畢業(yè)設計--y100l-23kw三相鼠籠式異步電動機的電磁設計

1、<p>　　學 士 學 位 論 文</p><p>　　THESIS OF BACHELOR</p><p>　?。?007—2011年）</p><p>　　題 目: 三相鼠籠型異步電機設計（Y100L-2 3KW） </p><p>　　英文題目: Design of three phases squirrel-c

2、age </p><p>　　asynchronous motor （Y100L-2 3kW） </p><p>　　學 院: 系 別: 工程技術系 </p><p>　　專 業(yè): 電氣工程及其自動化 </p><p>　　班 級:

3、 7電氣本 </p><p>　　學生姓名: </p><p>　　學 號: </p><p>　　指導老師: </p>

4、<p>　　起訖日期: 2011年2月1日－2011年5月10日 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要1</b></p><p>　　Abstract2</p><p>　　第1章 三相異步電動機原理4</p>

5、;<p>　　1.1三相異步電動機的額定數(shù)據(jù)與技術指標4</p><p>　　1.1.1三相異步電動機的名牌額定數(shù)據(jù)4</p><p>　　1.1.2.三相異步電動機的主要技術經濟指標5</p><p>　　1.2三相異步電動機的工作原理5</p><p>　　1.3三相異步電動機的功率關系6</p>&

6、lt;p>　　1.4三相異步電動機的機械特性和工作特性7</p><p>　　1.4.1三相異步電動機的機械特性7</p><p>　　1.4.2.三相異步電動機的工作特性8</p><p>　　第2章 電機設計理論9</p><p>　　2.1電機設計的概況9</p><p><b>　　2

7、.2電磁設計9</b></p><p>　　第3章 畢業(yè)設計要求及結果分析12</p><p>　　3.1手算程序12</p><p><b>　　附錄113</b></p><p>　　附表3.1三相異步電動機Y100M-2 3KW手算步驟與結果13</p><p>　　1

8、3.2優(yōu)化方案30</p><p><b>　　總 結34</b></p><p><b>　　參考文獻35</b></p><p><b>　　致 謝36</b></p><p>　　附錄3.CAD圖37</p><p>　　Y100L

9、-2 3kW三相鼠籠式異步電動機的電磁設計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文介紹了異步電機的特征、類型和用途，從而引出三相異步電動機的類型和結構，進一步闡述了三相異步電動機的額定數(shù)據(jù)、技術要求、工作原理、功率平衡關系、機械特性和工作特性等。這些都是為下一步的電動機設計做準備的。</p><p>　　電動機設

10、計是個復雜的過程，需要考慮的因素和確定的尺寸、數(shù)據(jù)很多，因此遇到錯綜復雜的矛盾。而本文全面地、綜合地看待了這個問題，充分協(xié)調了電動機的耗材量與各項性能之間以及技術指標和經濟指標之間的關系。作者先按照電動機的手算程序進行手算工作，了解了國家的有關標準規(guī)定，熟悉了電動機各項指標之間的大致關系，為優(yōu)化方案打了個基礎。方案一中在追求節(jié)省材料時，會導致電機性能降低。方案二中采取措施提高效率、功率因數(shù)也會使起動電流變大。因此，綜合考慮各方面得失，最

11、后得出一個既節(jié)省材料又提高性能的方案。</p><p>　　關鍵詞：異步電動機；設計；優(yōu)化；繪圖</p><p>　　Design of three phase squirrel-cage</p><p>　　asynchronous motor（Y100L-2 3kW）</p><p><b>　　Abstract</b&g

12、t;</p><p>　　This paper shows the character, type and usage of induction motor. In succession, it introduces the type and framework of three phase squirrel-cage asynchronous motor, and farther set forth its r

13、ated data, technical specification, operation theory, power equation, mechanism specialty, running specialty and so on. This is the groundwork to the design of motor.</p><p>　　Constructing a motor is a compl

14、exity. The designer must consider many factors and ascertain lots and lots of sizes and dates, and therefore barge up against reticule illogicality. However, this study treats the problem all-sided and synthetically, and

15、 that well harmonizes the material wastage, capabilities, technical dates as well as economical dates. After the handworker count, the designer has known about the national criterion and is up on the rough connections am

