空调用三相异步电动机的设计研究毕业设计.doc

河南理工大学毕业设计（论文）说明书空调用三相异步电动机的设计研究毕业设计 录1 绪论11.1 空调器的工作原理和发展趋势11.1.1 空调的工作原理11.1.2 空调电机的种类及特点21.2 课题来源及主要研究内容31.2.1 课题来源31.2.2 本课题主要研究内容42 三相异步电动机的工作原理52.1 概述52.2 三相异步电机的结构52.3 三相异步电机的工作原理62.4 三相异步电机的磁动势和磁场72.4.1单相绕组的磁动势72.4.2三相绕组的磁动势82.5 三相异步电动机的等效电路102.6 三相异步电动机的工作特性112.5.1 电流特性122.5.2 电流特性122.5.3 转矩特性122.5.4 功率因数特性122.5.5 效率特性133 三相鼠笼式异步电动机的设计方法143.1 电磁负荷的选择和匹配143.2电机的主要尺寸153.2.1 定子内外径和有效长度153.2.2 主要尺寸比163.2.3 气隙163.2.4 转子外径173.2.5 转子内径173.3定转子槽数的选择和槽配合173.3.1 定子槽数的选择173.3.2转子槽数选择和槽配合173.3.3槽斜率183.4定转子冲片槽形193.4.1 定转子冲片槽形选择的要点193.4.2 定子槽形尺寸设计193.4.3转子槽形尺寸设计203.5端环的设计213.6定子绕线方式214 三相鼠笼式异步电动机的电磁计算244.1 额定数据和主要尺寸244.2 电磁计算294.3 参数计算324.4 性能计算374.5 起动计算395用magnet软件仿真电机主要特性435.1 magnet软件简介435.2 magnet仿真结果435.2.1 空载运行特性曲线435.2.2 半载运行特性曲线455.3 仿真结果分析46结束语48致 谢49参考文献501 绪论1.1 空调器的工作原理和发展趋势1.1.1 空调的工作原理一般空调电路系统的作用是控制空调器正常运行和多功能的运行、保护压缩机和风扇电动机正常运行。组成部件主要有：温度控制器、热保护器和主控开关与压缩机的运转电容、风扇电动机的运转电容器等被固定在控制盒内。（1）温度控制器温度控制器是属于一种对空调房间的温度进行控制的电开关设备。温度控制器所控制的空调房间内的温度一般在1828之间。目前，一般空调器常用的温度控制器是以压力作用原理来推动触点的通与断的功能。如波纹管控制器，其结构由波纹管、感温包、偏心轮、微动开关等组成一个密封的感应系统和一个传送信号动力的系统。复合式温度控制器有主开关和辅助开关。两者由共同的刻度旋钮来控制。当把刻度旋钮从停止位置旋转时，马上将送风系统的风机开关接通，随后将刻度盘位置旋至所需的设定位置。控制器的主开关由毛细管和波纹管中气体压力的变化而带动连杆来操纵开关，从此来控制压缩机的工作。（2）主控开关主控开关的功能是接通风机、压缩机的电源开关。它有多对触头，接通风机电路时，可以使风机在“高速” 、“中速” 、“低速”时运转。接通压缩机电路时，必定同时接通风机电路，否则空调器会发生故障。在压缩机进行制冷工作时，通过风机转速的转变，可调节空调器供冷量。风机高速运转时，空调制冷量最大，即“高冷” ；风机低速运行时，空调器制冷量最小，即“低冷” 。可以根据不同的要求，选择不同的档位。空调器压缩机所使用的热保护器，使用时都要将热保护器通过弹簧卡子将热保护器贴紧在压缩机的外壳上，以更好的感受到压缩机的温升，起到过热保护的作用。只是空调的热保护器的断开电流及断开温度都比电冰箱使用的热保护器高，故两者不能混用。空调技术的迅速发展，已从单一的制冷、制热功能，发展到能满足人类生产、工艺、生活上多方面的要求。在能源日益紧张的当今世界，减少空调器和空调设备的能量消耗已经刻不容缓。取得节能方面的技术优势的空调制造公司，其产品销量就会因此大增。所以近年来研制出了多种新型节能空调器。空调器的节能方法主要是减少压缩机的输入功率，在耗电一定的条件下尽量获取更多的制冷量。1.1.2 空调电机的种类及特点空调器的驱动电机有压缩机、风扇电机（轴流风机和贯流风机）、摆动送风叶片（步进电机和同步电机）等部件电机驱动。多是异步电动机，包括单相异步电动机和三相异步电动机。随着技术的革新和能源、环境对空调提出的新要求，出现了好多可以实现变频调速的空调用异步机。