电机设计论文.pdf

本科生毕业设计任务书 （工科及部分理科专业适用） 题目：Y802-4 0.75 kW 三相鼠笼异步电动机的设计 题目来源：省部级以上市厅级横向自选 题目性质：理论研究应用与理论研究实际应用研究 学院： 信息工程系： 电气工程及其自动化 专业班级：电机与电器 051班 学生姓名：学号 起讫日期：2009.03.16 2009.06.09 指导教师：职称： 指导教师所在单位： 学院审核（签名）： 审核日期：2009.06.09 二 0 0 九年制 说明 1. 毕业设计任务书由指导教师填写，并经专业学科组审定，下达到 学生。 2. 进度表由学生填写，至少每两周交指导教师签署审查意见，并作 为毕业设计工作检查的主要依据。进度表中的周次是指实际的毕 业设计进程中的周次。 3. 学生根据指导教师下达的任务书独立完成开题报告，于3 周内提 交给指导教师批阅。 4. 本任务书在毕业设计完成后，与论文一起交指导教师，作为论文 评阅和毕业设计答辩的主要档案资料，是学士学位论文成册的主 要内容之一。 1 一、毕业设计的主要内容和基本要求 a) 原始数据 型号： Y 额定功率：0.75 N Pkw 额定电压：220 N UV 额定转速：1390 /min N nn 额定频率：Hzf N 50 b) 主要性能指标 效率：73% 功率因数：cos0.76 最大转矩倍数： 2.2 m N T T 倍 起动转矩倍数：2.2 st N T T 倍 起动电流倍数：6.5 st N I I 倍 c) 设计中选用的基值 电压基准值：220 N U为电动机额定相电压 功率基准值： N P =0.75KW 为电动机额定功率 电流基准值： kw I为电动机每相的功电流 1 1.13636 N kw N P IA mU 阻抗基准值： 2 2 13220 193.6 750 NN N kwN UmU Z IP 转矩基准值： N T为电动机额定转矩 0.75 955095505.15Nm 1390 N N N P T n d) 设计指标要求 效 率 ： 005.0 计 算 值 ，修 改 值 饱和系数：01. 0 T TT F FF FT 修改值，F 计算值， 满载电势标么值： 005.0 1 )1()1( L LL （1-l） 修改值， （1-L ）计算值 起动电流倍数：0.01 0.03 stst st II I IST 修改值， IST计算值 e) 电磁设计中若干参数的选择及经验数据 槽满率：sf=75% -80% 2 槽绝缘厚：采用聚脂薄膜和聚脂无纺布复合材料（DMD ，DMD+M和 DMDM ） H80H112 Ci=0.25(mm) H132H160 Ci=0.3（mm） H180H280 Ci=0.35（mm） 槽楔厚 h： 槽楔采用新型软槽楔和3240 环氧玻璃布压板，计算时厚度 h=2mm： 叠压系数： H80-H160 定子冲片不涂漆时=0.95 H180-H280 定子冲片涂漆时=0.92 冲剪余量： =5mm 转子斜槽：为一个定子齿距 定子绕组型式： H160 及以下全部采用单层软绕组； H180 及以上采用双层 迭绕组 硅钢片材料：采用D23 硅钢片， 导电材料：定子绕组采用QZ-2 型高强度聚脂漆包圆铜线； 转子铸铝，采用AL-1； 线径为 0.63-1.0(mm)时，漆膜双面厚度计算时取0.06mm; 线径为 1.0-1.6(mm)时，漆膜双面厚度计算时取0.08mm; 设计时杂散损耗假定值： f) 设计要求 复算原设计方案； 上机设计三个方案：在原复算方案的基础上节省材料； 在原复算方案的基础上提高性能； 在原复算方案的基础上既节省材料，又提高性能； 将最好的一个方案的全部设计步骤、计算过程写出来（要有文档、电子 版本及幻灯片）； 将三个方案进行比较，并用已学过的理论进行分析。 3 二、毕业设计图纸内容及张数 1、三相异步电动机总装备图1 张 2、定子冲片图1 张 3、转子轴承1 张 4、绕组联接图（只画一相）1 张 三、毕业设计应完成的软硬件的名称、内容及主要技术指标 （例如：软件、电路板、机电装置、新材料、新制剂、结构模型或其他） （1） 三相异步电动机手算设计程序，主要是根据电机的额定数据及主要 尺寸进行电机基本的磁路计算和参数计算及起动性能计算，要求计 算结果误差在允许范围内。 （2） 编制程序进行调试并在此基础上综合设计。 （3） 提出电动机的效率优化设计方案，采用程序进行优化。 （4） 绘制电机定子、转子冲片图，定子绕组图，转子装配图，电机总装 配图纸。 4 四、毕业设计进度计划 序号各阶段工作内容起讫日期实施地点 1 选择课题，查阅资料，撰写开题 报告 3.16 3.27图书馆 2 复算原设计方案，反复检查设计 中存在的问题 3.30 4.27信工楼 3 设计调试三个新方案4.30 5.8 4 AutoCAD 绘图 5.11 5.22 5 查整理资料，完成毕业论文5.25 6.8 6 毕业答辩6 .9 五、主要参考资料 1 徐德淦 . 电机学 M 机械工业粗办社，2004.7 三相异步电动机设计原理与实验沈阳工业大学电机系 季杏法 小型三相异步电动机技术手册机械工业出版社 戴文进 电机学 M航空工业出版社1995.9 陈世坤 电机设计 M机械工业出版社2000 电机设计与计算龙门联合书局程福秀译 中小型三相异步电动机电磁设计手算程序南昌大学电气自动化系 电机教研室 彭友元 电机绕组手册辽宁科学技术出版社 上海电器科学研究所中小型电机设计手册机械工业出版社 5 六、毕业设计进度表（本表至少每两周由学生填写一次，交指导教师签署审查意见） 第一、二周 （月日 至 月日） 学生主要工作： 指导教师审查意见： 签名：年月日 第三、四周 （月日 至 月日） 学生主要工作： 指导教师审查意见： 签名：年月日 第五、六周 （月日 至 月日） 学生主要工作： 指导教师审查意见： 签名：年月日 6 第七、八周 （月日 至 月日） 学生主要工作： 指导教师审查意见： 签名：年月日 第九、十周 （月日 至 月日） 学生主要工作： 指导教师审查意见： 签名：年月日 第十一周至毕业 设计工作结束 （月日 至 月日） 学生主要工作： 指导教师审查意见： 签名：年月日 7 七、其他（学生提交） 1开题报告 1 份 2外文资料译文1 份（2000 字以上，并附资料原文） 3论文 1 份（8000 字以上） 指 导 教 师： 学科组负责人： 学生开始执行 任 务 书 日 期 ： 学 生 姓 名 ： 送交毕业设计日期 ： 本科生毕业设计（论文）开题报告 题目：Y802-4 0.75 kW 三相鼠笼式异步电动机设计 学院：系 专业： 班级： 学号： 姓名： 指导教师： 填表日期：2009年3月27日 1 一、选题的依据及意义 现在社会中， 电能是使用最广泛的一种能源，在电能的生产、输送和使用等 方面，作为动力设备的电机是不可缺少的一部分。电机在国家经济建设，节约能 源、 环保和人民生中起着十分重要的作用。发电机主要用于移动电源、 风力发电、 小型发电设备中； 电动机在生产和交通运输中得到广泛使用，电动机主要用于驱 动水泵、风机、机床、压缩机、冶金、石化、纺织、食品、造纸、建筑、矿山等 机械产品上。随着科学技术的不断创新和工农业的迅猛发展，电气化与自动化水 平不断提高，国民经济各部门对异步电动机的需求量日益增加，对其性能，质量， 技术经济指标也相应地提出了越来越高的要求。因此，对异步电动机品种，必须 适时实地做出更新与发展， 以适应各个新兴工业领域不同的特殊要求，特别是对 需求量最大的中小型异步电动机，在保证其质量运行， 寿命长和能满足使用要求 的同时，进一步节约铜、铁等材料，提高效率和功率因数，以提高其经济技术指 标与降低耗电量，是具有十分重要的意义。 由于 Y系列异步电动机具有体积小，重量轻，运行可靠，结构坚固耐用，外 形美观等特点，具有较高的效率，有良好的节能效果，而且噪音低，寿命长，经 久耐用。作为普遍用于拖动各种机械的动力设备，其用电量在总的电网的总的负 荷中占有重要的一席。 Y系列共有两个基本系列、十六个派生系列、九百多个规 格， 能满足国民经济各部门的不同需要。 所以设计研究三相异步电动机意义重大。 国内外研究现状及发展趋势（含文献综述） 1、现状 国外公司注重新产品开发，在电机的安全、噪声、电磁兼容等方面很重视。 国外的先进水平主要体现在电机的可靠性高，寿命长，通用化程度高，电机效率 不断提高，噪声低，重量轻，电机外形美观，绝缘等级采用F 级和 H 级，而且 也考虑电机制造成本的降低等国内虽有部分产品已达90 年代初的国际水平，但 相当部分的产品可靠性差，重量重，体积大和噪声大，综合水平只相当于80 年 代初期国际水平， 其主要原因是制造工艺落后， 关键材料的质量和品种不能满足 要求，科研和设计工作没有跟上，科研投入少，新产品开发资金匮乏，企业技术 创新能力较弱 2、电机行业发展趋势 1）企业在改造中求发展 企业要自己选准位置，立足生求，真抓实干，稳步发展。