16、ong the specifications, which</p><p>　　keywords: induction motor；design；optimize；plot</p><p><b>　　緒 論</b></p><p>　　電機在當代各個領域中得到了廣泛的應用電動機是工農業(yè)中生產機械和日常生活中各種電器最重要的原動力和驅動裝置。

17、異步電動機是其中應用最廣、需要量最大的，據(jù)統(tǒng)計，全世界每年發(fā)電量的70%--80%消耗在各種類型的電動機上，而其中中小型異步電動機的用電量占總發(fā)電量的40%左右。尤其紡織、大型機械加工等特殊工業(yè)部門中，異步電動機的用電量占70%以上。異步電動機結構簡單、運行可靠、堅固耐用，具有適用的工作特性，但缺點是功率因數(shù)較差，在運行時，必須從電網(wǎng)吸收滯后性的無功功率。</p><p>　　異步電機與直流電動機、三相同步電動機

18、不同，其轉子繞組無需與其它電源連接，因此具有結構簡單、使用方便、運行可靠，以及制造容易，成本低廉等優(yōu)點。異步電機有較高的運行效率和較好的工作特性，從空載到滿載范圍內接近恒速運行，能滿足大多數(shù)工農業(yè)生產機械的傳動要求。異步電機還便于派生成各種防護型式，以適應不同環(huán)境條件的需求。由于異步電動機的轉速n與其旋轉磁場轉速n1有一定的轉差關系，其調速性能較差，對要求較寬廣和平滑調速范圍的交通運輸機械、印染及造紙機械等，采用直流電機較經濟、方便。異

19、步電動機由于電網(wǎng)的功率因數(shù)可以用別的辦法進行補償，因而這一點并不妨礙異步電動機的廣泛使用。</p><p>　　因此，對異步電動機深入研究是非常必要和有意義的，要盡量節(jié)省異步電動機的材料用量，改善效率和功率因數(shù)等性能，使其能更好地適用于生產需要。</p><p>　　第1章 三相異步電動機原理</p><p>　　1.1三相異步電動機的額定數(shù)據(jù)與技術指標</p

20、><p>　　1.1.1三相異步電動機的名牌額定數(shù)據(jù)</p><p><b>　　1)．型號 </b></p><p>　　Y系列國產三相異步電動機型號是按國際電工委員會IEC標準設計生產的新系列三相電動機，它是以電動機中心高為依據(jù)編制型號譜的，如：</p><p>　　“Y100M-2”——Y：異步電動機；100：中心高

21、100mm；M：中機座（L-長機座，S-短機座）；2：2極。</p><p><b>　　2)．額定值</b></p><p>　?。?）額定功率（PN）：指電動機在額定運行時，軸端輸出的機械功率，單位為瓦（W）或千瓦（KW）。</p><p>　?。?）額定電壓（UN）：指電動機在額定運行時，加在定子繞組上的線電壓，單位為伏（V）。如果銘牌上

22、標有兩個電壓數(shù)據(jù)。</p><p>　　（3）額定電流（IN）：指電動機在額定電壓下，軸端輸出額定功率時，定子繞組中的線電流，單位為安（A）。</p><p>　?。?）額定頻率（fN）：指輸入交流電（即電網(wǎng)）的頻率，我國規(guī)定的電網(wǎng)頻率為50HZ，除出口電動機（多為60HZ）外，國內用的異步電動機的額定頻率都是50HZ。</p><p>　?。?）額定功率因數(shù)（）：

23、指電動機額定運行時，定子相電壓與相電流之間的相位差。</p><p>　?。?）額定轉速（nN）：指電動機在額定頻率、額定電壓下，且軸端輸出額定功率時，轉子每分鐘的轉速，單位為轉/分（r/min）。</p><p>　?。?）額定效率（ηN）：指電動機在額定運行時的效率。</p><p>　?。?）絕緣等級：指電動機在額定運行時，繞組允許的溫度升高值（即繞組的溫度比

24、周圍空氣穩(wěn)定高出的數(shù)值）。允許溫升的高低取決于電動機使用的絕緣材料。絕緣材料的耐熱等級見表1-1，也有些電動機制造廠在銘牌上直接給出電動機的允許溫升。</p><p>　　表1.1 絕緣材料的耐熱等級</p><p>　　(9)標準編號：指電動機產品按這個標準生產，技術數(shù)據(jù)能達到這個標準的要求。例如國際GB755-2000。</p><p>　?。?0）工作制或定額