（1）单相异步电动机：空调器用单相压缩机有两个绕组，即启动绕组与运行绕组（主绕组），三个接线头，其中C为公共端，S为启动端，R为运行端，一般采用电容运行式（PSC）驱动，实行定速控制。单相异步电机从启动到正常运行过程中，副绕组电路始终都串接一只电容，这样电器运行性能好，效率与功率因数高，工作可靠。（2）三相异步电机：三相异步电动机的结构与单相异步电动机类似，不同的是三相电机定子由3组完全对称的绕组组成，这三个绕组嵌在定子铁芯槽中，而且在空间分布上彼此相位角相差120电度角。3个绕组可接成Y形，亦可接成形，当定子绕组中通入三相对称电流时，就会在定子、转子间的气隙产生旋转磁场，使转子因电磁感应而产生电磁转矩。三相异步电动机结构简单，性能优良，转矩、效率与功率因数都较单相异步电动机高，所以功率较大的空调器，如柜式空调器压缩机多采用三相异步电机。与单相异步电动机更不同的是，三相异步电动机不需要启动和运行电容就能自动形成旋转磁场，其Y形和形接线原理如图1-1所示。图 1-1 Y形和形接线（3）变频电动机：根据异步电动机的转速公式，只要改变异步电机的电源频率，就可以获得不同的电机转速。变频调速不但可以实现平滑调速，而且调速范围宽，效率高，反应快，启动电流小，对电网影响小，舒适性能好，是一种节能型的理想调速方法。1.2 课题来源及主要研究内容1.2.1 课题来源空调器厂家也为自己的空调器在性能、价格等各个方面加以改进。噪声是很容易影响人们的正常生活的，尤其是人们在休息的时候，更加难以容忍嘈杂的噪音，所以我们在设计时也要极力的减少噪声功率。这次毕业设计的重点也是放在节电和低噪方面。空调风扇电机是空调制冷系统中一个重要部件，其性能的好坏直接影响空调整体质量水平。根据空调电机的用户要求和实际使用工况不难发现空调电机运行性能第一个特点就是要求降低噪声，第二个特点是对电机的起动转矩和过载能力要求不高，因为该电机的负载是风扇空气和风道，因此要设计好三相调风扇电动机除满足用户要求，还就最大限度地利用空调风扇的上述特点，用最经济的方法设计电机。本次设计是根据空调风扇电机性能的特点，为了进一步减小体积、提高效率、降低噪音而进行的设计。1.2.2 本课题主要研究内容（1）电磁设计，在本阶段的主要任务是针对给定的各个额定数据选择合适的电磁负荷和气隙磁密度，确定定、转子主要尺寸及冲片尺寸，定转子槽数和极数，并设计最经济合理的定子绕线方式。然后进行绕组设计计算、参数计算、磁路计算、性能计算和起动计算。（2）抑制气隙磁场中的高次谐波来减低电磁噪音。作用于电机定、转子空气隙中的气隙磁密除基波磁场外，还有一系列高次谐波磁场，高次谐波磁场的存在也是引起电磁噪音的原因之一。在三相异步电机设计中，一般可以采用转子斜1.16个定子齿距，定子绕组采用正弦绕组，定、转子之间保证0.04mm的同轴度，定、转子铁心保持有0.03kg/mm2左右的片间压力，这样就可大大削弱高次谐波磁场，以至高次谐波磁场可以被忽略，只对基波磁场进行磁路计算和电机性能分析。（3）软件仿真，在完成电磁设计的基础上，使用magnet软件对本设计的电动机的基本性能进行仿真。并验证其主要参数。本次设计不涉及电机的结构设计和机械校验，相关机械参数按经验值选取。502 三相异步电动机的工作原理2.1 概述 三相异步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，也就是说转子与定子磁场不是同步转动，所以称之为异步电动机。与单相异步电动机相比，三相异步电动机需要三相交流电源供电，三相异步电动机广泛应用于工业、农业和人民生活的各个领域，如用在洗衣机、冰箱、空调器等家用电器，以及用于拖动机床、驱动水泵、压缩机搅拌机以及起重机械等。三相异步电机是用三相交流电源供电的一类驱动用电机。它具有结构简单、制造方便、价格便宜、运行可靠及维修方便等特点，广泛运用于各行各业和日常生活。异步电动机的调速性能较差，但随着交流调速技术的发展，三相异步电动机的调速范围、调速平滑度以及经济性都得到了很大的提高。与同容量的单相异步电机比较，三相异步电机的体积小，性能较高。2.2 三相异步电机的结构三相异步电动机由定子、转子和气隙组成。定子部分有定子铁芯、定子绕组、机壳、端盖、风罩等部分组成。定子铁心是主磁路的一部分。为了减少旋转磁场在铁心中产生的涡流和磁滞损耗，铁心由厚0.5mm的硅钢片叠成。小型电动机的定子铁心用硅钢片叠装、冲压成一个整体，固定在机座内；中型和大型电动机的定子铁心每层由扇形冲片在机座内拼成整圆，然后按每层错位，叠装而成。