毕业设计论文高效节能型三相感应电动机的电磁设计

1、毕业设计说明书(论文)学生姓名： 学 号： 学 院： 专 业： 电气工程及其自动化 题 目： YX160-2(IP44)高效节能型 三相感应电动机的电磁设计 指导教师： 评阅教师： 2006年6月目 录引言众所周知，电机行业是一个传统的机电制造行业，其发展已经有二百多年的历史，对整个国民经济的发展起着相当重要的作用。电的产生、传输、使用都离不开电机，尤其是现代技术的发展、人们生活水平的改善、自动化技术的提高及机器人等都需要大量的电机。1.1 电机的发展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、相互促进中完善着自身，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

2、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

3、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。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

4、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。1.2 高效节能电机高效节能电动机是指在运行中将电能转换为动力时具有较高的转换效率或较小的转换损耗而节约电能的电动机。从字面上解释，就是效率值高的电机，即有效输出功率比输入功率的百分值高的电机。1.2.1我国发展高效节能电机的意义我国正处在深化经济体制改革和国民经济高速发展时期，企业面临宏观经济调控、能源与环保政策的规范。检验机构出台的法规明确了节电产品技术标准，企业通过政府制定的节能技术产品的标准生产产品。同时，政府对节能产业实施政策引导，强化执法管理力度，为企业建立良好的市场环境。随着政府对节能

5、产业的扶持，节能观念的深入普及，打造健康有序的节电产业只是时间问题。目前，电机行业已形成比较完整的产业体系，中小型电机产品的品种、规格、性能和产量基本上满足市场需要。在经济全球化的背景下，当今世界已进入相互竞争、相互依存的时代，如何增强我国企业的国际竞争力，推动节能型企业建立，加强工业节能管理和技术改造，引导节能产业发展，不断提高节能意识，资源意识和环境意识，充分发挥我国企业的优势，持续、快速、协调、健康地发展，已为形势所迫，成为企业必须要面对的问题。我国GDP占全球3.8%，但能源消耗却占到了全球的11%，这表明我国经济运行仍是高投入、高消耗、高排放、不协调、低效益、难循环的粗放型经济增长方

6、式，尚未转变为低投入、高产出、低消耗、少排放、能循环的集约型和节约型经济增长方式。近年来，我国经济可持续发展受到能源瓶颈制约，日益加剧，2002年下半年开始全国有11个省市缺电，2004年缺电扩大到24个省市，各地相继出现不同程度的电荒、煤荒、油荒。且我国电动机每年所耗电能相当于两亿多吨原煤的能量，若电动机效率提高1%，则我国每年可节约的原煤量约为200多万吨。这也告诫企业在新产品开发、工业技术、设备效率等方面仍有较大空间，应深挖节能潜力。鉴于我国电力紧张,应大力推广节能电机。目前国内电动机产量大，使用面广，在当前能源和环境问题极为严峻的形势下，我们有必要开发节能电机或高效率电机，以使电动机本

7、身消耗的电能进一步下降,从而减少我国电动机系统的用电量。 高效节能电机的特点YX系列高效率电机是在Y系列电机电磁设计的基础上略作改动，如冲片槽形、铁心长度、绕组型式等方面进行调整，使电机具有高效率特性而产生的电气派生系列。在年运行时间长，负载率较高的场合，采用YX系列高效率电动机可较大幅度的节约电能。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

8、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。例如一台全封闭自扇冷式电机，规格为：2.2kW ，4 极，200V ，50Hz，负载率100%。若1年运行5000小时，则大约可以节电400kWh 。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

9、在生产生活中被广泛用作节能电动机。 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

10、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

11、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。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

12、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5/6；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设计任务及设计过程2.1 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

13、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YX160L-2(IP44)高效节能型三相感应电动机。额定数据： 额定功率 =18.5kw 额定电压=380V 额定频率=50Hz 定子相数m=3 接技术要求： 效率92% 功率因数0.89 最大转矩倍数2.2 起动转矩倍数2.0 起动电流倍数72.2 设计

14、过程 准备阶段首先熟悉国际标准和国家标准，收集并查看相近电机产品的发展状况、趋势、技术资料，并阅读一定量的外文专业资料，然后完成开题报告及外文翻译。 确定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