我国中小电机生产 销售受各种因素的影响， 变化幅度比较大， 企业要看准改革市场，并重点地去占 领他，发挥企业自身的优势， 例如，目前的稀土永磁电机， 大量用于风机、 水泵、 2 机床、压缩机、 城市交通及工矿电动车辆等变频调速装置，预测会有较大的发展 前途。 2）发展派生、专用系列电机 我们要开拓多用途、 多品种派生和符合国外先进标准的电机产品。随着社会 的不断前进，科技水平的不断提高， 电机行业的不断发展， 市场需求会不断变化， 电机产品的外延和内涵也不断拓展，电机产品配套面广，它广泛地应用于能源、 交通、石油、化工、冶金、矿山、建筑等各个领域，并且电机的通用性逐步向专 用性方面发展， 打破了过去同一类电机同时用于不性质、不同场合的局面。电机 产品正向着专业性、 特殊性、 个性化方面发展，这也是国外企业发展的最新观点 与动向。 3）电机要高效、节能 我国中小型电机作为各种机械设备的动力源，其耗电总量已占全国发电量的 70%左右。因此，发展中国高效电机，推广节能产品，是响应国家节能政策、实 现节能降耗的重要举措。 在产品开发中， 以前的科学院所、 企业在产品设计采用了许多办法，如采用 降低起动力矩、 电容补偿、 阻尼槽方法来节约电能，但这些都是在频率不变的条 件下来实现的。 自从有了逆变器后， 电源的变频变压变的更加容易，从而可以调 节异步电机在最佳工作点上运行，保证出力不变的情况下， 可用最大效率和功率 因数代替额定效率和额定功率因数，减小了电机尺寸， 减轻了电机重量，降低了 成本，提高了企业经济效益和社会效益。 4) 机电一体化、智能化 随着科学技术的发展， 机电一体化技术得到长足发展，同时，各种高新技术 也为电机产品注入了新的活力， 制造工艺和管理信息化技术通过微电子、计算机、 网络技术的应用， 国家政策的鼓励、 各企业对科技的重视，使新产品开发的周期 逐渐缩短，机电一体化、 智能化电机（如交流变频调速电机是一种无级调速传动 系统）应运而生，调速制造、虚拟制造等先进制造技术推广应用。我国的电机的 技术性能水平与发达国家的水平相当。 2、发展趋势 随着国家宏观经济的调整以及市场需求的推动，二十世纪中小型电机的品种 将得到更大的发展， 尤其是对于发展高效率电机、 高品位的出口电机和机电一体 化的交流变频电机将会给予特别的重视，而一些新颖的电机， 如永磁电机、无刷 直流电机、开关磁阻电机等，将进一步完善。同时，随着CAD 技术、数控机床、 专用加工设备、冷轧矽钢片、F级、H级绝缘材料等新技术、新材料的推广，电 3 机行业的生产方式也将出现新的重大的变化。电机的技术发展动向是向小型化、 薄型化、轻量化、无刷化、智能化、静音化、高效化、节能化、环保化、可靠化、 精密化、组合化，电机采用新型磁性、导电、绝缘材料。 二、本课题研究内容 本课题主要是研究设计Y802-4 三相鼠笼式异步电动机 - 设计计算 . 首先 根据给定的功率， 功率因数， 相数，频率及额定相电压确定异步发电机的主要规 格。 本课题的主要计算过程如下： 1. 额定数据及主要尺寸计算 2. 磁路计算 3. 参数计算 4. 起动计算 根据 Y802-4 三相鼠笼式异步电动机各性能指标：效率，功率因数 cos ， 最大转矩倍数 N T Tmax ， 起动转矩倍数 N ST T T ， 起动电流倍数 N ST I I 计算出各个参数。 三、本课题研究方案 本课题的研究方案是根据设计任务书并结合所选机型的各参数指标进行复 算，通过方案比较，确定电机电磁性能有关的尺寸和数据，选定材料，并核算其 电磁性能。最终算计出符合国家有关标准和技术要求的电机参数； 利用计算机进行辅助设计，提高功率因数，提高效率，提高电动机的工作 能，节省制造材料。 四、研究目标、主要特色及工作进度 1. 研究目标：在原复算方案的基础上既节省材料，又提高性能；将不同方 案进行比较，以求得最佳结果。 2、主要特色 进行发电机的电磁设计时， 先釆用手算的方法， 使各项性能指标都满足。后 釆用计算机编程的方法进行计算，得出最优方案。 