容量较大的电动机，硅钢片两面涂有绝缘漆作为片间绝缘。定子绕组是定子的电路部分，嵌放在定子铁心内圆的形状相同的槽内。电源向定子绕组输入电能，可以在气隙内产生旋转磁场。绕组与铁心之间垫有槽绝缘纸。不同相的绕组间也需要用绝缘纸隔开。机座两端装有端盖，端盖一方面保护定子绕组，另一方面对里面的轴承起到支持作用。转子部分由转子铁心、转子绕组、轴承、启动开关、轴承、风叶等部分组成。转子铁心也是主磁路的一部分，一般由厚0.5mm的硅钢片叠成，铁心外表成圆柱2形，固定在转轴和转子支架上。转轴是支撑转子铁心的结构部分，转子产生的机械功率通过转轴输出。轴承主要是连接转动部分和不动部分，风叶主要是冷却电动机。转子绕组是转子的电路部分，分为绕线型和鼠笼型。本设计使用的是鼠笼转子，鼠笼转子是一个自行闭合的短路绕组，它由插入每个转子槽中的导条和两端的环形端环构成。小型鼠笼电机一般用铸铝转子，中型和大型电动机采用钢条插入转子槽内以保证质量，再在两端焊上端环。鼠笼感应电机结构简单、制造方便，是一种经济、耐用的电机。2.3 三相异步电机的工作原理 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。图2-1 异步电机的工作原理如图2-1所示，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，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，电磁力的方向可以用左手定则确定。由电磁力进而产生电磁转矩，转子就转动起来。三相异步电机是具有三相对称绕组的电机，在外加三相电源对称条件下，实现平行运转。2.4 三相异步电机的磁动势和磁场2.4.1单相绕组的磁动势交流绕阻中流过电流时，将产生磁动势和磁场。若交流绕组在定子边，则绕组连接时，应使它所形成的定子磁场极数与转子磁场极数相等。这样，负载时电磁转矩的平均值才不等于零，电机才能正常工作。以A相绕组为例分析单相绕组的磁动势。为简化分析，假设铁心内的磁位降忽略不计，定、转子之间气隙均匀，并且槽内电流集中于槽中心处，槽开口的影响忽略不计。A相绕组是有6个节距为5的线圈用过桥线依次反向串联形成的单层链式绕组。然而，磁动势的大小好波形仅仅取决于槽内有效边的分布情况及导体中的电流。此绕组实质上等效于的单层整距分布绕组。当A相绕组线圈内通有正弦电流时，把36号槽、1号槽线圈所产生的磁动势波逐点相加，就可以得到A相的N1极相组合成磁动势。由于各个线圈的匝数和电流都相同，所以整距分布绕组的各个线圈的磁动势具有相同的幅值。又因为此绕组等效于整距分布绕组，相邻定子槽在空间上相差30电角度。所以36号槽、1号槽线圈的基波磁动势幅值相同，空间上相差30电角度。A相的N1极相组合成磁动势为 （2-1）式中 （2-2）2.4.2三相绕组的磁动势本此设计的三相异步电动机的B相比A相滞后120电角度，C相比B相滞后120电角度，所以三相基波磁动势在空间上相互错120电角度。当三相绕组通入对称正序电流， （2-3） （2-4） （2-5）则各相的脉振磁动势在时间上相错120电角度。三相绕组的基波合成磁动势就是A、B、C三个单相基波脉振磁动势叠加。以定子内圆A相绕组轴线处作为空间坐标的原点，以顺时钟方向为正方向。在t时刻，距离A相绕组轴线电角度处，各相的基波磁动势分别为 （2-6） （2-7） （2-8）把A、B、C三相的单相脉振磁动势叠加，可得 （2-9）由此可知，是一个恒振幅、正弦分布的正向行波。由于定子内腔为圆柱形，所以是一个沿着气隙圆周连续向前推移的旋转磁动势波。如图所示。图2-2 三相交流电机的定子示意图 图2-3 旋转磁动势波由此可知，是一个恒振幅、正弦分布的正向行波。由于定子内腔为圆柱形，所以是一个沿着气隙圆周连续向前推移的旋转磁动势波。如图所示。的推移速度，可以从该行波上任意一点的推移速度来确定。把公式对时间求导，可得波幅推移的角速度为 （2-10）显然，磁动势波推移的角速度和三相交流电流的角频率相等。旋转磁动势的转速等于同步转速。为了使异步电动机具有较好的性能，三相绕组产生的旋转磁场在空间作正弦分布，所以首先三相绕组的磁动势必须沿气隙作正弦分布。磁场的强弱不仅取决于磁动势的大小，而且与磁路的磁阻有关，即与磁路材料的导磁性能和几何尺寸有关。由于磁路的饱和，在正弦分布的磁动势作用下将产生非正弦分布的磁场。