毕业论文-三相异步电动机的设计与低噪声优化研究

湖南大学毕业设计(论文)第HUNANUNIVERSITY毕业论文设计论文题目：三相异步电动机的设计与低噪声优化研究学生姓名：学生学号：专业班级：电气工程及其自动化1101班学院名称：电气与信息工程学院指导老师：学院院长：2015年月日湖南大学毕业论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在老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。学生签名： 日期：200年月日毕业论文版权使用授权书本毕业论文作者完全了解学校有关保留、使用论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本论文。本论文属于1、保密，在______年解密后适用本授权书。2、不保密√。（请在以上相应方框内打“√”）学生签名： 日期：201年月日指导教师签名： 日期：201年月日摘要随着科技的发展，在我们的家庭、生活、工作以及工农医等行业都广泛运用着电机，它与人民的生活密切相关。但是电机在使用过程中会产生噪声，随着科学技术的发展和人类环保意识的加强，人们越来越重视环境的噪声污染问题。因此，电机的噪声成为了考核电机产品竞争力的一个重要因素。普通三相异步电动机的噪声可分为机械噪声、电磁噪声、通风噪声，其中电磁噪声影响最大且较难以降低，在电机设计时应给予慎重考虑。本文主要针对电机的电磁噪声进行研究、分析和论述。首先，分析了三相异步电动机电磁噪声的来源以及各种影响电磁噪声的因素，主要对电磁噪声的大小和电机气隙内的谐波磁场及由此产生的电磁力波进行研究。其次，分析了几种可以降低电磁噪声的措施，包括：加大气隙、降低气隙磁密、转子采用斜槽、改变定转子槽配合等，并选用改变定转子槽配合为主要措施来进行分析。最后，本文用Y160M-411kw三相异步电动机为实例，通过改变定转子槽配合，然后进行径向力波分析和对比各项主要参数，得出一个以降低电磁噪声为主要目标的满足毕业设计任务要求的改进方案。关键字：三相异步电动机，电磁噪声，槽配合，径向力波

ResearchondesignandlownoiseoptimizationofthreephaseasynchronousmotorAbstractWiththedevelopmentofscienceandtechnology.Electricalmotoriswidelyusedinourfamily,life,workandtheworkersandpeasants,medicalandotherindustries.Butthemotorwillproducenoiseinuseprocess.Alongwiththedevelopmentofscienceandtechnologyofmankindandtostrengthenenvironmentalawareness,thereisagrowingimportancetoenvironmentalnoisepollutionproblems.Therefore,theelectricalmotornoiseassessment.Ordinarythree-phaseasynchronousmotornoisecanbedividedintomechanicalnoise,electromagneticnoiseandventilationelectromagneticnoiseismoredifficulttolower.Inordertoimprovethequalityofmotors,measuresmustbetakentoreduceelectromagneticnoise.Thisthesismainlydealswiththeelectromagneticnoiseofthemotorforresearch,analysisandexposition.First,thethree-phaseinductionmotorelectromagneticnoisesourcesandeffectsofelectromagneticnoisefactorareresearched,mainlyontheelectromagneticnoisemagnitude,theairgapharmonicmagneticfieldandtheresultingradialforcewave.Secondly,themeasurestoreducetheelectromagneticnoisearestudied,includinglowerfluxdensity,increaseairgap,usechuterotor,changethestatorandrotorslotconjugation,andsoon.Finally,takeaY160M-411kWthree-phaseasynchronousmotorforexample,bychangingtheslotconjugationandanalyzingtheradialforce-waveandcontrastthemainparametersofthemotor,animproveddesignisobtainedwhichcanreducetheelectromagneticnoise.Keywords:Asynchronousmotor,Electromagneticnoise,Slotcombination,Radialforce-wave.