25、：指三相電動機的運行狀態(tài)，即允許連續(xù)使用的時間，分為連續(xù)、短時、斷續(xù)周期三種。連續(xù)工作制（S1）的電動機在銘牌規(guī)定的額定負載范圍內允許長期連續(xù)使用。短時工作（S2）的電動機在銘牌規(guī)定的條件下，只能在規(guī)定的時間內短時運行，短時運行的持續(xù)時間標準有四種：10min、30min、60min及90min，達到規(guī)定的時間后必須停機，待三相電動機完全冷卻后才可以開機運行。斷續(xù)周期工作制（S3）的電動機在銘牌規(guī)定的額定值下只能斷續(xù)周期性使用，斷續(xù)運行

26、常以負載持續(xù)率百分數(shù)表示，標準負載持續(xù)率分為四種：15%、25%、40%、60%，每周期為10min。</p><p>　　1.1.2.三相異步電動機的主要技術經濟指標</p><p>　　效率（η）：指電動機輸出機械功率與輸入電功率之比,通常用百分數(shù)表示。</p><p>　　功率因數(shù)（）：指電動機輸入有效功率與視在功率之比。</p><p&g

27、t;　　堵轉電流（IK）：指電動機在額定電壓、額定頻率和轉子堵住時從供電回路輸入的穩(wěn)態(tài)電流有效值。</p><p>　　堵轉轉矩（TK）：指電動機在額定電壓、額定頻率和轉子堵住時所產生的最小測得值.。</p><p>　　最大轉矩（Tmax）：指電動機在額定電壓、額定頻率和運行溫度下,轉速不發(fā)生突降時所產生的最大轉矩。[5]</p><p>　　1.2三相異步電動機

28、的工作原理</p><p>　　三相對稱的繞組通過三相對稱的電流產生旋轉的磁場，其轉速即為同步速n1=60f/p；轉子直流勵磁產生固定磁極；輔助電動機起動轉子旋轉，當轉子轉速接近同步n1時，其異性磁極就被旋轉磁場拉住，即定子旋轉磁場就拖著固定磁場（轉子）以轉速n（n<n1）旋轉，實現(xiàn)電能轉換為機械能。故稱為三相異步電動機。</p><p>　　轉差率（s）：同步轉速n1和電動機轉子轉

29、速n之差與同步轉速n1的比值。</p><p>　　其實，異步電機有三種運行狀態(tài)：（a）電動機運行；（b）發(fā)電機運行；（c）電磁制動運行。具體如下：</p><p>　　(a)電動機狀態(tài)（0<s<1）：輔助電動機起動轉子旋轉，當轉子轉速接近同步時，其異性磁極就被旋轉磁場拉住，持續(xù)以轉速n(n<n1)旋轉。電機從電網(wǎng)吸收電功率，經過氣隙的耦合作用從軸上輸出機械功率。<

30、/p><p>　　(b)發(fā)電機狀態(tài)（s<0）：原動機拖動轉子以n(n<n1)轉速旋轉，轉子導體相對磁場運動切割磁力線，產生感應電動勢，進而產生電流。電機從軸上吸收機械功率，經過氣隙耦合再向電網(wǎng)輸出電功率。</p><p>　　(c)電磁制動狀態(tài)(s>1)：轉子逆著磁場方向旋轉（n<0），電機既從電網(wǎng)吸收電功率又從軸上吸收機械功率，消耗在電機內部。[5]</p>

31、;<p>　　1.3三相異步電動機的功率關系</p><p>　　三相異步電動機以轉速穩(wěn)定運行時，定子繞組從電源輸入的電功率為</p><p>　　定子銅損耗為 </p><p>　　轉子鐵損耗很小，可忽略不計，故鐵損耗主要是定子鐵心損耗：</p><p><b>　　電磁功率：<