在波顶一段由于磁路中的磁通密度较大，磁阻增大，使磁场曲线波顶下降，磁场波形变形，产生一系列谐波。在实际的电动机中，由于定、转子都开有槽齿，所以定、转子之间的气隙会不均匀，导致沿气隙各点的磁阻不相等。因此即使在正弦磁动势的作用下，也会产生非正弦分布的磁场。除基波磁场外，还会有一定分量的谐波磁场。当每极每相槽数时，产生的一阶齿谐波次数为11次和13次。设计时通常采用转子斜槽来达到削弱齿谐波的目的，三相异步电动机设计时采用主磁场和谐波磁场分别处理的办法。磁路计算主要是主磁场计算，计算方法基于全电流定律。在进行磁路计算时首先要计算磁通，由磁通计算磁密，由磁密和磁路结构计算主磁路各部分所需磁压降，最后再确定电动机所需的总磁压降，即为绕组产生的主磁路磁动势。2.5 三相异步电动机的等效电路三相异步电动机的T形等效电路如图2-4所示，简化等效电路如图2-5所示。图2-4 异步电动机的等效电路 图2-5 异步电动机的简化等效电路有电压方程知 （2-11）向量图如图2-6所示，通常角很小，近似计算时可以忽略不计，相应的简化向量图如图2-7所示。图2-6 定子向量图 图2-7 定子向量简图把定子额定相电流分解为有功分量和无功分量，则有。式中 ，。阻抗压降、中和的同相部分为 （2-12） （2-13）在数值上写成 （2-14） 式中 电动势系数，它表示定子电流为额定值时，和的数量关系。2.6 三相异步电动机的工作特性三相异步电动机在额定电压及额定频率下运行，其转速、转矩电流、效率、功率因数等随输出功率变化的关系曲线，称为三相异步电动机的工作特性。2.5.1 电流特性通常把同步转速和转子转速的差与同步转速的比值称为转差率，用s表示， （2-15）反过来，感应电机的转速为 （2-16）随着负载的增大，为使电磁转矩足以克服负载转矩，转差率也将增大。2.5.2 电流特性空载时转子电流为零，定子电流全部是励磁电流。随着负载的增大，转子电流增大，定子的电流也会增大。2.5.3 转矩特性三相异步电动机的电磁转矩-转速的变化范围很小，从空载到额定负载运行，电动机的转速变化很小，转矩曲线近似一条直线。2.5.4 功率因数特性三相异步电动机里面是感性电路，功率因数恒小于1。空载时，定子基本上只是用来产生主磁通，有效功率很小，所以功率因数也很低。随着负载电流增大，输入电流中的有功分量增大，功率因数升高。在额定功率时达到最大值。继续增加负载，由于转差率较大，转子漏电抗和等效电阻增大，会导致功率因数下降。2.5.5 效率特性三相异步电动机的铜耗与负载电流平方成正比，铁耗与机械损耗几乎不变。其最大功率发生在（0.8-1.1）PN范围内。额定效率在76%-94%之间。3 三相鼠笼式异步电动机的设计方法3.1 电磁负荷的选择和匹配电磁负荷A与预保护等级、冷却方式、转子结构、绝缘等级及电压有直接关系。电磁负荷A和气隙磁密决定了电动机的利用系数，即为电动机有效部分单位体积，单位同步转速的计算视在功率，并与电动机的运行参数和性能密切相关。热负荷是电磁负荷与定子绕组密度的乘积，表征定子内圆周单位面积上绕组电阻损耗，其大小直接影响绕组的用铜量及绕组温升。当磁密和热负荷选定后，根据电磁负荷的匹配关系，求取转子电密及调整定子齿部、轭部的磁密。电磁负荷选择的要点：（1）电动机输出功率一定时，提高电磁负荷可缩小电动机体积和节约材料；（2）选择较高的气隙磁密，定子铁心损耗增加，而定子绕组的铜损耗可能降低；（3）选择较高的电磁负荷或定子绕组电流密度，绕组铜耗增加；（4）励磁电流标幺值，若选用较高的降低A值，使上升，降低；（5）漏抗标幺值，当较高或A较低时，x*减小，电动机起动转矩及过载能力提高，但电动机起动电流增大。定子电流密度的取值与绝缘等级有关，当绝缘等级为B级时，定子电流密度一般在3.56.5A/mm2范围，采用F级绝缘时可适当提高。电磁负荷的匹配直接影响定子绕组的温升，尽管随着电机类型不同，温度场也不同，但仍有一个共同的规律。转子热量有很大一部分要先传给定子，再经机座或通风道，与定子热量汇集在一起传给周围介质。对于Y系列电机，转子部分损耗很小，转子部分磁密只要在推荐范围内选取，其损耗可忽略不计。电动机总的铁损可以以为仅由定子齿部铁损和定子轭部铁损两部分组成。当铁心尺寸确定后，铁损随磁密的增加而增加。本次设计选取A/m，T。3.2电机的主要尺寸3.2.1 定子内外径和有效长度电动机定子铁心的内径Di1和有效长度leff是电动机的主要尺寸一般可以参考类似电机的主要尺寸来确定。