目录TOC\o"1-3"\h\u16563摘要 II17176Abstract III24894目录 IV216881绪论 158161.1课题的研究意义 1104661.1.1电机的应用 185961.1.2电机噪声对人类的影响 1171161.2国内外发展状况 2128331.3课题的研究与分析 3193051.3.1噪声的分类 3268721.3.2电磁噪声的来源 4143381.4课题的实行方法 4266061.4.1电磁噪声的介绍与控制 511491.4.2机械噪声的介绍与控制 5244601.4.3通风噪声的介绍与控制 5233251.5论文的研究内容 695641.5.1研究电磁噪声的意义 697841.5.2带负载时电磁噪声的变化 73962三相异步电动机的结构与工作原理 881312.1三相异步电机概述 858142.1.1三相异步电机的概念 8221512.1.2三相异步电机的特点 873692.1.3三相异步电机的用途 876352.2三相异步电机的发展 9123982.3三相异步电机的结构 9173812.3.1定子部分 10169862.3.2转子部分 1231632.4三相异步电机的工作原理 13200762.4.1三相异步电机的旋转磁场 1359942.4.2三相异步电机的转动原理 151423三相异步电动机的设计 16255293.1电机的基本尺寸数据 16239743.2电机的电磁计算 16184373.2.1额定数据及主要尺寸 16310133.2.2磁路计算 18273923.2.3参数计算 19173933.2.4起动计算 24130624三相异步电动机低噪声优化方案与对比 27101754.1降低电磁噪声的措施 27134694.1.1降低气隙磁密 27312544.1.2加大气隙 2776474.1.3转子采用斜槽 28277964.1.4改进定转子槽配合 29200264.1.5其它措施 2931134.2改进槽配合的分析 3013234.2.1方案对比 30121344.2.2两种槽配合的径向力波分析 3110210结论 3429718致谢 3523791参考文献 361绪论电动机是厂矿企业广泛使用的一类动力设备，同时也是噪声环境污染的主要来源。对电机噪声的控制是一门相当复杂的技术。本文仅就电机噪声的分类、产生这些噪声的原因及其控制方法谈一些看法。1.1课题的研究意义随着科学技术的发展和人类环保意识的加强，人们越来越重视环境的噪声污染问题。因此，电机的噪声成为考核产品竞争力的一个重要因素，所以降低电机噪声的研究越来越重要。1.1.1电机的应用电能是能量的一种形式。与其他形式的能源相比，电能具有明显的优越性，它适宜于大量生产、集中管理、远距离传输和自动控制。故电能在工农业及人类生活中获得了广泛的应用。作为与电能生产、输送和应用有关的能量转换装置—电机，在电力工业、工矿企业、农业、交通运输业、国防、科学文化及日常生活等方面都是十分重要的设备。电机是各行业生产过程及日常生活中普遍使用的基础设备，它是进行电能量和机械能量转换的主要器件。现代电力系统主要采用同步发电机和变压器实现电能的产生和分配。在工业、农业、交通运输、石油化工、矿山冶金等诸多领域，大量采用交流、直流电动机驱动各种类型的机械设备和其他生产设备，80%～85%工业用电直接与电机有关。不仅如此，各类控制电机还是构造转速、转角控制的自动控制系统的重要部件。电机的广泛使用不仅改善了劳动者的工作条件，还提升了生产效率。电动机在日常生活中，也是各种居家电器、自动化办公设备、电动器具中难以或缺的部件，它们改善了人们的生活质量。[1]1.1.2电机噪声对人类的影响噪声即噪音。是一类引起人烦躁、或音量过强而危害人体健康的声音。在生活中，路上行驶的车辆、工厂生产的机器、建筑工地的敲打声、娱乐产所的音乐声、以及人跟人之间的交谈声等。我国也制定了关于降低噪声法律措施并对有些噪声做出了详细的标准。随着工农业和城市化的快速发展、人扣数量的快速增加及各种家庭电视设施的增多，噪声污染越来越严重，它已经影响了人们生活的水平，因此噪声问题开始备受关注。