15、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

16、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

17、) 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18.5kw，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。正弦绕组有Y-串联和Y-并联两种形式，由于Y-并联绕组内部回路多，会产生涡流损耗，为了降低损耗,提高效率，因此设计中采用Y-串联绕组。但Y-绕组必须满足以下三个条件时才能达到以上的效果：1) 绕组Y接部分的感应电势在时间上滞后于

18、接部分的感应电势电角度。2) 绕组Y接部分的相电流在时间上滞后于接部分的相电流电角度。3) 绕组两部分产生的磁势幅值相等，便可以完全消除或大大削弱5、7、17、19、等（=奇数）次谐波磁势，改善气隙磁场波形，使谐波引起的附加损耗下降。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。 手算核算电机的性能电机的性能指标主要包括电机的效率、功率因数、起动

19、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

20、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。 计算机辅助设计根据电机性能的手算过程，编制计算机辅助设计程序，并核算电机性能，得出四套合格方案，并从中选出最优方案。该部分在下文第4部分中将作详细的说明。3 手算电磁计算程序=220V=3=260mm定子内径=150mm气隙长度=0.68mm转子外径=148.64mm转子内径=60mm定子冲片尺寸（如图所示）： 转子冲片尺寸（如图所示）： 图 定子冲片图 图3.1.2 转子冲片图定子齿宽： 端环面积 端环直径=104.62mm端环尺寸如图所示。图 端环截面图 = =1=10 =1760 1021，1.6，绝缘后直径

21、=1.68，6，1.5，绝缘后直径=1.58；接部分：1，1.6，绝缘后直径=1.68， 4，1.30，绝缘后直径=1.38； 0.791=200mm201.36mm：117.693.2 58.84=0.14040.0952 =12.1925kg 12.2288+12.1925=24.4214kg=781.900=0.0175=237.39W 机械损耗标幺值，为导条电阻率。23) 起动转矩倍数=2.0204 计算机辅助设计说明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（

22、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。4.1 计算机辅助设计的发展4.2 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

23、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的设计方案的程序。因此在设计综合程序中，大大缩短了设计时间。但要得到一个较典型的、通用性较强的设计综合程序并不是轻而易举的，因此从60年代就已开始发展的这类程序，至今仍在不断完善之

24、中。“设计优化”程序是对设计问题提出明确的数学模型，然后依据现代数学的寻优理论并采用优化方法，自动得到较优或最优方案的程序。这是近10年才开始在实际问题中应用且仍在进行多方面探索的一种程序。应用电子计算机设计电机大致可分为以下几个步骤：选定目标、数学描述、数值处理、编织程序、整理输入数据、检验程序和输出结果分析。对优化设计程序，首要的是明确优化目标，其次是选定优化方案。对于综合设计程序则必须确定以哪些参数作为主要变量，其变化范围以及性能的合格标准和容差。无论是哪一种类型的设计程序，计算过程中都不可避免的要出现按试凑法进行迭代运算的情况，如中小型感应电动机电磁设计中的满载电势系数、磁路饱和系数、

25、效率等。为了使一个多重循环的程序更为合适、简练，在编制程序时不仅需要慎重考虑设计的逻辑性，而且应比较准确地确定迭代初值、迭代方法以及迭代的收敛条件。4.3 设计一般过程 图表的处理由手算转变到机算的最突出问题就是曲线和图表的处理。在工程设计中经常要根据曲线或图表查定某一设计参量的数值。手算时这一问题可以很方便的用寻找坐标的办法来实现，但目前在计算机上尚无法直接按这样的步骤去工作。所以必须对曲线或图表进行必要的处理，使其逻辑能为机器所接受。a) 插值法。对于函数关系曲线，在使用计算机时不可能将无限多组的对应数据都存储于计算机内，因此只能将曲线“离散化”，输入有限个对应数据，它们分别和曲线上有限个

26、离散点相对应，相邻离散点间的数据依人为选定的函数关系来表示，这就是插值法的实质。利用插值法可以将曲线转化为一组对应的离散化的点，再将其作为一个二维数组输入到计算机中。这样在计算机中读数时，就可以利用循环语句查找所要值的范围，在利用一个插值公式得到所求的值。这种方法对所有的曲线都可以应用，因此是一种通用的方法。b) 公式法。在电机设计所用的曲线中，有的曲线或图表是可以用某个公式来表示的。这样，在将曲线输入计算机中时，可以用公式代替曲线，即将曲线公式化。这样不仅可以使设计程序简单化，而且可以得到较准确的数值，提高计算精度。但这种方法适用性不如插值法广泛，且有时寻找曲线的公式比较费力、不易找到。 循