32、;/b></p><p><b>　　電磁功率也可表示為</b></p><p>　　轉子繞組中的銅損耗為</p><p>　　電磁功率PM減去轉子繞組中的銅損耗PCu2就是等效電阻上的損耗。這部分等效損耗實際上是傳輸給電機轉軸上的機械功率，用PM表示。它是轉子繞組中電流與氣隙旋轉磁通密度共同作用產生的電磁轉矩，帶動轉子以轉速旋轉所對應的

33、功率。</p><p>　　電動機在運行時，會產生軸承以及風阻等摩擦阻轉矩，這也要損耗一部分功率。把這部分功率叫做機械損耗，用pm表示。</p><p>　　在異步電動機中，除了上述各部分的損耗外，由于定、轉子開了槽和定、轉子磁動勢中含有諧波磁動勢，還要產生一些附加損耗，用pa表示。pa一般不易計算，往往根據(jù)經驗計算，在大型異步電動機中，pa約為輸出額定功率的0.5%；而在小型異步電動機中

34、，滿載時可達輸出額定功率的1%-3%或更大些。</p><p>　　機械功率Pm減去機械損耗pm和附加損耗pa,才是轉軸上真正輸出的功率,用P2表示。</p><p>　　可見異步電動機運行時，從電源輸入電功率P1到轉軸上輸出功率P2的全過程為</p><p>　　從以上功率關系定量分析中看出，異步電動機運行時，電磁功率、轉子回路銅損耗和機械功率三者之間的比例關系是

35、</p><p><b>　　[5]</b></p><p>　　1.4三相異步電動機的機械特性和工作特性</p><p>　　1.4.1三相異步電動機的機械特性</p><p>　　三相異步電動機的機械特性是指電動機轉速n與電磁轉矩M之間的函數(shù)關系，即n=f(M)。三相異步電動機的機械特性有不同的表達形式，如物理表達式

36、、參數(shù)表達式和實用表達式。本文中僅介紹參數(shù)表達式。</p><p>　　三相異步電動機的電磁功率為</p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　　所以，電磁轉矩為</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p&g

37、t;　　三相異步電動機近似等值電路如下：</p><p><b>　　圖2.1</b></p><p><b>　　由圖可知：</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　而

38、 （4）</p><p>　　由式（2）、（3）、（4）得出：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　式（5）即為三相異步電動機機械特性的參數(shù)表達式。[5]</p><p>　　1.4.2.三相異步電動機的工作特性</p><p>　　三相異步電動機的工作特性是

39、指在電動機的定子側加額定電壓，電壓的頻率又為額定值時，電動機的轉速n、定子電流I1、功率因數(shù)、電磁轉矩T、效率η等與輸出功率P2的關系。即：</p><p>　　U1=UN、f1=fN時，n，I1，，T，η=f(P2).</p><p><b>　?。?）效率特性：</b></p><p>　　，電機空載時，P2=0, η=0，隨著輸出功率P2

40、的增加，效率η也增加，當鐵損耗與機械損耗之和等于定、轉子銅損耗之和時，電動機的效率達到最大。但當負載繼續(xù)增大時，效率反而降低。一般來說，電動機的容量越大，效率越高。</p><p>　?。?）功率因數(shù)特性：電動機運行時必須吸取滯后無功功率，其功率因數(shù)總小于1?？蛰d時，功率因數(shù)很低，不超過0.2。當負載增大時,定子電流中的有功電流增加，使功率因數(shù)提高,額定負載時最高，如負載再增大,功率因數(shù)又反而減少。</p&

41、gt;<p>　?。?）定子電流特性I1=f(P2)：空載時，轉子電流差不多為零，定子電流等于勵磁電流，隨著負載的增加，轉速下降，轉子電流增大，定子電流也增大。</p><p>　?。?）電磁轉矩特性T=f(P2)：空載時，電磁轉矩T=T0。隨著負載增大，P2增大，但由于機械角速度Ω變化不大，電磁轉矩T隨P2的變化近似為一條直線。</p><p>　?。?）轉速特性n=f(P

42、2)：空載時，轉速n接近n1，隨著負載的增加，轉速n略微降低，隨著輸出功率P2的增加，轉子轉速n下降，轉差率s增大。[5]</p><p>　　第2章 電機設計理論</p><p>　　2.1電機設計的概況</p><p>　　電機設計的任務可歸納為四要點：1、滿足用戶提出的產品規(guī)格（如功率、電壓、轉速等）和技術要求（如效率、參數(shù)、溫升限度、機械可靠性等）；2、貫徹