电机（包括发电机和电动机）是工农业生产中量大面广的动力设备，据调查，目前国产的中小型电机噪声多在90∽100dBA之间，大型电机噪声均高达100dBA以上，声能分布在125∽500HZ之间（个别出现在1000HZ）。其噪声特性为低、中频性。现代环境保护法规对各种噪声指标作了严格限制。从70年代开始，“噪声”便成为电动机的主要技术指标之一。在市场竞争中，电动机噪声大小也成为了电动机的质量指标和衡量价格的重要依据。[2]电机现如今成为人们生活中噪音的主要来源。随着社会的进步，人们对污染环境的噪声提出了越来越高的要求与限制，尤其对与人们密切接触的家用电器更是如此。这方面，先进国家尤其重视。我国政府历来重视人民的健康，对限制噪声不遗余力。因此，尽量降低电机的噪声，生产低噪声的电机，给人们创造一个舒适、安静的环境是每个设计者与生产者的职责。[3]电机的振动与噪声是评定电机质量的重要标志。因为设计不合理造成的的振动会影响电机的使用,同时会引起不必要的噪声污染。噪声是由各种频率各种声波无规律的杂乱组合而成的,会对人耳产生很大的刺激。由于这些原因，各生产商都开始运用各种方法降低电机噪声，使自己的产品更有竞争力。1.2国内外发展状况我国颁布的环境保护法规已经对噪声制定了标准。噪声水平很早就已经成为了考量电机质量的一个标准。尤其是当今社会竞争激烈，要想使自己的产品更略胜一筹就要很好的降低电机的噪声。但是在我国，对于电机噪声的要求还是与其他先进国家有些差距的。电动机噪声包含电磁噪声、机械噪声和通风噪声三种成分，因为产生噪声的因素很多很杂，跟很多专业知识相关，这样就很难采取固定的方法来降低噪声。关于电动机噪声的研究，国外很早就开始了，国内发展比较慢。几十年前有个学者曾经试图在电动机设计阶段降低电机的电磁噪声，但被各种实验数据证实这种基本的设计规律，对于电磁噪声并不试用。其实有很多科学人士都在进行电磁噪声机理的研究，探究各种可能的影响因素。在上世纪90年代前，对于产生电磁噪声的原因大家认识的还是比较浅的，普遍认为电机气隙中的旋转磁场引起各种阶次的径向力波，当力波频率接近于电机定子固有频率时，就会产生噪音。现在人们对于电动机噪声产生的机理已有相当深入的了解，已经研究出各种降低电磁噪声的措施，例如改变运用斜槽配合，改变定转子槽配合等，这些办法已经被广泛应用与电机生产中，但是这仍需进一步研究。[4]1.3课题的研究与分析结合三相异步电动机的结构特点，对产生噪声的原因和因素进行分析和分类，并分析电磁噪声的来源。1.3.1噪声的分类分析产生噪声的原因,通常学者研究都将其分为三种，电磁噪声尤为重要也是最难控制的一部分，剩下的两种为机械噪声和通风噪声。本文主要研究降低电磁噪声的方法。电磁噪声：电磁振动是产生电磁噪声的主要原因，电机气隙磁场在电机铁心产生的电磁力(称激振力)作用下产生电磁振动，气隙磁导与定、转子绕组磁动势对电机气隙有着决定性的作用。在异步电动机气隙磁密波的作用下，定子铁心齿上产生了切向和径向两个分量的磁力。电磁噪声主要来源于径向分量中定子铁心发生的振动变形；电磁噪声次要来源是切向分量与电磁转矩相互的作用力让齿对产生局部振动变形。一般极数较多、功率较大电机会产生比较大的电磁噪声，也会引起负载时噪声加剧。机械噪声：顾名思义，则为运转部件的不平衡以及摩擦等结构共振形成的机械噪声，轴承噪声与转子的机械摩擦尤为明显。通风噪声：电机通风噪声的强度与安装的电机排风设备有关。电机运行时，排风设备和电机某些部分摩擦产生气隙噪声，即通风噪声。[5]1.3.2电磁噪声的来源三相异步电动机运行时，气隙中存在基波与一系列谐波磁场，它们相互作用除产生引起转矩的切向力外，还会产生许多高次、频率且各不相同的旋转径向电磁力波，这些径向力波作用在定转子上，使它发生径向周期性变形，即产生频率等于径向力波频率的振动，该振动传到机座，引起机座的振动，从而又使机座周围的空气脉动而引起电磁噪声，另外电机本身都有固有的振动频率，当径向力波频率与电机的固有频率相同或相近时，就会引起共振，产生很大的电磁噪音。通常径向力波的次数越低所引起的径向变形越大，而电机气隙中的基波与一系列谐波磁场相互作用产生的径向力波中，幅值较大，次数较低的有两种，第一种是定子p次基波（或v次谐波)磁场作用产生的m=2p(或2v)次径向力波，其频率为两倍的基波谐波频率。