3、工作进度 起讫日期工作内容备注 第一周第三周毕业实习 第四周第五周论文的开题报告 4 第六周第九周复算电机的各种参数 第十周第十二周上机设计三个优化方案 第十二周第十三周用 Autocad 制图 第十四周第十五周写毕业论文 第十五周第十六周论文答辩 六、参考文献 1 陈世坤 电机设计 M 机械工业出版社 2000 2 李发海 电机学 M 科学出版社 1995 3 三相异步电动机设计、原理与试验沈阳机电学院 3 张跃峰 AUTOCAD2004 入门与提高清华大学出版社 目 录 摘要. I ABSTRACT . II 前言. 1 第 1 章 概 述. 2 1.1 我国电机制造工业发展近况与发展趋势 . 2 1.2 电机的分类 . 2 1.3 三相异步电动机的结构和用途 . 3 1.3.1 异步电动机结构 . 3 1.3.2 异步电动机用途 . 4 1.4 三相异步电动机的基本工作原理和运行特性 . 5 1.4.1 基本工作原理 . 5 1.4.2 三相异步电动机的工作特性. 5 1.5 三相异步电动机的起动与调速. 6 1.5.1 三相异步电动机的起动 . 6 1.5.2 三相异步电动机的调速 . 7 1.6感应电动机的主要性能指标和额定参数 . 8 1.7 电机节能 . 8 第 2 章 三相鼠笼式异步电动机的设计方法. 10 2.1 电磁负荷的选择与匹配 . 10 2.1.1 电磁负荷对电机性能和经济性的影响. 10 2.1.2 电磁负荷的选择 . 10 2.1.3 电荷负荷的匹配 . 11 2.2 主要尺寸、气隙长度的选取及绕组型式的选择. 11 2.2.1 主要尺寸的选择 . 11 2.2.2 气隙长度的选取及确定. 12 2.2.3 铁心尺寸 . 12 2.2.4 定子绕组形式和节距的选择. 13 2.3 笼型转子的尺寸设计 . 14 2.3.1 转子槽数选择及定转子槽配合问题. 14 2.3.2 转子槽形的选择和槽形尺寸的确定. 15 第 3 章 三相鼠笼式电动机电磁设计与方案调整. 17 3.1 鼠笼式电动机电磁方案的设计 . 17 3.2 电机调整方案 . 37 3.3 方案结果分析 . 40 3.4 提高电机工作性能的一些措施. 41 第 4 章 计算机辅助工具在电机设计的应用. 43 结束语 . 45 致谢. 错误！未定义书签。 参考文献 . 45 I Y802-4 0.75 kW三相鼠笼式异步电动机设计 摘要 本文介绍了 Y 系列三相鼠笼异步电动机的设计方法, 文章首先从异步电机的 基本理论及工作特性着手，简单介绍了异步电机的发展近况、基本特性、类型、 结构、用途、技术指标、工作原理及运行特性等，为电机设计的做好必要的理论 准备。电机设计是个复杂的过程， 因此需要考虑的因素、 确定的尺寸和数据很多。 同时本文也详细阐述了三相鼠笼异步电动机的设计改进调整方案，以及计算机辅 助工具的应用，这给电机设计和优化带来了新的契机。 关键词 : 三相异步电动机；设计；电磁路参数；工作性能；优化方案 II Y802-4 0.75KW Three-phase Squirrel-cage Induction Motor Design Abstract In this paper, Y series three-phase squirrel-cage induction motor design method, the article first of all, from the basic theory of induction motor characteristics and the work to proceed, briefly introduced the latest development of the induction motor, the basic characteristics, type, structure, purpose, technical indicators, the working principle and operation characteristics, designed for the motor to make the necessary preparations for the theory .Electrical design is a complex process and therefore need to take into consideration to determine