率由输出功率及在该功率下各种损耗总和求得 一般考核在额定输出功率下的额定效率，当电机运行在不变损耗和可变损耗相等的负载时，电机运行效率最高。2.6通风散热2.6.1电机冷却方式 电机冷却过程是把电机损耗产生的热量首先传递给一次冷却介质，已升高温度的一次冷却介质，由新的低温冷却介质不断替换，或者通过某种形式的冷却器由二次冷却介质加以冷却。常用冷却方式有：表面冷却、通风冷却、循环冷却、管道通风冷却等。2.6.2风扇 风扇常作为驱使冷却介质循环所需要的动力，它应能产生足够的压力以克服电机冷却通道中的压力降落，并输送足够的介质流量通过电机。常用的风扇有离心式和轴流式两种。2.6.3电机温升限值电机绝缘结构按其耐热性分为A、E、B、F、H五个等级，不同耐热等级的极限温度如下表2.6：表2.6耐热等级 AE B F H极限温度（） 105 120 130 155 180电机绕组温升限值基本上取决于其绝缘结构耐热等级及环境温度，同时与温度测量方法有关，常用的方法有电阻法、温度计法及埋置检温法。第3章 单相异步电机的磁势3.1 单绕组异步电动机的双旋转磁场分析当一台三相异步电动机在运行时，如果定子有一相线断开，例如图3-1中的开关K打开，若电动机轴上所带的负载不太大的话，则电机将继续运转，只不过此时的工作电流增大，电动机的温升提高，而且转速下降了，实际上这台电动机已经处于单运行了，此时，若切断电源，电动机将停止运转，若待转子停转后，如仍使开关处于断开状态，再次接通电源后，电动机就不能重新启动，由此在可看出三相异步电动机在作单相运行时，机械特性较“软”效率较低，起动转矩为零等，异步电动机在单、三相运行时，性能差异的根本原因就在于两者气隙磁场的性质是不同的。图3-1三相电机接线图3.2 脉振磁势的分解一个集中绕组通电后，在空间产生的是随时间脉振的矩形波磁势，分解后将有各奇次谐波分量存在，经适当设计绕组，便可消去高次谐波分量，仅余下基波分量。这样便是在空间以绕组轴线为对称成余弦分布，并随电流周期交变而脉振的磁势。假设t=0时，电流值为最大，则这个余弦分布的脉振磁势可写作：F=Fmcosxcost (式中，基波磁势幅值：Fm=0.9Kdp1N1I)这样一个在空间上不动，而幅值随时间脉振的波就是驻波，一个驻波可以看着是由两个幅值减半，方向相反的行波合成，即：F=F+F-就幅值上来看F+=F-=0.5Fm=0.5(0.9Kdp1N1I)随着时间的变化，任一时刻的脉振磁势都可以看着是由两个正序和负序旋转磁势所组成的，见图3-2图3-2脉振磁势的合成与分解脉振磁势的分解，实际上是反映着时间变量向空间向量的转化，其中每一个旋转磁势者具有磁势幅值恒定，转速是频率所确定的同步转速的性质，即为圆形旋转磁势。它们与转子间的作用关系将因与转子间有不同的转差率而不同。如以s代表正序磁势与转子间的转差率，则有 正序磁式的转差率 s=1-v 负序磁式的转差率2-s=1+v (式中v=n/n1转子的相对转速)每别把每个磁势对转子的作用计算出来以后，再予叠加起来，便是一个脉振磁势与转子相作用的结果。这就是相对单绕组电机的脉振磁势，采取双旋转磁势的分析方法。单绕组产生的脉振磁势下是一对应于绕组中电流I的，同样，分解出来的每一个圆形旋转磁势也要对应于绕组中的一个电流分量。分别叫作等效的正、负序电流分量I+、I-。则： F+=0.9Kdp1N1I+ F-=0.9Kdp1N1I-即每个圆形旋转磁势是由绕组中的一半电流所产生，并随时间变化正、负序磁势在空间向着相反方向旋转。3.3 椭圆形磁势设电动机的定子铁心上放有两套绕组M和A，在空间上，它们轴间的夹角为电角度，分别对时间t作正弦变化的交流电流m和a，且设时间上a导前m一个角。仍取电动机气隙圆周空间坐标直线x=0与相轴A重合。合成磁势幅值的失端点轨迹是一个长轴为f+和f-幅值之和，短轴为f+和f-幅值之差的椭圆。这就是所谓的椭圆磁势。如图3-3所示。图3-3正序磁势与转子作用的电路图解（a）转子开路（b）转子旋转（c）简化电路有时为了改善电机的性能，故意把电机设计成90；有时为了通用定子冲片，也会导致两相绕组相轴夹角90。在这些情况下，为获得圆形磁场，在相位上就必须考虑+=180这个条件了。