43、國家的技術經濟政策，結合生產的經濟性和可靠性；3、運用有關的理論和計算方法4、正確處理設計時遇到的各種矛盾。</p><p>　　電機設計的目的就是設計性能好、體積小、運行可靠、維修方便的電機。電機設計時通常給定數(shù)據(jù)：額定功率、額定電壓、相數(shù)及相間連接方式、額定頻率、額定轉速或同步轉速、額定功率因數(shù)。在此次的中小型異步電動機的設計中，以上6個數(shù)據(jù)都已給出。</p><p>　　總的電機設計

44、分三個階段：準備階段、電磁設計、結構設計。</p><p><b>　?。ㄒ唬蕚潆A段</b></p><p>　　首先是熟悉國家標準，收集相近電機的產品樣本和技術資料，并聽取生產和使用單位的意見與要求；然后編制技術任務書或技術建議書。</p><p><b>　?。ǘ╇姶旁O計</b></p><p&

45、gt;　　根據(jù)技術條件或技術任務書的規(guī)定，參照生產實踐經驗，通過計算和方案比較，來確定與所設計電機電磁性能有關的尺寸和數(shù)據(jù)，選定有關材料，并核算其電磁性能。</p><p><b>　?。ㄈ┙Y構設計</b></p><p>　　確定電機的機械結構、零部件尺寸、加工要求與材料的規(guī)格及性能要求，包括必要的機械計算及通風和溫升計算。通常，首先根據(jù)技術條件或技術任務書（技術

46、建議書）中規(guī)定的防護型式、安裝方式與冷卻方式，再考慮電磁計算中所選負荷的高低，來選取合適的通風冷卻系統(tǒng)；然后安排產品的總體結構，繪制總裝配草圖。然后分別繪制部件的分裝配圖和零件圖，并對總裝配草圖進行必要的修改。</p><p>　　由于本次設計主要針對電磁設計，故只對電磁設計部分作重點介紹。[2]</p><p><b>　　2.2電磁設計</b></p>

47、<p>　　電磁設計分四大步驟：</p><p>　　1.額定數(shù)據(jù)及主要尺寸；2.磁路計算；3.參數(shù)計算；4.起動計算。</p><p>　　一個好的設計方案應該達到節(jié)省材料的目標，即將定子用銅量、轉子用鋁量、硅鋼片用量盡量降到最小，另外，電機性能良好，即效率和功率因數(shù)應該盡可能大、起動電流盡可能小、起動轉矩倍數(shù)和最大轉矩倍數(shù)盡量大。然而，電機的各項性能之間以及技術指標和經濟

48、指標之間，經常存在矛盾，長了此短了彼。例如，當采取措施改善某個性能時，常會使其他一些性能變差，因此必須全面照顧。又如，在設計電機時，不能片面追求體積小和材料省，因為這樣容易導致電機性能變差，特別是效率降低，加工工時增加，而使運行費用或制造成本上升，并造成浪費。因此，設計人員必須全面、綜合地看問題。</p><p>　　以下著重介紹電機的五個性能指標及改善方法</p><p><b&g

49、t;　　1．效率η</b></p><p>　　是電動機所有損耗標幺值之和：。</p><p>　　針對本次設計，由于風摩損耗和雜散損耗基本上不容變動，所以，通常導致效率低的原因有定子銅損耗大、轉子鋁損耗大、鐵損耗大。針對不同原因，采取不同的措施來提高效率。</p><p>　　1）定子銅損耗大：降低定子繞組電阻，可采取的措施：a.增大導條面積，減少每相

50、導體數(shù)；b.減少每槽導體數(shù)；c.減少繞組端部長度。</p><p>　　2）轉子鋁損耗大：降低轉子繞組電阻，可采取的措施：a.增大轉子槽面積；b.增大端環(huán)尺寸。</p><p>　　3）鐵耗大：降低定子鐵心磁密，a.減少定子內徑，改變定子槽型適當?shù)亟档投ㄗ哟琶?，使定、轉子齒、軛部磁密和損耗分配合理；b.增加鐵心長，降低旋轉鐵耗；c.減少定、轉子槽口寬度以及采用閉口槽和磁性槽鍥；d.增加定子