a lot of size and data. At the same time, this article also detailed three-phase squirrel-cage induction motor to improve the design of adjustment programs, as well as the application of computer-aided tools, this motor design and optimization to bring a new opportunity. Keyword: Three-phase asynchronous motor; design; electromagnetic parameters; performance; optimization program 1 前言 现在社会中， 电能是使用最广泛的一种能源，在电能的生产、输送和使用等 方面，作为动力设备的电机是不可缺少的一部分。中小型电机行业是机械工业的 重要组成部分，在国民经济中起着举足轻重的作用。发电机主要用于移动电源、 风力发电、小型发电设备中；三相异步电动机在生产和交通运输中得到广泛使用， 例如，在工业方面，它被广泛用于拖动各种机床。水泵、压缩机、搅拌机、起重 机械等。在农业方面， 他被广泛用于拖动排灌机械、脱粒机及各种农产品的加工 机械。在家用电器和医疗器械和国防设施中，异步电动机也应用十分广泛，作为 拖动各种机械的动力设备。 随着科学技术的不断创新和工农业的迅猛发展，电气 化与自动化水平不断提高， 国民经济各部门对异步三相异步电动机的需求量日益 增加，对其性能，质量，技术经济指标也相应地提出了越来越高的要求。因此， 对三相异步电动机性能提出了许多新的更新的要求，必须适时实地做出更新与发 展，以适应各个新兴工业领域不同的特殊要求，特别是对需求量最大的中小型三 相异步电动机， 在保证其质量运行， 寿命长和能满足使用要求的同时，进一步节 约铜、铁等材料，提高效率和功率因数，以提高其经济技术指标与降低耗电。三 相异步电动机已有近 20年多年的研制开发、设计和生产史。尤其近些年来, 随着 研制开发技术的不断创新、迅速发展和完善，如集成化技术、智能化技术、网络 化技术、虚拟技术等，设计出“更快、更精、更净”的产品。 2 第 1 章 概 述 1.1我国电机制造工业发展近况与发展趋势 电动机制造是我国机械工业中较大的行业之一，它既是关系到各行各业自动 化的重要基础产品，又是与人类生活密切相关的面广量大、 品种繁多的通用产品。 电动机是把电能转变为机械能的主要执行部件，国内60% 70% 的发电量被电机所 消耗。因此，电机产品的品种、数量和质量各种性能水平的提高和发展，都会直 接影响国民经济各部门成套设备的发展水平。 20世纪40年代以前，我国电机制造工业极端落后。 50年代以仿制国外产品为 主，60年代起走上自行设计的道路。 在此之前只能生产一般中小型电机，而且批 量小，品种单一。 我国所生产的电动机大多是六十年代发展的产品, 部分是七、八十年代引进 的国外移植产品 , 与国外同行业相比 , 其技术水平、产品质量、结构工艺、制造 能力、自动化程度等均偏低, 仍有不小的差距。 解放五十多年来， 国内的电机制造业通过广大工程技术人员的不懈努力，在 非常落后的基础上逐步建立起较为完整的电机制造工业体系，无论是在发展品 种、提高产品质量方面，还是在数量方面，都取得了世人瞩目的成绩，为工业的 发展和人民生活水平的提高做出了巨大的贡献。我国已能独立自主地生产各种中 小型电机，国内产品已经发展到100 多个系列， 500多个品种，年生产能力达到 5500万kW 以上 ，基本上满足了社会各个方面对电机产品的需求。 随着电机理论的不断完善， 高新技术的快速发展， 可以预言：未来的电机产 品将朝着高性能化、智能化、微型化和网络化的方向发展。 1.2 电机的分类 电机是以磁场为媒介进行电能与机械能相互转换的电力机械。电机在国民经 济各个领域得到广泛应用。 需要的电机的种类各不相同，性能各异。 电机的分类 方法也用很多，故电机的种类也有很多。 1）按工作电源分类：根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交 流电动机。 