由经验公式可得满载电势的标幺值 所以计算功率 初步选择，并选取，,所以得 mm3查表取mm根据电机标准选取mm由于三相异步电动机的，所以定子外径为mm根据电机标准选取mm铁心的有效长度mm 由于铁心是由厚度为5mm的硅钢片冲压而成，选取铁心长度为mm3.2.2 主要尺寸比 定子有效长度与极距之比称为主要尺寸比。当电动机有效部分体积不变时，值较大的电动机细长，反之则较粗短。值的大小对电动机的技术经济性能有明显的影响。值选择要点： 要求转动惯量小，经常正反转的电动机，值应较大； 在合理选值范围内，值较大的电动机，绕组端部用铜量及端盖等结构件的材料用量较少，电动机较轻； 值较大的电动机，绕组端部铜耗及端部漏抗减少；线圈匝数较少，减少了线圈加工工时和绝缘材料用量； 值较大时，通风冷却条件变坏，转子刚度可能较差。因铁心冲片数量增加，从而增加了冲片冲剪、铁心叠压和下线的工时。Y系列电动机6极 =1.622.76。3.2.3 气隙异步电动机一般选用较小气隙以降低空载电流和提高功率因数。但过小时，除了影响机械可靠性外，还会使谐波漏抗增大，导致起动转矩和过载能力下降损耗增加，从而造成较高温升和噪音。气隙的大小基本上取决于定子内径、转的直径、两轴承长度和电动机的转速。 并且有经验公式得mm3.2.4 转子外径mm3.2.5 转子内径转子的内径根据转轴的大小决定，本设计选取mm3.3定转子槽数的选择和槽配合3.3.1 定子槽数的选择选择定子槽数时应考虑： 为减少谐波磁动势，除极数较多或在系列设计中两种极数冲片通用的情况外，每极每相槽数一般取为整数。当采用分数槽绕组时则不为整数。 为降低杂散损耗及提高功效因数，应选用较多的槽数。但槽数增加时，将增加槽绝缘。降低槽利用率，并增加线圈制造及嵌线工时。本设计的三相异步电动机共有3对磁极，即6个极、设计的定子槽数为36槽。所以每极每相槽数为。3.3.2转子槽数选择和槽配合鼠笼转子的槽数Q2受定子槽数Q1的制约。定，转子的槽配合的选择应使得电动机能正常起动，“转矩-转速”特性平滑，起动和运行时没有明显的振动，电磁噪音和杂散损耗较小，避免产生同步附加转矩。通常异步电动机的转子槽数接近且少于定子槽数，这样可以减少齿谐波磁通在铁心齿中产生的脉振损耗和在斜槽笼型铸铝转子导条间的横向电流损耗，有利于降低杂散损耗和温升。不过值得注意的是，这样容易产生电磁振动和噪音，也可能会产生同步附加转矩。产生同步转矩或振动噪声的槽配合如下表所示。表3-1 产生同步电磁转矩或振动噪声的槽配合产生后果产生原因定子，转子一阶齿谐波相互作用转子一阶齿谐波与定子相带谐波作用定子，转子二阶齿谐波相互作用堵转时产生同步转矩电动机运转时产生同布转矩电磁制动时产生同步转矩可能产生电磁振动噪声注：电机极对数；相数；除0以外的任何正整数；1，2，3或4。综合考虑，本次设计中转子槽数选择.3.3.3槽斜率电动机的负载噪声主要是电磁噪声，电磁噪声的产生与槽配合和槽斜率有很大关系。电磁噪声的大小主要与定转子谐波磁场互相作用产生的力波阶次和幅值有关。在铸铝转子中普遍采用斜槽，其主要目的是削弱定转子的齿谐波磁场，从而降低由这些谐波磁场引起谐波转矩、电磁噪音和附加损耗。斜槽度sk表示从转子表面沿圆周方向，转子导条所斜长度与定子齿距的比值。对于的三相异步电动机选取，即。3.4定转子冲片槽形3.4.1 定转子冲片槽形选择的要点（1）使槽有足够的截面积，以保证槽内导体电密在一定范围内；（2）有足够的齿宽和轭高，使铁心齿、轭磁密不致过高。考虑机械强度或工艺限制，轭高和齿根宽度不宜过小；（3）槽满率不能太高。（对于80160机座，槽满率控制在78%左右，但不超过80%）3.4.2 定子槽形尺寸设计由于定子绕组为圆导线，所以采用梨形槽，齿部平行。前面已经选取,并初步选取定子齿磁密。假如一个齿距内的气息磁通全部进入齿内，定子齿宽为mm式中 铁心叠压系数，对于厚0.5mm的硅钢片，不涂漆时。 每极磁通经过齿部后分两路进入轭部，所以轭部磁通是每极磁通的一半，初步选取定子轭部磁密。所以定子轭部的高度为mm式中 计算极弧系数，。槽口尺寸主要由电气性能、冲模制造、冲压和嵌线工艺等因素决定。一般选取槽口宽mm，为了嵌线方便应比线径大mm，本设计选取mm。取槽口高度mm，。然后用作图法初步确定定子槽形和冲片尺寸。，。3.4.3转子槽形尺寸设计转子槽形尺寸对电动机的起动电流、起动转矩、最大转矩、转差率、转子铜耗、功率因数、效率温升等都有影响。转子导体电流A式中 ，由查表得出。