第二种是定子Vb次与转子μa次磁场产生的m=Vb+μa次径向力波。其中特别是齿谐波磁场，其绕组系数与基波相同，故幅值较大，因此，要特别注意。图1.1是电磁噪声的形成图。[6]图1.1异步电动机电磁噪声的形成图1.4课题的实行方法概述了电机噪声的分类，产生这些噪声的原因，以及控制、减小这些噪声的方法。1.4.1电磁噪声的介绍与控制对于电机电磁噪声，很多学者已经有研究并有成形的理论，研究表明电磁噪声是定子铁心在气隙磁场的作用下形成的。产生的径向力波会传到电机外面，这样会是铁芯变形甚至产生噪音。除此之外还有其他部分,它是切向部分，它的方向相反，也使铁芯部分变形产生噪声。现在已经有很多降低电磁噪声的方法例如让电机绕组采用其他绕线方法、可以更多考虑在气隙磁密的选择上、在槽配合的选择上可以根据电动机不同合适挑选、以防出现其他低阶力波、还可以利用转子的槽,使定子槽距倾斜。[2]1.4.2机械噪声的介绍与控制机械噪声主要是轴承之间的摩擦噪声和转子安装不正确而形成的噪声。由于电机转子会带动轴承转动,同时机械表面又很粗糙，因此混杂着间隙空气，从而引起机器震动产生噪音。当轴与轴承内圈安装的适合很紧，噪声会加大。如果电机转子各处的分布很均匀，安装也符合规范,那么电机就能很好的正常转动，就不会有其他摩擦和变形，就不会产生影响人们生活的噪音。但是如果电机的安装不合设计标准，致使电机转动时候摩擦过大且震动明显，这样电机会失常工作,严重的时候会产生电机飞车的危险事故。电机中有安装使电机过度发热的风扇，如果安装不好也会产生较大的噪声。[7]1.4.3通风噪声的介绍与控制通风噪声的产生由于转子随电机转动过程中与降温的风扇排出的风摩擦产生。如果气体很快的流通、转子转动的越快，那么噪声就越大。且这个跟电机转子速度、风扇排风量以及机械制作水平有关。1.5论文的研究内容1.5.1研究电磁噪声的意义一般来说，电动机噪声的大小主要是因为机械噪声和通风噪声，这两个噪声跟电机的制作有关，跟它带的负荷没有关系。而文章也好讨论的电磁噪声其实很小，但是因为电磁噪声的频带范围正好使人有很不好的感觉，甚至严重影响到人的正常生活。同时还因为随着电机负荷的逐渐增大，电磁噪声也会变大。所以对于制作工艺已经很成熟的电机来说，降低电磁噪声才是有效降低电机噪声的可行方法。表1.5.1是国际上某机械公司对某规格电动机噪声的测试结果。[8]表1.5.1电机噪声测试结果定子电流I/In0.611.01.161.291.461.631.792.0电机噪声dB(A)6176778385889294从以上分析可看出，影响电动机负载噪声的主要是电磁噪声。在长期生产实践中，人们发现有的电动机空载噪声并不大，但负载以后噪声增加很快，甚至出现啸叫声。人们还进一步发现，这类电动机虽然空载噪声值不大，但电磁噪声却明显存在。1.5.2带负载时电磁噪声的变化因为电机的机械噪声和通风噪声是由制作工艺决定的，只有电磁噪声会随着负载的增加而增大，所以为了有效降低电机噪声，最好的办法就是搞清带负载是电磁噪声的具体变化和规律。根据有位学者对电机带负载时的参数和性能变化做了研究，结果表明带上负载的电机，它的结构和动力特性都跟原来不一样，会引起电机磁噪声的变化。利用近似的分析方法，分析出电机空载和不同负载时电机噪声的变化情况,把它表示成不同情况不同频率下电磁噪声声频的变化，根据这些，我们分析带负载的电机电磁噪声的变化规律。（1）定、转子谐波磁通变化对电机噪声水平的影响电机的定子产生的谐波磁通可以分为两部分，是定子上的绕组产生的谐波、齿谐波相互合成的结果，同时也会让电机振动并产生噪音。电机在空载情况下，电机定子齿产生的谐波比绕组产生的谐波的幅度要大，而电机不带负载时的电磁噪声主要是因为齿谐波决定的。电机转子在运行过程中产生的谐波的一个分量即磁通部分，是电机产生振动和噪声的另一重要原因，它是由饱和的转子磁通和绕组等形成的。（2）电机电磁噪声受激振频率影响当电机加上负载运行时,会使它的转速又酸下降同时转差率增大，由此会引起电磁力波发生频率变化,可以用数学表达关系为：(1.1)式中1—电源频率；p—极对数；—转子槽数；S—转差率；g—正整数。通过计算式(1.1)可以知道，电机自身的极对数一集转子槽数都会引起力波的频率变化，一般小型号的电机，当它们带上负载时，转差率大概在百分之三到百分之五。但当激振力频率跟电机结构的共振率接近甚至相等时，稍微变化的转差率会导致噪音的变化。[9]