总之，椭圆磁势可以分解为两个速率相等，转向相反而幅值不等的旋转磁势。当正、负序磁势大小相等时，就是脉振磁势，当负序磁势大于零时，就成了圆形磁势了。3.4 正、负序感应电势定子的正、负序磁势经与转子作用后要分别合成正、负序磁场、磁通。将在定、转子绕组上分别感应有电势，其效应就是迭加的，在电路上就是串联的。分析时是把多相鼠笼转子等效为具有主绕组匝数的对称两相转子。这样在定、转子绕组上将感应有相同的电势。图3-4脉振磁势的分解与合成现独立观察每个圆形磁势的作用，当转子开路时，所感应的电势如图3-4(a)所示对于图示规定的电势正方向，则有Ea=jI0Xa=Ua。实际转子为短路且旋转，转子对于正、负序磁势的效应，就表现为要以图3-4(b)所示电路影响着正序磁势。把励磁支路与转子支路合成后并有图3-4(c)所示两相正序（以及负序）的现在阻抗。这样正、负序感应电势可作： Ef=IfZf(2) Eb=IfZb(2) (式中Zf(2)、Zb(2)两相对称电机的正、负序视在阻抗)第4章 电容运转异步电动机的特点电容运转异电动机简称电容电动机，电容运转异步电动机的接线图如图4-1所示。图4-1单相电容起动异步电动机接线图它是在副相接以电容器与主相绕组并联于电网上的一种电动机，由于它的副绕组始终要通电。所以，它不需要起动继电器切除副回路。由于副绕组需长期运行，故副绕组与主绕组电密差不多，它的副绕组与电容器的选配，多是以工作时能有较好的性能指标为准则。副绕组串入电容器，考虑到长期工作的要求，应选用耐压较高的聚丙烯金属膜纸介电容器，容量较小，电容运转单相异步电动机的起动性能，如电容起动的单相电动机，它的起动转矩较低，起动电流也较大，电容电动机工作时，内部接迫害圆形磁场，因而效率与功率因数单绕组的异步电动机要高，且振动和噪音都比较低，因而房间空气调节器的电动机多数是用单相电容运转异步电动机，这种电动机不仅在起动时，而且在运行时也是一个两相电机，所以运行时在气隙中可以产生较强的旋转磁场，提高了它的运行性能，因而它的功率因数、效率、过载能力都比电阻起动和电容起动单相电机要好得多。电容电动机最大的优点是：只需单相电源供电即可，因此，被广泛应用于各式家电器。如小功率的驱动装置中，在仅有单相电源供电的偏远地区，像林业、矿山的牵引、运输等动力设备也多采用电容电动机，甚至一些大功率电机如风力发电机，也是采用单相异步电动机。根据负载性质的不同，电容电动机基本有以下两类1起动转矩要求不高，单向，连续运行这类负载如：风机、风扇、空调器、磨床等。它们的阻力主要来自风或外加的负载，这类负载的起动阻力矩较小，而起动后，它的阻力矩因风叶的性质随转速的二次方增大，如图1-1的曲线1，负载的斜率，会超过电机的机械特性在非稳定区的斜率，这样，便能稳定运行在异步电机的各种转速上，包括非稳定区间，应用于这类负载上的电机，可能把它的工件重点设计在输出最大功率处，即接近于最大转矩外，这种电机的转子要尽可能小，副绕组和电容的设计就在额定时出现圆形磁场，实现对称运行为准，以保证力能指标（、cos）高，噪声小，通用的驱动电动机，如DO2系列电机，就是具有这样性质的一类电机。2起动转矩要大，双向旋转，工作时间短这类负载如，洗衣机，小型提升绞车等。它们的特点是工作时间短，不是连续的，鉴于电机的工作时间短，故可以在适当降低力能指标的基础上，从设计上采取一些措施（如增大转子电阻等）提高起动转矩，为了实现正、反转，多使用主、副绕组具有相同匝数。单相电容运转异步电动机的定子具有主绕组和副绕组，它们的轴线的空间相位上相差90电角度，副绕组串联一个工作电容器C（容量比电容器小得多）后，与主绕组并接于电源。