27、环量的迭代在电机设计中，有些量是需要按试凑法进行迭代运算的。这样一来就不可避免的要用到初设值和迭代公式，例如电机的效率、起动电流、满载电势标幺值、饱和系数。下面就列出在设计中以上值采用的初值和迭代公式。效率：初值为0.92，允许误差绝对值为0.005， 迭代公式为；起动电流：初值为232.38，允许误差绝对值为0.03， 迭代公式为；满载电势标幺值：初值为0.952，允许误差绝对值为0.005， 迭代公式为；饱和系数：初值为1.27，允许误差绝对值为0.01， 迭代公式为；4.4 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

28、据处理能力，因此适于编写系统软件。4.4.1 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

29、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。4.4.2 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

30、) 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。4.5 符号对照表 电机设计程序中符号对照表

31、见表。表 符号对照表名 称符号程序代码名 称符号程序代码输出功率Pn外施电压Un功电流Ikw频 率fn电机相数m极 对 数p定子槽数Z1转子槽数Z2每极每相槽数q1定子每极槽数Zp1转子每极槽数Zp2外施相电压Un1定子外径D1定子内径Di1气隙长度c转子外径D2转子内径Di2导条截面积Ab定子槽形b01转子槽形b02b11b12h01h02h11h12h21h22r21r22bt1bt2定子轭部计算高度hj11转子轭部计算高度hj21极 距T定子齿距t1名 称符号程序代码名 称符号程序代码转子齿距t2斜槽宽bsk接每槽导体数Ns12每相串联导体数(Y)N11并联之路数a1Y接每槽导体数Ns1

32、1每相串联导体数()N12铁心长度lt铁心有效长度lef槽楔高度h槽面积As槽绝缘面积AiY接槽满率Sf1接槽满率Sf2槽距角a每极每相槽数(Y)q11每极每相槽数()q12分布系数(Y)Kd11分布系数()Kd12短距系数(Y)Kp11短距系数()Kp12绕组系数(Y)Kdp11绕组系数()Kdp12满载电势标幺值Ke1饱和系数Ks1磁场波形系数Knm定子满载相电势E1每极磁通Q极弧系数ap定子每极齿部截面积At1转子每极齿部截面积At2铁心叠压系数Kfe定子轭部截面积Aj1转子轭部截面积Aj2空气隙面积Ac波幅系数Fs定子齿磁密Bt1转子齿磁密Bt2定子轭磁密Bj1转子轭磁密Bj2名 称符

33、号程序代码名 称符号程序代码空气隙磁密Bc定子齿部磁场强度Ht1转子齿部磁场强度Ht2定子轭部磁场强度Hj1转子轭部磁场强度Hj2定子齿部磁路计算长度Lt1转子齿部磁路计算长度Lt2定子轭部磁路计算长度Lj11转子轭部磁路计算长度Lj21定子气隙系数Kc1转子气隙系数Kc2有效气隙长度Cef定子齿部磁压降Ft1转子齿部磁压降Ft2定子轭部磁压降Fj1转子轭部磁压降Fj2定子轭部磁压降校正系数Cj1转子轭部磁压降校正系数Cj2空气隙磁压降Fc总磁压降F0满载磁化电流Im满载磁化电流标幺值Imy励磁电抗标幺值Xmy线圈平均半匝长lc单层线圈端部平均长le漏抗系数Cx定子槽比漏磁导Js1定子槽漏抗X

34、s1y定子谐波漏抗Xc1y谐波比漏磁导系数S1定子端部漏抗Xe1y定子漏抗X11y转子槽比漏磁导Js2转子槽漏抗Xs2y转子谐波漏抗Xc2y转子谐波比漏磁导系数R转子端部漏抗Xe2y转子斜槽漏抗Xsky转子漏抗X12y总漏抗X1y名 称符号程序代码名 称符号程序代码端环半径Dr效 率g功率因数cos端环电流Ir1端环面积Ar端环电密Jr导条电密JbY接定子电阻R11接定子电阻R12定子直流电阻R1定子相电阻标幺值R1y导线密度p1Y接定子导线重量Gw1接定子导线重量Gw2定子导线重量Gw冲剪余量c1硅钢片重量Gfe电阻率pd导条电阻折算值Rb1端环电阻折算值Rr1导条电阻标幺值Rby端环电阻标