2）按结构及工作原理分类：根据电动机按结构及工作原理的不同，可分为 直流电动机，异步电动机和同步电动机。 直流电动机按结构及工作原理可分为无 刷直流电动机和有刷直流电动机。 3 3) 按转子的结构分类：根据电动机按转子的结构不同，可分为笼型感应电 动机和绕线转子感应电动机。 4) 按用途分类：可分为驱动用电动机和控制用电动机。 我国目前生产的三相异步电动机月100 个系列额， 500 多个品种， 500 多个 规格。按电机尺寸分成大、中、小型。 大型：中心高 H 0.63m, 定子铁心外径 i D 1m, 功率范围在 400KW 以上， 电压为 300 V 和 600 V。 中型：中心高 H =(0.355 0.63)m, 定子铁心外径 i D = （0.5 1.0 ）m, 功率范围在（ 451250）KW 以上，电压为 380 V 和 3000 V 和 6000 V。 小型：中心高 H =(0.08 0.315)m, 定子铁心外径 i D =（0.12 0.5 ）m, 功率范围在（ 0.55132）KW 以上，电压为 380 V。Y（IP44）系列的中心高 H =(0.08 0.28)m, 定子铁心外径 i D = （0.12 0.445 ）m ，共 11个机座，功 率范围为（ 0.55 90）KW ，电压 380V 。 1.3 三相异步电动机的结构和用途 1.3.1 异步电动机结构 （1）固定部分有定子绕组、定子铁心、机壳、端盖、风罩。 定子绕组是电动机的电路部分，通入三相交流电产生旋转磁场的绕组。由三 个在空间互隔 120电角度、队称排列的结构完全相同绕组连接而成，这些绕组 的各个线圈按一定规律分别嵌放在定子各槽内。定子铁心是电机磁路的一部分， 并在其上放置定子绕组。通常是用轧成厚0.5 或 0.35 毫米的硅钢片叠成的（如 图 1） 。机壳是用来支撑定子铁心和电动机端盖。端盖是用来支撑电动机的转动 部分（一般指转子）。风罩保护风叶同时又起到通风的风路作用。 图 1 定子铁心 4 （2）转动部分有转子铁心、转子鼠笼、转轴、起动开关、轴承、风叶。 转子铁心是整个电动机磁路的一部分， 一般使用硅钢片 DR510-50 ， DR280-35 。 转子鼠笼起转子绕组的作用转子的导条均由鼠笼的端环所短路，形成一个多相 的电路（如图 2） 。鼠笼的材料一般采用高纯铝L01L05。转轴是作为支撑转子 铁心和传递力矩最不可缺少的结构部分。轴承主要是连接转动部分与不动部分。 风叶主要是冷却电动机。 图 2 鼠笼转子 （3）其他部分有出线盒、铭牌、起动或工作电容器。 （4）三相异步电动机的总结构图 图 3 封闭式三相笼型异步电动机结构图 1轴承； 2前端盖； 3转轴； 4接线盒； 5吊环； 6定子铁心； 7 转子； 8定子绕组； 9机座； 10后端盖； 11风罩； 12风扇 1.3.2 异步电动机用途 对于小型异步电动机来说， 用途是十分广泛的， 常作为各类机械中的主要动 力元件。 Y系列小型异步电动机根据需要，既可以用于正常的工作环境，又可在 潮湿、多尘、湿热、多霉和日晒雨淋、严寒酷暑，冲击波动，有爆炸危险和腐蚀 性环境中使用，既可恒速传动，又可变速传动。这类电机既可连续工作，有可断 续工作。因此广泛用于各种机床，风机，水泵，压缩机和传输机，农业食品加工 5 等各类机械设备。 1.4 三相异步电动机的基本工作原理和运行特性 1.4.1 基本工作原理 电动机的工作原理是建立在电磁感应定律、全 电流定律、电路定律和电磁力定律等基础上的。如 右图 4 是三相交流异步电动机转子转动的原理图 ( 图中只示出两根导条)，当磁极沿顺时针方向旋 转，磁极的磁力线切割转子导条，导条中就感应出 电动势。电动势的方向由右手定则来确定。因为运 动是相对的， 假如磁极不动， 转子导 条 沿逆时针 方向旋转，则导条中同样也能感应出电动势来。在 电动势的作用下，闭合的导条中就产生电流。 该电流与旋转磁极的磁场相互作用， 而使转子导条受到电磁力F，电磁力的方向可用左手定则确定。由电磁力进而产 生电磁转矩，转子就转动起来。 异步电动机的工作原理用箭头式子可以简单的表 示如下： 定子绕组通入三相交流电流产生旋转磁场切割转子绕组转子绕组 产生感应电势转子中产生感应电流转子电流与磁场作用产生电磁转矩 运行。 1.4.2 三相异步电动机的工作特性 异步电动机的工作特性是指在额定电压及额定频率下，电动机的主要物理量 转差率，转矩电流，效率，功率因数等随输出功率变化的关系曲线。 