2三相异步电动机的结构与工作原理三相异步电动机又称感应电机是交流电机的一种，是当今应用最广，需求量最大的一种电机。下面将对异步电机的结构及工作原理进行介绍。2.1三相异步电机概述2.1.1三相异步电机的概念异步电动机，又称为感应电机，是交流电机的一种。与其它电机相比较，它具有结构简单，制造，使用维护方便，运行可靠，效率高，价格较低的优点，但它的调速，启动，性能较差，功率因素较低，增加了电力系统的无功负担。异步电动机主要由定子绕组，铁芯和机座三部分组成。[10]所谓的异步，是指定子的转速和旋转磁场的转速不一样。2.1.2三相异步电机的特点通过参考文献可知，三相异步电机有较高的最大转矩和最小转矩，具有较高的效率水平，堵转转矩高，因此其起动性能非常优良，带负载起动也比较顺利；有较大的升温裕度，较大的温升裕度可以延长电机的使用寿命；体积小，重量轻，因此安装灵活方便。2.1.3三相异步电机的用途三相异步电动机用途广阔，是各类机械中的动力元件，根据不同的需要，可用于正常的工作环境，也可用在潮湿，高温，多尘，湿热，冲击波，有爆炸危险，腐蚀性环境的严酷的环境。根据现况要求，异步电动机即可恒速运动，也可变速运动，可连续工作，也可断续工作。各种机床，风机，水泵等设备都可合用。对上述所说，三相异步电动机是动力的来源，对不同的环境有不同的要求，高效率，低耗能，或要高转速，或要耐过载，或要耐高温，或要变速，或要低噪音。所以研究三相异步电动机有重要的意义。[11]2.2三相异步电机的发展第二次工业革命从19世纪六七十年代开始，在19世纪末20世纪初基本完成。它以电力的广泛运用为显著特点。在电力的使用中，发电机和电动机是相互关联的两个重要组成部分。发电机实现的能量转换是由机械能到电能；而由电能转换为机械能的则是电动机。关于电的应用要感谢奥斯特在一次实验中偶而发现电流磁效应，还有法拉第发现的电磁感应现象。后来德国人西门子造了直流发电机。当时技术还很不成熟，多年的发展和前人的努力，技术已经得到了很大的改进，到70年代，终于发电机可以用来发电用。1882年，德普勒研究出了如何可以把电送的离发电厂比较远的地方；也是同一年，爱迪生把第一个火力发电站建在了美国纽约。[12]当电运用后，极大的方便了人们的生活。人们对电能需求也日益增加，直流电机的造价花费多和经常出故障等不足出现，因此一部分人开始研究交流电。而交流电是利用旋转磁场的原理制定的，这个原理对电机的发展有很大影响。后来人们研究创制出三相异步电动机，并且这种型式的电动机，现在仍然在使用中。2.3三相异步电机的结构异步电动机和其他旋转电机的基本结构一样，有一个固定部分，叫做定子；有一个旋转的部分，叫做转子。定、转子之间有一个很小的空气隙。图2是笼型转子异步电机结构图。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--风扇图2笼型转子异步电机结构图2.3.1定子部分旋转磁场通过电机中的定子产生。（1）外壳：端盖、机座、接线盒、轴承盖及吊环等部件组成了三相电动机外壳。机座是由铁质材料制作成的，对于三相电动机的定子绕组起保护固定作用。端盖也是由铁质材料制作成的，是用在定子内腔固定转子，使定子中的转子能够均匀地旋转。电机一般很重很难搬动，为了起吊搬抬电机，在制造电机的时候我们会在机座上安装吊环。定子铁心电动机磁路包括了定子铁心，其由涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压而成，厚度大概是0.35毫米至0.5毫米，如图3所示。其中因为硅钢片片与片之间绝缘，所以减少了涡流铁耗。（a）定子铁心（b）定子冲片图3定子铁心构造定子绕组定子绕组是三相电动机的电路部分，三相电动机有三相绕组，当有对称的三相电流流入时，电机内就会产生旋转磁场。三相绕组是由三个不相联系的绕组组成，并且链接线圈就组成了绕组。每个绕组有120度的电角度差。