51、繞組匝數(shù)實現(xiàn)。</p><p><b>　　2．功率因數(shù)</b></p><p>　　導致效率低的原因通常是磁化電流大和漏電抗大。當磁化電流大：可以通過a.增加定子繞組每槽導體數(shù)；b.使磁通密度下降增加鐵心長；c.減少氣隙；d.調整槽型尺寸，使定、轉子齒、軛部磁密分布合理四種方法來降低磁化電流。而減少每槽導體數(shù)、減少鐵心長或改變槽型尺寸來減少槽漏抗都可以減小漏電抗。&

52、lt;/p><p>　　3．起動電流倍數(shù)ist</p><p>　　歸根結底，漏抗過小導致起動電流過大。要降低起動電流，可通過以下方法來增大漏抗：增加每槽導體數(shù)；改變定轉子槽型，使槽變成深而窄；減少槽口，肩部斜度增加，使漏磁磁路不至于過分飽和。</p><p>　　4．起動轉矩倍數(shù)Tst</p><p>　　SN是對應于額定轉速的轉差率。<

53、/p><p>　　一般說來，起動轉矩越大越好。通常起動轉矩太小是因為漏電抗太大或轉子電流太小。針對漏電抗太大，可采取措施：適當減少定子繞組每槽導體數(shù)和改變定轉子槽型，增加槽寬減小槽高。而當轉子電流太小時，則可以通過改變轉子槽型使槽增加擠流效應和適當縮小槽面積和端環(huán)面積來增大電流從而增大起動轉矩。</p><p>　　5．最大轉矩倍數(shù)Tmax</p><p>　　通常最大

54、轉矩倍數(shù)大好。導致最大轉矩倍數(shù)太小的緣故也是因為漏電抗太大或轉子電流太小。因此，增大最大轉矩倍數(shù)的方法與增大起動轉矩的方法是一樣的。[2]</p><p>　　第3章 畢業(yè)設計要求及結果分析</p><p><b>　　3.1手算程序</b></p><p>　　設計中小型三相異步電動機，型號是Y100L-2 3KW。給定數(shù)據(jù)：輸出額定功率PN

55、=3KW,額定電壓UN=220V（Y接法），額定頻率為50HZ，極數(shù)是2，相數(shù)m1=3，B級絕緣，外殼的防護等級為IP44，冷卻方式為IC0141。主要性能指標按技術JB3074-82規(guī)定，依照手算電磁計算程序，進行各個項目的核算，具體步驟詳見附表3.1。通過手算鞏固所學的電機學與電機設計的理論知識，熟悉電機設計的整個過程，對各個參數(shù)對消耗硅鋼片、銅、鋁等材料量與電機性能的影響有了更深的理解。從而給下一步的三個優(yōu)化方案的研究和調試打下基

56、礎。[14]</p><p><b>　　附錄1</b></p><p>　　附表3.1三相異步電動機Y100M-2 3KW手算步驟與結果</p><p><b>　　3.2優(yōu)化方案</b></p><p>　　電機設計是個很復雜的過程.由于牽扯的問題眾多,所以需要考慮的因素和確定的尺寸,數(shù)據(jù)很多,

57、在這過程中我們難免會碰到許多相互關聯(lián)的問題.因此在設計中就必須全面地考慮問題,并且能夠根據(jù)設計任務來針對具體情況采取不同的解決方法.例如電機的各項性能之間以及技術指標和經濟指標之間經常出現(xiàn)矛盾.片面追求體積小和節(jié)省材料容易導致電機性能降低,特別是效率降低,加工工時增加,從而使運行費用或制造成本上升,并造成浪費.所以我們必須對設計結果進行優(yōu)化,來達到在符合設計要求下的最佳方案.</p><p>　　一般三相感應電動

58、機的各項主要性能指標是：效率；功率因數(shù)；最大轉矩倍數(shù)；起動轉矩倍數(shù)；起動電流倍數(shù)；鐵重；銅重</p><p>　　1.方案一（節(jié)省材料）</p><p>　　為了在手算方案基礎上節(jié)省材料（定子銅重和硅鋼片重），本方案中采取的措施是：在手算方案的基礎上保持電機的各主要尺寸參數(shù)都保持不變，將電機的鐵心長度L從100mm減小到95mm, 使得電機的鐵心長度減小。優(yōu)化方案下電機的主要性能指標如下表