转子导条电密的取值范围是A/m2。初步选取转子导条电密A/m2。则导条的截面积为mm2。选取转子齿磁密T, T。转子齿宽mm转子轭部高度mm本设计转子采用梨形槽，选取mm。取槽口高度mm，。仿效定子用作图法确定转子冲片尺寸。mm，mm，mm。a 定子 b 转子图3-1 定转子槽形及尺寸3.5端环的设计端环的外径通常比转子外径小mm，以便于铸铝模定位。端环内径一般略小于转子槽底所在圆的直径。端环厚度按所需载面积并考虑加工工艺要求决定，本设计选取端环厚度mm。3.6定子绕线方式三相交流绕组要求各相相轴在空间上互差120电角度，并有相同的有效匝数，以保证各相的电动势和磁动势对称，即大小相等，相位角互差120电角度。并且要求绕组的感应电动势和磁动势的基波分量尽可能大，而谐波分量尽可能小。本次设计的三相异步电动机的定子有36个槽口，6个磁极。所以定子的每极每相槽数为：槽距角为：由于三相交流绕组要求各相相轴在空间上互差120电角度。所以，本次设计的定子绕组C相比B相滞后四个槽，B相比A相滞后四个槽。假设A相从1号槽开始绕线，采用同心式单双层绕组。各相槽数如下表2所示表3-2 定子各相槽数分布表AZBXCYN1，S136,12,34,56,78,910,11N2，S212,1314,1516,1718,1920,2122,23N3，S324,2526,2728,2930,3132,3334,35把1-6相连，7-12相连，13-18相连，19-24相连，25-30相连，31-36相连，组成六个节距为5的线圈。用过桥线依次将这六个线圈反向串联，即可得到A相的绕组。把5-10相连，11-16相连，17-22相连，23-28相连，29-34相连，35-4相连，组成六个节距为5的线圈。用过桥线依次将这六个线圈反向串联，即可得到A相的绕组。把9-14相连，15-20相连，21-26相连，27-32相连，33-2相连，3-8相连，组成六个节距为5的线圈。用过桥线依次将这六个线圈反向串联，即可得到A相的绕组。本次设计的三相异步电动机的定子绕组采用星型联结，即将31槽、35槽和3槽的引出线连在一起作为中性点。如图3-2所示图3-2 三相单层链式绕组，节距y=5每相绕组是有6个节距为5的线圈用过桥线依次反向串联形成的单层链式绕组。然而，磁动势的大小好波形仅仅取决于槽内有效边的分布情况及导体中的电流。此绕组实质上等效于q=2的单层整距分布绕组。4 三相鼠笼式异步电动机的电磁计算4.1 额定数据和主要尺寸（1） 额定功率 kW（2） 电源相电压 V线电压 V （3） 功电流 A（4） 效率 （5） 功率因数 （6） 极对数 （7） 定转子槽数 （8） 定转子每极槽数 （9） 电机的主要尺寸电动机定子铁心的内径和有效长度是电动机的主要尺寸一般可以参考类似电机的主要尺寸来确定。由经验公式可得满载电势的标幺值 所以计算功率初步选择，并选取，,所以得 mm3查表取mm根据电机标准选取mm由于三相异步电动机的，所以定子外径为mm根据电机标准选取mm铁心的有效长度mm 由于铁心是由厚度为5mm的硅钢片冲压而成，选取铁心长度为mm（10） 气隙mm。（11） 转子外径 mm（12） 转子内径按转轴决定 mm（13） 极距: mm（14） 定子齿距: mm（15） 转子齿距: mm（16） 转子斜槽宽 mm（17） 定子绕组的设计每相串联导体数由于无并联支路，每槽导体数为（18） 绕组线规格设计本次设计定子绕组电流密度。所以导体的截面积为mm2A线径mm所以定子线圈直径mm，匹配漆膜厚度0.02mm，绝缘后直径为mm，截面积mm2。（19） 定子槽形尺寸设计由于定子绕组为圆导线，所以采用梨形槽，齿部平行。前面已经选取,并初步选取定子齿磁密。假如一个齿距内的气息磁通全部进入齿内，定子齿宽为mm式中 铁心叠压系数，对于厚0.5mm的硅钢片，不涂漆时。 每极磁通经过齿部后分两路进入轭部，所以轭部磁通是每极磁通的一半，初步选取定子轭部磁密。所以定子轭部的高度为mm式中 计算极弧系数，。槽口尺寸主要由电气性能、冲模制造、冲压和嵌线工艺等因素决定。一般选取槽口宽mm，为了嵌线方便应比线径大mm，本设计选取mm。取槽口高度mm，。然后用作图法初步确定定子槽形和冲片尺寸。，。（20） 转子槽形尺寸设计转子槽形尺寸对电动机的起动电流、起动转矩、最大转矩、转差率、转子铜耗、功率因数、效率温升等都有影响，转子导体电流A式中 ，由查表得出。