圆漆包线比较适合中、小型电机多，大、中型电机会用绝缘扁铜线或扁铝线绕制，定子线圈后，再按一定规律嵌入定子铁心槽内。电机接线盒上有定子三相绕组，六个出线端都链接在这里。首端分别标为,,末端分别标为，，。这六个出线端在接线盒里的排列如图4中(a)、(b)所示，可以接成星形或三角形。[13]图（a）星型连接图（b)三角形连接图4接线盒出线端排列2.3.2转子部分转子铁心是用0.5mm厚的硅钢片叠压而成，在转轴上套着，和定子的铁心作用相同，可以作为电机磁路，同时还可以安放转子的绕组。（2）转子绕组绕线形与笼形是异步电机转子绕组的两种形势，由此分为绕线转子异步电动机与笼形异步电动机。①绕线形绕组定子绕组也是个三相绕组，在三角形和星形当中一般选星型。如图5所示1—集电环；2—电刷；3—变阻器图5绕线型绕组接线②笼形绕组在转子铁心的每一个槽中插入一根铜条，在铜条两端各用一个铜环（称为端环）把导条连接起来，称为铜排转子，如图6（a）所示。把端环风扇叶片和转子导条用铝液浇铸而成，称为铸铝转子，如图6（b）所示。100kW以下的异步电动机一般采用铸铝转子。[14]（a）铜排转子（b）铸铝转子图6笼型绕组（3）其他部分其他部分包括端盖、风扇等。端盖除了起防护作用外，在端盖上还装有轴承，用以支撑转子轴。风扇则用来通风冷却电动机。三相异步电动机的定子与转子之间的空气隙，一般仅为0.2mm～1.5mm。气隙太大，电动机运行时的功率因数降低；气隙太小，使装配困难，运行不可靠，高次谐波磁场增强，从而使附加损耗增加以及使启动性能变差。2.4三相异步电机的工作原理2.4.1三相异步电机的旋转磁场三相异步电动机转子之所以会旋转、实现能量转换，是因为转子气隙内有一个旋转磁场。下面来讨论旋转磁场的产生。如图7所示，，，为三相定子绕组，在空间彼此相隔120°，接成Y形。三相绕组的首端，，接在三相对称电源上，有三相对称电流通过三相绕组。设电源的相序为U,V,W,的初相角为零。[15]图7三相交流电流波形为了分析方便，假设电流为正值时，在绕组中从始端流向末端，电流为负值时，在绕组中从末端流向首端。（2.1）（2.2）（2.3）当的瞬间，，为负值，为正值，根据“右手螺旋定则”，三相电流所产生的磁场叠加的结果，便形成一个合成磁场，如图8所示，可见此时的合成磁场是一对磁极（即二极），右边是N极，左边是S极。[16]图8两极旋转磁场示意空间120度对称分布的三相绕组通过三相对称的交流电流时，产生的合成磁场为极对数p=1的空间旋转磁场，每电源周期旋转一周，即两个极距。某相绕组中电流达到最大值时，磁极轴线恰好旋转到该相绕组轴线上。2.4.2三相异步电机的转动原理三相异步电机启动后，形成了一个旋转磁场，其转速。转子切割旋转磁场的磁力线，产生感应电动势，输出电流。假设旋转磁场为顺时针方向，上为北极N下南极S，如图9所示。根据右手定则，在上半部转子导体的电动势和电流方向由里向外，用⊙表示；在下半部则由外向里，用⊕表示。图9三相电动机的转动原理定子的旋转磁场以速度切割转子导体产生感应电势，在转子导体导出电流，导体受电磁力作用形成电磁转矩，推动转子以转速n顺方向旋转。所以，电动机内必有一个以旋转的磁场，这能让能量实现转换，且n<，这样才能在转矩中产生感应电流。三相电动机的转子转速n始终不会加速到旋转磁场的转速。因为只有这样，转绕组与旋转磁场之间才会有相对运动而切割磁力线，转子绕组导体中才能产生感应电动势和电流，从而产生电磁转矩，使转子按照旋转磁场的方向继续旋转。由此可见，且，是异步电动机工作的必要条件，“异步”的名称也由此而来。[17]

3三相异步电动机的设计后文中是用Y160M-411kw电机为模型，先进行电磁计算，后对槽配合进行修改，同时适时调整电机某些其他参数，数据进行比较后得出比较有效的降低噪声的方法。