1 转差率特性 通常把同步转速 n1和电动机转子转速n二者之差与同步转速n1的比值叫做 转差率，用 s 表示。关于转差率的定义如下：当电机的定子绕组接电源时，站在 定子边看，如果气隙旋转磁通密度与转子的转向一致，则转差率 s 为： 1 1 n nn s； 如果两者转向相反，则： 1 1 n nn s。式中的 n1、n 都理解为转速的绝对值s 是 一个没有单位的数，它的大小能反映电动机转子的转速。随着负载功率的增加， 转子电流增大，故转差率随输出功率增大而增大。 图4 6 2 转矩特性 异步电动机的输出转矩：转速的变换范围很小，从空载到满载，转速略有下 降，转矩曲线为一个上翘的曲线（近似直线）。 3 电流特性 空载时电流很小，随着负载电流增大，电机的输入电流增大。 4 效率特性 其中铜耗随着负载的变化而变化（与负载电流的平方正比）；铁耗和机械损 耗近似不变；效率曲线有最大值， 可变损耗等于不变损耗时， 电机达到最大效率。 异步电动机额定效率载74-94% 之间；最大效率发生在 (0.7-1.0)倍额定效率处。 5 功率因数特性 空载时，定子电流基本上用来产生主磁通，有功功率很小，功率因数也很低； 随着负载电流增大， 输入电流中的有功分量也增大，功率因数逐渐升高；在额定 功率附近，功率因数达到最大值。 如果负载继续增大， 则导致转子漏电抗增大 （漏 电抗与频率正比），从而引起功率因数下降。 1.5 三相异步电动机的起动与调速 1.5.1 三相异步电动机的起动 （1）直接起动 直接起动是用闸刀开关或接触器把电机的定子绕组直接接到具有额定电压的 电源上。是一种最简单而应用广泛的起动方法。 1）优点：无需附加起动设备，操作方便； 2)缺点：起动电流大，起动转矩小，须足够大的电源； 3)适用条件：小容量电动机带轻载的情况起动。 （2）降压起动 用降低电机端电压的方法限制制动起动电流，待电机转速接近正常转速后， 再将端电压升高到额定电压。如果电源容量不够大，可采用降压起动。即起动 时，降低加在电动机定子绕组电压，起动时电压小于额定电压，待电动机转速上 升到一定数值后，再使电动机承受额定电压，可限制起动电流。 1) Y- 降压起动 2) 自耦变压器降压起动 3) 电阻降压或电抗降压起动 7 4) 延边三角形降压起动 （3）软起动 软起动就是在电动机( 鼠笼式 ) 定子回路串入有限流作用的电力器件来实 现电机的起动。 通过这种方法降低起动电流。 软起动是采用软件控制方式来平滑 起动电动机，一方面在控制方式上以软件控制强电，另一方面在控制结果上将电 动机的起动特性由“硬”平滑变为“软”。软起动过程中产生高次谐波，对周边 环境要求比较高， 同时起动设备投资非常大； 但它起动时无冲击电流，可保持平 滑起动，并且可根据负载情况实现自由无级的起动。软起动方式：1液阻式软 起动 2磁控式软起动 3智能式软起动。 1.5.2 三相异步电动机的调速 三相异步电动机转速公式为：s p f n1 60 1 从上式可见，改变供电频率f 、电动机的极对数p 及转差率 s 均可太到改变 转速的目的。异步电动机的调速主要有三种方法. 1、变极调速 1 1 60 f n p ，异步电动机正常运行时，转子转速n 略低于 1 n ，所以，一旦 p 改变， 1 n 改变， n 也随着改变。 1）YYY 变极调速属于恒转矩调速方式 2）YY变极调速属于恒功率调速方式 2、变频调速 异步电动机的转速：s p f n1 60 1 。当转差率 S变化不大时， n 近似正 比于频率 1 f ，可见改变电源频率就可改变异步电动机的转速。常用的异步电 动机变频调速控制方式通常有两种，即恒转矩变频调速和恒功率变频调速。 （1）恒转矩变频调速。 电机变频调速前后额定电磁转矩相等，即恒转 矩调速时，有 TeNTeN TT ， 。 （2） 恒功率变频调速。电机变频调速前后它的电磁功率相等，即 1 1TemTemem TTP。 8 3、转子回路串电阻调速 转子串入附加电阻，使电动机的转差率加大，电动机在较低的转速下运行。 串入的电阻越大，电动机的转速越低。此方法设备简单，控制方便，但转差功率 以发热的形式消耗在电阻上。属有级调速，机械特性较软。 串电 阻 前 后 保 持 转 子电 流 不 变 ， 则 有 ： 22 N RRR SS ， 22 coscos N 电磁转矩为： 22 cos emMm TCI，保持不变，即属于恒转矩调速。 