第5章 电容运转电动机电磁计算设计5.1 数据与技术要求 （1） 电压： UN=220V（2） 相数： m=2（3） 频率： f=50Hz（4） 极数： p=4（5） 输出功率： PN=250W（6） 效率： =0.61（7） 功率因数： cos=0.92（8） 起动转矩倍数： Tst=0.35N/M（9） 起动电流： Ist=5.0(10) 最大转矩倍数： Tm=1.7N/M(11) 绝缘等级： E级52重要尺寸及冲片（1） 定子外径： D1=11cm（2） 定子内径： Di1=6.7cm（3） 气隙： g=0.025cm（4） 转子外经： D2=6.65cm（5） 转子内经： Di2=0.17cm（6） 定子转子铁芯长： L1/L2=6.2/6.2(cm)（7） 定转子槽数： S1/S2=24/30（8） 定、转子槽形尺寸及图（单位：厘米）b01bs1bs2hs0hs1hs2hshc10.230.4940.77660.46231.7015b02br1br2hr0hr1hr2hrhc20.150.6730.27230.943 图3.1 定子槽形尺寸 图3.2转子槽形尺寸（9） 极 矩: =Di1/p=6.7/4=5.262 (cm)（10） 定子齿距: t1=Di1/Q1=6.7/24=0.877(cm)（11） 转子齿距: t2=D2/Q2=6.65/30=0.696(cm)（12） 定子齿宽：bT1=Di1+2(hs0+hs1)/Q1-bS1 =3.146.7+2(0.07+0.07)/24-0.49 =0.424(cm) （13） 转子齿宽：bT2=D2+2(hR0+hR1)/Q2-br1 =3.146.65-2(0.2+0.7)/30-0.34 =0.337(cm) （14） 定子齿部磁路计算长度： ht1=hs1+hs2+R/3=0.07+0.85+0.71/6=1.038 (cm)（15） 转子齿部磁路计算长度： ht2=hR1+hR2=0.07+0.975=1.045 (cm)（16） 定子轭部磁路计算高度： hc1=(D1-Di1)/2-hs+R/3=(11-6.7)/2-1.345+0.71/6=0.923 (cm)（17） 转子轭部磁路计算高度： hc2=(D2-Di2)/2-hR+Di2/4=(6.65-1.7)/2-1.06517/4=1.835 (cm)（18） 定子轭计算长度：Lc1=(D1-hc1)/2p=(11-0.923)/(24)=3.957(cm)（19） 转子轭计算长度：Lc2=(Di2+hc2)/2p=(1.7+1.835)/(24)=1.388(cm)（20） 定子槽有效面积： 槽面积Ss = （bs2 + bs1 ）/2 (hs h)+ R2 /2=0.63槽绝缘面积Si =ci （2hs+R）=0.074槽有效面积Se =Ss Si =0.556（21） 转子槽面积Sb =（bR1+bR2）hR2 /2+（bR1+b02）hR1 /2=0.254（22） 转子斜槽宽bsk = t1=0.877（23） 气隙系数定子转子5.3 主绕组设计1. 绕组形式：正弦绕组1跨槽ymi46百分比% 63.4 36.6平均跨槽：ym = /n=4.732. 绕组系数：Kdpm =0.91513. 粗选气隙磁密Bg=60004. 假设磁路饱和系数FTm=1.10计算极弧系数 i=0.6581波形系数 KB =1.1015. 每极磁通初值：=i Bg L1=0.65860005.2626.2= 128802 6. 总串联导线数初值：Zm =（ KEU150106）/( KBf 1Kdpm)=(0.922050106)/(1.10128802500.915)=15287. 每极串联匝数：Wpm =（amZm)/2p=(11528)/24=1918. 总串联导线数: Zm=（2pWpm）/am =(24191)/1 =15289. 每槽导线数1跨槽ymi百分比%每槽导线数Zmi463.4121636.67010. 定子主相电流初步估算值I1=PN/(U1cos) =250/(2200.610.92) =1.432(A)11. 主绕组线规(1) 取电流密度 m=8 (A/mm2)(2) 导线截面初值： Sm=I1/(a1m) =1.432/(18) =0.179 (mm2) 线规直径dm=0.45(mm), dm=0.47 (mm) 1 导线截面积 （mm）12. 线圈中心直径 =6.7+1.345+0.07+0.07=8.185（cm）13. 平均半匝长：Lm=L1+(Deym)/Q1=6.2+(8.751551.45)/24 =13.968 (cm)5.4主相参数计算1. 主相绕组电阻（75）R1m(