35、幺值Rry转子电阻标幺值R2y满载时定子电流有功分量标幺值I1py满载时转子电流无功分量标幺值Ixy满载时定子电流无功分量标幺值I1qy空载电势标幺值Ke0空载定子齿磁密Bt10空载转子齿磁密Bt20空载定子轭磁密Bj10空载转子轭磁密Bj20空载气隙磁密Bc0空载定子齿磁压降Ft10空载转子齿磁压降Ft20空载定子轭磁压降Fj10空载转子轭磁压降Fj20空载气隙磁压降Fc0空载总磁压降F00空载定子齿部磁场强度Ht10空载转子齿部磁场强度Ht20名 称符号程序代码名 称符号程序代码空载定子轭部磁场强度Hj10空载转子轭部磁场强度Hj20空载定子轭部磁压降校正系数Cj10空载转子轭部磁压降校正

36、系数Cj20空载磁化电流Im0定子电流标幺值I1y定子电流实际值I1Y接定子电流密度J11接定子电流密度J12线负荷A1转子电流标幺值I2y转子电流实际值I2端环电流实际值Ir定子电气损耗标幺值pcu1y定子电气损耗实际值pcu1转子电气损耗标幺值pal2y转子电气损耗实际值pal2附加损耗标幺值psy附加损耗实际值ps机械损耗标幺值pfwy机械损耗实际值pfw定子齿重量Gt定子轭重量Gj定子损耗系数phet转子损耗系数phej定子齿损耗pfet定子轭损耗pfej定子铁耗pFe定子铁耗标幺值pfey总损耗标幺值py输入功率pn1y转差率sn转 速nn最大转矩Tmy起动电流假定值Ist1起动时定

37、转子槽磁势平均值Fst空气隙中漏磁场 的虚拟磁势Bl定子齿顶宽度的减少Cs1转子齿顶宽度的减少Cs2起动时定子槽比漏磁导Ju11名 称符号程序代码名 称符号程序代码起动时定子槽漏抗Xs1ty起动时定子谐波漏抗Xc1ty起动时定子漏抗X1sty转子导条相对高度ss转子电阻增加系数Kf转子电抗减少系数Kx起动时转子槽比漏磁导Js2t起动时转子槽漏抗Xs2ty起动时转子谐波漏抗Xc2ty起动时转子斜槽漏抗Xskty起动时转子漏抗X2sty起动时总漏抗Xsty起动时转子总电阻R2sty起动时总电阻Rsty起动时总阻抗Zsty起动电流Ist起动电流倍数ist起动转矩倍数Tsty4.6 程序流程图常用数据

38、计算，假定初值总磁通量计算气隙及齿磁路计算饱和系数计算值与假定值比是否小于允许差值？否总磁化电流计算漏抗计算是有功无功电流计算损耗计算电势系数计算值与假定值比是否小于允许差值？运行性能计算效率计算值与假定值比较是否小于允许差值？是否输入数据程序流程图如图4.6所示： 起动性能计算常用数据起动电流假定初值起动性能计算起动电流计算值与假定值比是否小于允许差值？输出各项性能结束否是图4.6 笼形感应电机设计分析框图5 方案比较及选优5.1 方案一：额定数据： 额定功率 =18.5kW 额定电压=380V 额定频率=50Hz 定子相数m=3 定子尺寸：mm mm mm mm mm mm mm mm转子

39、尺寸：mm mm mm mm mm mm mm mm铁心长度 mm 气隙长度 mm 端环面积 绕组线规：Y接部分 mm 接部分 mm mm性能指标：槽满率 0.779 0.781效率 0.920294 功率因数 0.923549 最大转矩倍数 2.826559 起动转矩倍数 2.002320起动电流倍数 6.920755经济性能：定子导线重量 24.047kg 硅钢片重量 104.073kg结果分析：该方案的各项性能指标均刚刚满足要求，所设计的电机是一台性能合格的电机。但应该继续提高电机效率。5.2 方案二：额定数据： 额定功率 =18.5kW 额定电压=380V 额定频率=50Hz 定子相数