转子导条电密的取值范围是A/m2。初步选取转子导条电密A/m2。则导条的截面积为mm2。选取转子齿磁密T, T。转子齿宽mm转子轭部高度mm本设计转子采用梨形槽，选取mm。取槽口高度mm，。仿效定子用作图法确定转子冲片尺寸。mm，mm，mm，mm。（21） 槽满率槽面积 mm2槽绝缘面积 mm2式中 h槽楔，2mm层压板绝缘纸厚度，取0.25mm 槽有效面积 mm2 槽满率 （22） 有效铁心长 mm净铁心长 mm式中 铁心压装系数，取。（23） 绕组因数分布因数短距因数绕组因数4.2 电磁计算（1）每极磁通 Wb式中 定子绕组额定负载时阻抗压降与额定相电压之比的估计值，一般中小型感应电机的在0.05-0.15之间，有前面计算得。（2）每极齿部截面积 定子 mm2，转子 mm2，（3）轭部截面积定子 mm2转子 mm2（4）每极空气隙面积 mm2（5）波幅系数 （假设，查波幅系数表）（6）定子齿磁密T（7）转子齿磁密T（8）定子轭磁密T（9）转子轭磁密T（10）气隙磁密T（11）查磁化曲线表得知：A/mm，A/mm，A/mm，A/mm（12）齿部磁路计算长度 定子 mm 转子mm（13）轭部磁路计算长度 定子 mm 转子mm（14）有效气隙长度 mm式中 （15）齿部所需磁压降 定子 A 转子 A（16）轭部所需磁压降 定子 A 转子 A式中 、轭部磁路校正系数，由于本设计的、较小，所以、都取最大值0.7。（17）空气隙所需磁压降A（18）饱和系数 与第5项不符，再假设，查得重新计算（6）定子齿磁密T（7）转子齿磁密T（10）空气隙磁密T（11）查磁化曲线图得知： A/mm，A/mm，A/mm，A/mm（15）齿部所需磁压降 定子 A 转子 A（16）轭部所需磁压降 定子 A 转子 A式中 、轭部磁路校正系数，由于本设计的、较小，所以、都取最大值0.7。（17）空气隙所需磁压降 A（18）饱和系数 与第二次假设的相符合（）（19）每极总磁压降 A（20）满载励磁电流 A（21）满载励磁电流标幺值 （22）励磁电抗 4.3 参数计算（1）线圈平均半匝长 定子线圈节距mm式中 本次设计的定子绕组其实是，的短距绕组，只是在原理上等效于的整距分布绕组，所以即使定子线圈节距时，。 直线部分长度mm式中 线圈直线部分伸出铁心的长度，取mm 线圈平均半匝长mm式中 经验系数，6极取1.2。（2）端部平均长 mm（3）漏抗系数（4）定子槽单位漏磁导 式中 节距漏抗系数，由于本设计采用单层整距分布绕组，所以， 根据 、查图得（5）定子槽漏抗 （6）定子谐波漏抗 式中 ,根据，查表得出（7）定子端部漏抗 （8）定子漏抗 （9）转子槽单位漏磁导 式中 ， 式中 ，根据、查图得出（10）转子槽漏抗 （11）转子谐波漏抗 式中 ,根据查表得出（12）转子端部漏抗 式中 端环半径，mm， 对于铸铝转子，。（13）转子斜槽漏抗 （14）转子漏抗（15）总漏抗 （16）定子相电阻 式中 铜的电阻率，B级绝缘平均工作温度75C时，/m （17）定子相电阻标幺值 （18）有效材料 每台定子导线重量 kg式中 考虑导线和人引线重量的系数，漆包圆铜线； kg/m3 每台硅钢片重量 kg式中 冲减余量，mm； kg/m3（19）转子电阻 导条电阻 式中 考虑铸铝转子因叠片不整齐，造成槽面积减小，导条电阻增加，通常取；铝的电阻率，B级绝缘平均工作温度75C时，/m mm2端环电阻 式中 转子端环截面积，mm2导条电阻标幺值 端环电阻标幺值 转子电阻标幺值 （20）满载电流有功部分 （21）满载电抗电流 式中 （22）满载电流无功部分 （23）满载电动势系数 （24）空载电动势系数 （25）空载定子齿磁密 T（26）空载转子齿磁密 T（27）空载定子轭磁密 T（28）空载转子轭磁密 T（29）空载气隙磁密 T（30）查磁化曲线表得知：A/mm，A/mm，A/mm，A/mm（31）空载齿磁压降 定子 A 转子 A（32）空载轭磁压降 定子 A 转子 A式中、轭部磁路校正系数，由于本设计的T、T较小，所以、都取最大值0.7。(33)空气隙所需磁压降 A(34)每极空载总磁压降 (35)满载励磁电流A4.4 性能计算（1）定子电流 A（2）定子电流密度 A/mm2（3）线负荷 A/cm（4）转子电流 导条电流 A端环电流 A（5）转子电流密度 导条电密 A/mm2端环电密 A/mm2（6）定子铜耗 W（7）转子铜耗 W（8）杂耗 对于6极铸铝转子，W（9）机械损耗 W （10）铁耗 定子齿重量 kg定子轭重量 kg根据T、T查表得W/kg、W/kg 定子齿损耗 W 定子轭损耗 W 总铁损 W式中 、，按检验值选取。 （11）总损耗（12）输入功率 （13）效率 ，与相符（14）功率因数 （15）转差率 式中 旋转铁耗，（16）转速 r/min（17）最大转矩倍数 4.5 起动计算（1）假定起动电流值 A（2）起动时产生漏磁的定转子槽磁动势平均值由此磁动势产生的虚拟磁密为 T式中 修正系数，（3）由T查表知起动时漏抗饱和系数（4）齿部漏磁饱和引起定子齿顶宽度的减少 mm（5）齿部漏磁饱和引起转子子齿顶宽度的减少mm（6）起动时定子槽单位漏磁导 式中 （7）起动时定子槽漏抗 （8）起动时定子谐波漏抗 （9）定子起动漏抗 （10）考虑到挤流效应的转子导条相对高度 mm式中 转子导条宽与槽宽之比，对于铸铝转子(11) 转子挤流效应系数 根据,查表的得、(12) 起动时转子槽单位漏磁导式中 (13) 起动时转子槽漏抗 (14) 起动时转子谐波漏抗 (15) 起动时转子斜槽漏抗 (16) 起动转子漏抗 (17) 起动总漏抗 (18) 转子起动电阻 (19) 起动总电阻 (20) 起动总阻抗 (21) 起动电阻 A(22) 起动电流倍数 (23) 起动转矩倍数 下面将本次设计的电机的主要性能指标与技术条件中的标准作对比，如表4-1所示：表4-1 机的主要性能指标与技术条件中的标准对比表标准值计算值偏差效率0.840.822.4%功率因数0.80.791.25%最大转矩倍数2.21.9411.5%起动转矩倍数2.21.4434.5%起动电流倍数43.795.25%5用magnet软件仿真电机主要特性5.1 magnet软件简介1978年以来至今，magnet作为第一个低频电磁场软件，一直位于业界的领导地位。世界各地的工程师使用magnet的精确仿真能力，来解决各种复杂的电磁场问题。magnet用于分析电机、变压器等电气设备的电磁场，可以得到2维和3维的静态或动态磁场特性，电气设备的运行特性等。magnet的模块化求解器使用户可以只选择适合自己设计需要的仿真求解功能。这些可靠的求解器经过时间的考验，可以高效精确地进行计算。magnet具有各种功能强大的2D与3D求解器，其中瞬态运动求解器是业界唯一支持任意多运动部件多自由度的运动求解器。强大的建模功能可以快速简单的建立复杂的2D和3D图形，例如利用Multi-Sweep功能可以方便地建立复杂的3D绕组模型。具有直接的CAD接口。可导入/导出的文件类型包括AutoCAD, SAT, CATIA, PRO/E, IGES, STEP, INVENTOR等。先进的材料属性定可以根据需要定义材料的各种电，磁，热的线性或非线性属性。用户通过材料模板可以对所使用的材料属性进行创建和编辑。支持用于仿真负载与驱动的电路建模。如分析绕组短路过程、换向器电机运行、无刷直流电机驱动等。自适应网格剖分功能，为设计者带来了极大的方便，大大提高了设计精度和设计效率。此外，magnet还具有强大的参数化功能，强大且方便的脚本编程功能，精确的求解结果。5.2 magnet仿真结果5.2.1 空载运行特性曲线图5-1 电机空载运行时的速度特性图5-2 电机空载运行时的转矩特性图5-3 电机空载运行时的位移特性5.2.2 半载运行特性曲线图5-4 电机半载运行时的速度特性图5-5 电机半载运行时的转矩特性图5-6 电机半载运行时的位移特性5.3 仿真结果分析由第四章的计算得知，本次设计的三相异步电动机的转速为：r/min （5-1）从图5-1上可以看出，电机稳定运行后的转速为 （5-2）比较得出基本符合设计要求。本次设计的电动机的输出功率为kW，由第4章的计算得知同步转速为。所以输出转矩为 （5-3）从图5-5上可以看出电机半载起动时，稳定后的输出转矩为，同样基本符合设计要求。 从图5-3，图5-6也可以看出，转子角位移最后都成线性增加，说明电机达到了稳定状态。另外可以看到，电机空载运行到210ms时才达到稳定状态，而正常情况下，电机在150ms左右时即可以达到稳定运行状态。半载运行到420ms才能达到稳定状态。由此说明，本次设计的三相异步电动机的起动特性不是很好。可能是因为本次设计的电机主要尺寸都是有公式计算得出，可能与国家标准有所偏差。可以采用一些方法对设计方案进行调整。（1）减少每槽导体数，使漏抗减小，起动总阻抗减小，就可以达