59、所示：</p><p>　　下面列舉手算方案和優(yōu)化方案一的槽滿率、主要性能指標和材料用量數(shù)據(jù)進行對比：</p><p>　　表1.1 方案一的數(shù)據(jù)對比</p><p>　　由表1.1可以看到，與原方案設計值相比較：槽滿率不變，材料消耗（用銅量和用鐵量）減少，但效率有所減小，功率因數(shù)也有所下降，起動轉矩倍數(shù)和最大轉矩倍數(shù)都有所增大，但起動電流變大了。</p&g

60、t;<p><b>　　分析如下：</b></p><p>　　每臺定子導線重：……公式（1），C是考慮導線絕緣和引線重量的系數(shù)，漆包圓銅線取1.05，漆包圓鋁線取1.1；是導線比重，鋁為2.7，銅為8.9。</p><p>　　每臺硅鋼片重：……公式（2）,KFe是鐵心壓裝系數(shù)；Δ是沖剪余量（厘米）。</p><p>　　由公式

61、2可知,由于鐵心壓裝系數(shù)和沖剪余量不可改變,所以要減小硅鋼片用量，只能通過減小鐵心長度和定子外徑來實現(xiàn)。尤其是減小定子外徑對節(jié)省硅鋼片用量非常明顯，但卻會引起定子軛面積減小而增大定子軛部磁密，從而增大磁化電流引起定子電流和轉子導條電流增大導致定子銅損耗和轉子鋁損耗增大。同時，由于定子軛部磁密的增大導致單位鐵耗上升，最終使得鐵損耗增大。定子銅損耗、轉子鋁損耗和鐵耗的增大都導致同一個后果，那就是效率的降低。減小鐵心長度，一方面減小了用鐵量&

62、lt;/p><p>　　2.方案二（提高性能）</p><p>　　為了在手算方案基礎上提高性能（性能指標有效率、功率因數(shù)、起動電流倍數(shù)、起動轉矩倍數(shù)和最大轉矩倍數(shù)），我在本案中采取的措施是：在其他條件不變的情況下減小轉子槽寬到5.2（原值6.6）、增大轉子槽高到15.3（原值15.2）氣息減小到0.35使槽型變深變窄。</p><p>　　下面列舉手算方案和優(yōu)化方案二

63、的槽滿率、主要性能指標和材料用量數(shù)據(jù)進行對比：</p><p>　　表1.2 方案二的數(shù)據(jù)對比</p><p>　　與原方案設計值相比較：效率和功率因數(shù)都提高了，起動轉矩倍數(shù)有所增大，最大轉矩倍數(shù)和起動電流變小了，總體上來說性能變好了。另外，槽滿率不變，用銅量減不變。</p><p>　　分析如下：通過前面兩個方案的分析可知，節(jié)省材料和提高性能存在矛盾。比如減小鐵

64、心可減少材料，而功率因數(shù)卻因為鐵心的減小而會下降；減小每槽導體數(shù)可節(jié)省材料，但由由于定子電壓基本不變，每槽導體數(shù)減小，磁通必增加,那么磁密會增大，進而所需總安匝增加，功率因數(shù)下降。因此，在調試時，必須左右權衡，需要多次反復調試，才能使各項指標達到要求。在本方案中，為了減小硅鋼片用量，只能通過減小定子外徑或減小鐵心長兩種方法來實現(xiàn)，但在調試過程中，可以發(fā)現(xiàn)即使是最小限度地減小鐵心長（減小5mm）也會大大地降低效率和功率因數(shù)。在調試過程中，

65、曾采用減少每槽導體數(shù)來提高功率因數(shù)，但由于會導致起動電流過大，所以這一方法不可取。因此，鐵心長不能改變。故不得不減小定子外徑，但采用這種方法同樣會降低效率和功率因數(shù)，為補償效率和功率因數(shù)，通過減小定子槽寬、槽半徑和增大線圈直線部分伸出鐵心長來實現(xiàn)，同時這一措施也可以減少定子用銅量，可謂一舉雙得。但是定子槽形減小會使得嵌線困難而不可片面追求。但是，即使定子外徑只減小很少，其導致的效率和功率因數(shù)下降，通過減小定子槽形和線圈直線部分伸出鐵心長