40、m=3 定子尺寸：mm mm mm mm mm mm mm mm转子尺寸：mm mm mm mm mm mm mm mm铁心长度 mm 气隙长度 mm 端环面积 绕组线规：Y接部分 mm 接部分 mm mm性能指标：槽满率 0.779 0.781效率 0.920880 功率因数 0.907302 最大转矩倍数 2.837951 起动转矩倍数 2.045564起动电流倍数 6.950644经济性能：定子导线重量 24.047kg 硅钢片重量 104.073kg结果分析：该方案中增加了转子槽深和端环截面积。增加转子槽深使转子的集肤效应增加，从而增加了转子电阻，减小了槽漏抗，同时也使转子的截面积增大

41、，提高了电机起动转矩倍数。增加端环截面积使转子电阻降低，从而使转子铝耗降低，总损耗下降，电机的效率提高。因此，对于高效率电机而言该方案比方案一略好。 5.3 方案三：额定数据： 额定功率 =18.5kW 额定电压=380V 额定频率=50Hz 定子相数m=3 定子尺寸：mm mm mm mm mm mm mm mm转子尺寸：mm mm mm mm mm mm mm mm铁心长度 mm 气隙长度 mm 端环面积 绕组线规：Y接部分 mm 6 1.5mm 接部分 mm mm性能指标：槽满率 0.793 0.791效率 0.921143 功率因数 0.907293 最大转矩倍数 2.841377 起

42、动转矩倍数 2.048729起动电流倍数 6.958092经济性能：定子导线重量 24.421kg 硅钢片重量 104.073kg结果分析：该方案在方案二的基础上增加了定子绕组的线规，增大了导线截面积，使得定子电阻减小，槽满率提高，从而使定子铜耗下降，总损耗减少，提高了电机的效率。因为定子电阻减少，使总阻抗减少，最大转矩倍数、起动转矩倍数等性能提高。虽然起动电流倍数也提高了，但仍在允许的范围之内。增加定子绕组的线规使定子导线重量有些提高，电机成本增加。5.4 方案四：额定数据： 额定功率 =18.5kW 额定电压=380V 额定频率=50Hz 定子相数m=3 定子尺寸：mm mm mm mm

43、mm mm mm mm转子尺寸：mm mm mm mm mm mm mm mm铁心长度 mm 气隙长度 mm 端环面积 绕组线规：Y接部分 mm 6 1.5mm 接部分 mm mm性能指标：槽满率 0.793 0.791效率 0.921922 功率因数 0.908350 最大转矩倍数 2.831328 起动转矩倍数 2.019952起动电流倍数 6.998945经济性能：定子导线重量 24.421kg 硅钢片重量 104.073kg结果分析：该方案在前一套方案的基础上减小了电机的气隙长度，使电机的总磁压降减少，定转子电流降低，定转子电气损耗减少，效率提高。且减小气隙，使电机的漏抗减小，起动转矩

44、倍数和最大转矩倍数提高。虽然起动电流倍数也提高了，但仍在允许范围之内。且电机的经济性能指标与前一套相同，虽然成本有所增加，但效率是最高的，对于高效节能型电机来说，提高电机效率是非常重要的。因此该方案是这四套方案中最好的，为最优方案。为了节约能源、保护环境，高效节能型感应电动机将成为今后电机发展的主要方向。本文主要介绍了电机的发展、高效电机的特点、节能方法以及节能型感应电动机的电磁设计过程。其中电磁设计过程是论文的主体。电磁设计过程包括了手算过程和计算机辅助设计过程。手算核算过程是计算机辅助设计的基础。通过手算过程了解了电磁计算的基本过程和思路，明白了计算中各个参数的意义和计算方法，这都为编写计

45、算机辅助设计程序做好了充分的准备。计算机辅助设计程序的编写，让我对C语言的结构、命令、函数的编写调用等有了深刻的认识，更加清楚了设计过程中参数的迭代处理、计算中的参数循环计算；通过调试程序、确定电机设计方案及选优的工作，让我对各个电机参数值对电机性能的影响有了理性和感性的双重认识。可以说，计算机辅助设计过程是对手算过程的一个补充，它能让人更其清楚地认识电机设计过程及电机性能的变化。二者联合在一起，互相影响，互相补充，使人们对电机设计过程有了一个完整的认识理解。通过本次设计，我不但了解了电机的发展历程及趋势，熟悉掌握了电机设计的过程，学到了许多知识，拓宽了知识面，而且提高了自身查阅资料，运用资料解决问题的能力，也认识到了做事时要细心、仔细，考虑问题要周全。这都为我今后的工作、生活提供了宝贵的经验。在本次课程设计即将完成之际，我由衷的感谢王素芝老师的指导和支