3.1电机的基本尺寸数据下面是实验所用电机的基本参数，如下表3.1所示：表3.1定、转子冲片尺寸(单位mm)2601700.81.114.13.87.710.2600.5114.513.123.2电机的电磁计算3.2.1额定数据及主要尺寸名称公式结果功率11外施相电压（Y接法）—（接法）380输出供电流9.65效率81.5%功率因数0.89极数4定,转子槽数3633定,转子每级槽数98.25定,转子尺寸 见图表3.1__极距13.352定子齿距1.484转子齿距5.71转子斜槽宽1.57每槽导体数30—每相串连导体数338绕组线规4-0.681槽满率164.0419.68—144.360.69铁心长20.01—每相有效串联导体数3203.2.2磁路计算每极磁通1.0106344.28齿部截面积55.855.35空气隙面积184.22波幅系数1.423定子齿磁密1.71917转子齿磁密1.18089定子轭磁密1.56196转子轭磁密1.0569空气隙磁密0.820928磁部磁路计算长度0.390316——0.565516—磁部所需安匝数127.2859.8104轭部所需安匝数105.4489.58751空气隙所需安匝数415.529饱和系数1.32993总安匝667.66满载磁化电流标么值0.713激磁电抗1.4033.2.3参数计算线圈平均半匝长—32.836.018.34双层线圈端部轴向投影长2.64漏抗系数0.0316定子槽单位漏磁导1.10定子槽漏抗0.169定子谐波漏抗0.0828定子端部漏抗0.183定子漏抗0.434转子槽单位磁漏抗2.926转子槽漏抗0.35876319.5转子谐波漏抗1.157Cx转子端部漏抗0.037转子斜槽漏抗0.246转子漏抗0.304总漏抗0.377定子相电阻0.307定子相电阻标么值0.00787转子电阻0.4160.01056满载电流有功部分1.150满载电抗电流0.19261.024满载电流无功部分0.91满载电势0.934空载电势0.9761空载定子齿磁密1.719空载转子齿磁密1.181空载定子轭磁密1.562空载转子轭磁密1.057空载气隙磁密0.821空载定子齿安匝127.285空载转子齿安匝9.8104空载定子轭安匝105.448空载转子轭安匝9.58751空载空气隙安匝415.529空载总安匝667.66空载磁化电流2.684定子电流,1.46215.12定子电流密度6.243线负荷251.21转子电流,1.165317.47转子电流密度,2.972.41定子铝损耗0.051524.6转子铝损耗0.028312.3杂散损耗54.267机械损耗37铁耗1003.382736.60.05340.0444358.90.0326总损耗0.1312输入功率1.1312总损耗比0.116效率88.4%功率因数0.891转差率4.58%0.0176转速1431.27最大转矩

2.723.2.4起动计算起动电流开始假定值（安）65.7起动时漏抗磁路饱和引起漏抗变化的系数查图5138930190.90齿顶漏磁饱和引起定子顶宽度的减少0.71齿顶漏磁饱和引起定子顶宽度的减少0.92起动时定子槽单位漏磁导0.938起动时定子槽漏抗0.543Cx起动时定子谐波漏抗0.116Cx定子起动漏抗0.028考虑导挤流效应的转子导条相对高度1.831转子挤流效应系数1.989起动时转子槽单位漏磁导0.0510.4521.941起动时转子槽漏抗1.091Cx起动时转子谐波漏抗0.501Cx起动时转子斜槽漏抗0.209Cx转子起动漏抗0.0583起动总漏抗0.0838转子起动电阻0.0322起动总电阻0.052起动总阻抗0.116电动电流85.416.07起动转矩2.53

4三相异步电动机低噪声优化方案与对比通过前文对降低噪声方法的研究，结合对三相异步电动机设计结果的分析，选用改变定转子槽配合的方法来降低电磁噪声。通过再次计算、分析和对比参数，最终得出一个优化的设计方案。4.1降低电磁噪声的措施三相异步电动机电磁噪声主要是由定、转子谐波磁场相互作用而产生的随时间和空间变化的一系列径向电磁力波而引起的。其实降低电磁噪声主要是尽量消除径向力波。4.1.1降低气隙磁密从理论上，讲径向电磁力与气隙磁密的平方成正比，故当气隙磁密由变到时，声压级的变化值按下式估算：（4.1）明显降低气隙磁通密度，可以降低电机的电磁噪声，则假定的气隙磁通密度从7500减少到6500高斯高斯：可见的减少了该方法的磁通密度不是很有效，并且会影响电动机的的电磁磁通密度，为在设计中的一个重要参数的函数，温度，效率指标和电机的成本，因此，应仔细选择，但确保电机的性能指标和经济磁通密度低的前提下，不仅有利于削弱电机气隙基波磁场引起的双频率的径向力波可以是过饱和度的核心和提高新一代的极少数的径向力波的可能性。