66、都不足以彌補，所以效率和功率因數(shù)最終下降，起</p><p>　　優(yōu)化小結：在兩個優(yōu)化設計方案中，相對來說第一個方案最不理想，雖然用銅量和用鐵量最少，但效率和功率因數(shù)都下降了。第二個方案性能最好，只有起動電流稍有變小，而且減少了用銅量，單就提高性能來說算是一個不錯的方案。</p><p><b>　　總 結</b></p><p>　　歷時三

67、個多月，終于完成了設計并撰寫了論文。畢業(yè)設計是接受四年高等教育過程中做的最大的設計項目，是一個復雜的過程。在設計初期階段，反復的手算枯燥而乏味,.一度讓我覺得望不到頭。在此設計中，其中一個定子齒磁密無論如何達不到要求，不得已停滯不前，浪費大量的時間，耽誤了進程，以致后面的工作安排得非常緊張。通過反復的手算，鞏固所學的電機學與電機設計的理論知識，熟悉電機設計的整個過程，了解了各步計算的意義，對各個參數(shù)對消耗銅、鐵等材料與電機性能的影響有了

68、更深的理解。從而給下一步的三個優(yōu)化方案的研究和調試打下基礎。但電機設計畢竟是復雜的，在設計三個優(yōu)化方案的時候，開始的時候也不知道如何下手，只能找出與所需改良物理量相關的全部參數(shù)，分析它的作用，試著一個一個改變，由于沒有系統(tǒng)的程序只能依靠計算機計算來調試，需查表和查圖的地方仍需手工來做，因此頗費時間和精力。尤其在設計第三個優(yōu)化方案的時候，為達到節(jié)省材料的目標，即將定子用銅量、轉子用鋁量、硅鋼片用量減少，采用減小定子外徑和鐵心長的措施，但這

69、樣會極大地降低效率和功率因數(shù)，即使通過減小定子槽形和減小線圈直線部分伸出失心長來補償都收效甚微。而且定子槽形和線圈</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1].電力拖動,戴文進主編,電子工業(yè)出版社</p><p>　　[2].電機設計，陳世坤主編，機械工業(yè)出版社</p><p>　　[3]

70、.電機的計算機輔助設計與優(yōu)化技術，王沖權著，上海交通大學出版社</p><p>　　[4].電力系統(tǒng)分析，何仰贊、溫增銀著，華中科技大學出版社 </p><p>　　[5].電機學，李發(fā)海、朱東起編著，科學出版社</p><p>　　[6].電工技術手冊,周希章主編，中國電力出版社</p><p>　　[7].電機與電力拖動,邱阿瑞主編,電子

71、工業(yè)出版社</p><p>　　[8].異步電動機檢修設計，楊利軍、彭濤主編，福建科學技術出版社</p><p>　　[9].電氣工程CAD，劉增良、劉國亭主編，中國水利水電出版社</p><p>　　[10].中小型電機“十五”發(fā)展戰(zhàn)略，傅豐禮、倪文乞著，中小型電機</p><p>　　[11]. 高效率三相異步電動機研究與應用情況綜述，李

72、景燦著，中小型電機</p><p>　　[12].降低三相異步電動機電磁噪聲，胡新晚著，大電機技術</p><p>　　[13].三相異步電動機參數(shù)的確定，張建華、楊鵬著，中小型電機</p><p>　　[14].中小型三相異步電動機電磁設計手算程序，南昌大學電氣自動化系電機教研室編</p><p><b>　　致 謝</b

73、></p><p>　　本論文的撰寫歷時三個月,在此期間得到了楊莉老師的細心指導與幫助。運算過程中曾遇到了很多困難，楊老師幫我研究分析，非常感激她!老師嚴謹?shù)目蒲凶黠L與淵博的學識使我受益匪淺。此外，在此期間不少同學也給予了我很大的幫助與支持，在此衷心地感謝他們！</p><p><b>　　附錄3.CAD圖</b></p><p><