1.6 感应电动机的主要性能指标和额定参数 感应电动机的主要性能指标、基准值和额定参数。 性能指标基准值额定参数与标么值 额定功率电压基准值：额定相电UN效率 额定电压电流基准值：每相功电流IKW 功率因数 额定频率功率基准值：额定功率PN 最大转矩倍数 额定转速阻抗基准值：ZKW=UN /IKW 起动转矩倍数 转矩基准值：额定转矩TN 起动过程中的最小转矩 绕组和铁心温升 起动电流倍数 1.7 电机节能 电动机广泛应用于工业、 商业、公用设施和家用电器等各个领域， 作为风机、 水泵、压缩机、 机床等各种设备的动力。中小型三相异步电动机是电力机械的最 主要的原动机。目前中国电动机消耗的电量约占全国用电量的60，而中小型 电动机占到全国电动机功率的75，若把中小型电动机的效率平均提高一个百 分点，一年可节电20 多亿 kWh 。由此可见，电动机的节能潜力巨大，提高中小 型电动机的能源效率是工业终端设备节能的一个重要方面。一般采取的节能措施 如下： 1、选用节能电动机 Y系列三相异步电动机是全国统一设计的新系列小型鼠笼转子电动机。Y系 列电动机效率较高，全系列加权平均效率为88.27%，比 J02 系列高 0.41%,起动 转矩比 J02 系列平均提高30% ，因此有利于用户既满足对起动转矩要求高而又 9 可选用容量较小的电动机。这有利于提高节电效果。 2、合理选择电动机容 一般电动机负载的系数在0.5-1 范围内为高效区。电动机容量要根据生产机 械需要的功率来决定。但实际中往往会出现“大马拉小车”的现象，由于容量选 择不合理，使电动机经常处于轻载状态，致使功率因数降低，增加线路损耗。所 以要根据不同负载合理选择电动机。 3、异步电动机采取调速节电 目前，风机与泵类设备常用调节阀门或挡板开启度的方法来调节流量，电能 浪费很大。而用电动机调速来调节流量，可使风机、泵长期在高效率状态运行， 节电可达 30%-60%a 。表1列出异步电动机几种常用的调速方式及特点。在工农业 生产中可根据电机、场地、 调速要求等情况选择调速方案。对于不同的负载类型 选用不同类型的电动机，可以获得良好的节电效果。 (1) 可变转矩型异步电动机。其最大转矩和额定转矩都和转速成正比，故低 速时最大转矩和额定转矩都只有高速时的一半( 倍极比电动机 )， 而额定功率只有 高速额定功率的 1/4 。这类电动机适合泵、风机使用，因它的特性基本上与负载 特性配合。接线方式是低速时为串联Y,高速时为并联 Y。 (2) 恒转矩型异步电动机。其最大转矩和额定转矩近似地保持不变，额定功 率正比于转速。这类电动机适合传送带、 压缩机和机床进给机构使用接线方式是: 低速时为串联 0, 高速时为并联 Y (3) 恒功率型异步电动机。其最大转矩和额定转矩反比于转速。这类电动机 适合于金属切削机床、 卷扬机等。接线方式是 : 低速时为并联 Y,高速时为串联。 10 第 2 章 三相鼠笼式异步电动机的设计方法 2.1 电磁负荷的选择与匹配 2.1.1 电磁负荷对电机性能和经济性的影响 由于正常电机中系数 / p、NM K、 与 dp K实际上变化不大， 因此在计算功率 / P 与转速 n一定时，电机的主要尺寸决定于电磁负荷A、B。电磁负荷越高，电 机尺寸将越小，重量越轻，成本也越低。这就是在一般可能情况下，一般希望选 取较高电磁负荷和B的原因。但电磁负荷选取与众多因素有关，不但影响电机 有效材料的耗用量，而且对电机参数、起动和运行性能、可靠性都有重要影响。 （1） 线负荷 A较高，气隙磁密B不变 1电机体积和尺寸的减小，可节约钢铁材料 2B一定时，由于铁心重量减小，铁耗随之减小 3绕组用铜量增加 4增大了电枢单位表面上铜耗，绕组温升增高 5影响电机参数和电机特性 （2）气隙磁密B高，线负荷 A不变 1电机体积和尺寸的减小，可节约钢铁材料 2电枢基本铁耗增大 3气隙磁位降和磁路饱和程度增大 4影响电机参数和电机特性 2.1.2 电磁负荷的选择 电磁负荷与预防护等级、 冷却方式、转子结构、绝缘等级及电压有直接关系。 决定电磁负荷时。 对于小型电机而言， 各种产品之间磁密的波动范围不大。只是 对于断续运行电机或者最大转矩要求高、功率数允许略低的产品， 磁密可以略高。 11 但电密及热负荷 AJ1 波动较大。当磁