[18]4.1.2加大气隙设气隙为由磁势产生的磁通密度为，则：（4.2）径向力波由任何两个磁通密度波相互作用产生，因此：（4.3）由于振动的幅值与径向力成正比而声功率近似与振动幅值的平方成正比，即：（4.4）故气隙从增大到声功率可降低：（4.5）假设气隙从0.5变到1.0，则：从上面课看出气隙对降低噪声有一定的作用，但发现因此导致了电机的功率因数有所降低，同时空载电流增大时，会使谐波磁动势增大，使谐波磁场有增大的趋势，所以该方法不适合。[19]4.1.3转子采用斜槽由电机学相关知识可以得出，电机转子采用斜槽后，通常，在电机主磁场的谐波是有能力的，即所产生的零阶径向力波的轴向方向上的齿谐波被削弱到可以忽略不计的点。因此，电动机的转子槽是一种非常有效的方法，以减少电动机的电磁噪声，但转子槽的大型电机的电磁噪声减少时，是非常有效的，但具有较大影响力的电动机的功率因数的温度上升，开始螺旋转子一个定子槽距，可以有效地降低电机的电磁噪声，对电动机性能的影响，根据假设的线性系统，电机的振动分析小，声功率的表面的振动的振幅成正比的定子平方，而这又是电机的气隙径向力成正比，所以滑槽之前和之后的声音功率电平的变化：（4.6）式中-斜槽系数但实际电机的噪声级降低，要小于上式的计算值，因为其中略去了扭转力矩与轴向非零阶径向力所产生的振动。因此在设计电机时，能满足电机的性能指标的前提下，转子斜槽可适当放大，来改善电机的电磁噪音。[20]4.1.4改进定转子槽配合定子和转子槽的配合最有效和最经济的方式，是减少电磁噪声的选择，选择相应的插槽，所以要小心选择定子和转子槽。为了避免大振幅，低频率力波，定子和转子的齿的振幅谐波磁场是由定子和转子的槽数来定的，由电机学，可知定转子一阶齿谐波作用产生的力波次数为：（4.7）式中、-定、转子槽数、-极对数定子相带谐波与转子一阶齿谐波作用产生的力波次数（对定子60相带整数槽绕组）为：（4.8）式中定转子二阶齿谐波作用产生的力波次数为：（4.9）在设计时，应尽量避免定转子槽配合产生较低的，另外齿谐波幅值随转子槽数增大而减小。因此，为了降低电机的电磁噪音，在选择定转子槽数时应采用远槽多槽配合，即与相差较大及>，但槽配合还会影响到电机的附加损耗及起动性能，因此，槽配合的选择也应综合考虑。其实对于定转子的槽配合是要结合实际的电动机来定的，所以，我们在电机设计的时候，应该多参考些已经实验很好的槽配合方案。[21]4.1.5其它措施选择合适的定子绕组，如短矩双层绕组，以削弱相带谐波，采用合适的定子绕组连接方法，如多路并联，采用均压线，改善磁场的对称性。增强定子结构的刚度，电机尽量采用直径大，长度短的“矮胖”型，以减小定子机座的径向振动，即降低声辐射效率。采用转子闭口槽，有助于降低定、转子一阶齿谐波相互作用产生的径向力波，但转子闭口槽会影响电机的起动转矩，功率因数及对转子冲片的工艺要求较高。[22]4.2改进槽配合的分析电磁噪声既与磁势谐波磁场有关，也与齿磁导谐波磁场有关,选择合理的槽配合对于降低电磁噪声，进而降低电动机负载噪声具有特殊的意义。[23]4.2.1方案对比在Y160M-411kw电机的基础上，通过改变转子槽数，从而使槽配合由36/33变成36/44，同时也对转子槽的尺寸作相应调整，得出一个新的改进方案，然后计算有关的数据，对比两个方案的主要参数。如下表4.2.1所示：表4.2.1方案对比主要参数方案一方案二定子槽数Q13636转子槽数Q23344转子槽肩宽度bR14.2mm2.6mm定子电密△15.0775.052热负荷1248.51236.4定子齿磁密BT11514215620转子齿磁密BT21462614023定子轭磁密BC11362713728转子轭磁密BC282518381转差率Sn4.58%4.91%效率(标准值)83.72%83.25%功率因数（标准值）0.890.893起动电流倍数ist=6.5（标准值）6.395.874起动转矩倍数Tst=2（标准值）2.7692.827最大转矩倍数TM=2.2（标准值）2.5662.639从上表可以看