小型三相异步电动机的设计毕业设计(编辑修改稿)

小型三相异步电动机的设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

站的总装机容量增长了 倍，也就是十年间翻了一番以上，这不仅表现于发电设备的产量，还表现于单机容量。 下面将国外中小型 电机 的状况简述如下： 60 年代初以来，一些主要工业国家相继发展了中小型电机的新系列，或对原有系列进行了改进。 它们的共同特点是： ○ 1 应用电子计算机进行设计，从而提高了计算精度。 缩短了设计周期，并为获得最佳方案创造了有利条件。 ○ 2 功率等级和安装尺寸尽量和国际电工委员会的标准接近。 ○ 3 注意从“小型轻量化 ”（减轻重量、降低中心高）转为注意“省能化”和“无公害化”，提高效率和降低噪声等。 ○ 4 积极采用新材料。 ○ 5 扩大了原来的功率划分范围，例如将小型感应电机的功率范围已扩大到原来属于中型感应电机的低压部分。 ○ 6 改善结构，提高通用化程度，注意维修使用方便。 萬花樓大学（ 本科毕业设计（论文） 6 3 电机设计 电机设计就是根据用户提出的产品规格（如功率，电压，转速等）、技术要求（如效率、参数、温升限度、机械可靠性要求等），结合技术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。 电机设计的方案概述 ○ 1 电机的主要参数之间的关系 设计一台电机时，必须确定许多尺寸，但其中起主要与决定作用的是电机的主要尺寸。 确定主要尺寸是电机设计的第一步。 电机的主要尺寸是指电枢铁心的直径和长度。 对于直流电机，电枢直径是指转子外径；对于一般结构的感应电机和同步电机，则是指定子内径。 ○ 2 磁路计算 当绕组中通过电流，在电机的有效部分、端部及部分结构零件中就激发了磁场。 磁路计算的目的在于确定产生主磁场所必需的磁化力或励磁磁动势，并进而计算励磁电流以及电机的空载特性。 通过磁路计算还可以校核电机各部分磁通密度选择的是否合适。 ○ 3 参数计算 电阻、电抗是电机的重要参数。 电阻的大小不仅影响电机的经济性，并与电机的运转性能亦有极密切的关系。 在设计电机绕组时，如果选取较高的电流密度，则所用的导体截面就较小，用铜量就较少而电阻就较大。 电阻越大，电机运行时绕组中的电损耗就较大，绕组电流中 的瞬变电流增长或衰减速度则较快。 感应电机转子电阻的大小对其转矩特性影响特别突出。 绕组电抗的大小亦对所设计电机的经济性及运行性能有很大的影响。 一方面漏抗不能过小，否则同步发电机短路时或感应电动机起动时将产生不能允许的电流。 另一方面漏抗又不宜过大，否则会引起同步发电机的电压变化率增大，感应电动机的功率因数，最大和起动转矩降低，直流电机的换向条件恶化等。 因此正确选定及计算这些参数是极其重要的。 ○ 4 损耗与效率 效率是电机的一个重要性能指标，它的高低取决于运行时电机中 所 产生的损耗，损耗 越大，效率就越低。 损耗的大小与所选择的电磁负荷有很大的关系。 为电机设计 7 了降低损耗就得选取较低的电磁负荷以及电流密度等，但这样会增加电机的尺寸及材料的耗用量。 此外，损耗的大小还与材料性能，绕组型式，电机结构等等有密切的关系。 因此要设计出一台性能良好又经济的电机，必须熟悉电机的损耗与这些因素的关系。 ○ 5 感应电机的电磁设计 小型三相感应电动机电磁计算中主要包括：主要尺寸与气隙的确定；定转子绕组与冲片的设计；工作性能的计算； 起 动性能的计算等。 以下电机设计部分在本论文中不做要求，故简述或不述。 ○ 6 电机的冷却 ○ 7 发热计算 ○ 8 结构设计和机械计算 结构设计和机械计算是电机设计的一个组成部分，它主要在电磁设计完成后进行。 其目的是解决机械部分的设计问题，对它的要求是从结构上来保证电机性能，制造时的经济合理和运行可靠性。 从电机的进一步发展来看，除了采用新材料、新技术、新工艺外，很重要的一个方面就是进行结构改进。 具体电机设计 结合表 具体情况设计一台三相异步电动机，对该电动机进行电磁设计，确定电动 机的 主要尺寸、气隙、绕组、冲片、工作性能、起动性能 ， 得到一台合格电机，在此基础上，改变部分参数对该电机进行优化设计，进行方案比较 ， 最终 选取最优 电磁设计 方案。 表 设计任务书原始资料 产品型号 Y200L4 额定功率 30kW 额定电压 380V 相数 3 额定效率 50Hz 联结方式 △ 转速 1475r/m 电流 效率 91% 功率因数 电机设计的具体方案 额定数据和主要尺寸 ○ 1 额定功率 30NP kW ○ 2 外施相电压 3 8 0 ( )NNU U V  接 萬花樓大学（ 本科毕业设计（论文） 8 ○ 3 功电流 313 0 1 0 2 6 . 3 23 3 8 0NKWNPIAmU   式（ ） ○ 4 按照设计任务书的规定 效率 91% ○ 5 按照设计任务书的规定 功率因数 cos  ○ 6 极对数 p=2 ○ 7 定转子槽数 12ZZ、 1）选择定子槽数时应考虑： ，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 1q 一般取为整数。 ，应选用较多的槽数。 但槽数增多时，将增加槽绝缘，减低槽利用率，并增加线圈制造及嵌线工时，对高压电机尤为显着。 一般异步电机 1q 为 2～ 5，功率小、极数多时取较小值，对功率较大的 2 极电机可达 6 ～ 9。 本 毕 业 设 计 中 ， 参 考 类 似 规 格 电 机 取 1 4q ，则1 1 12 2 3 2 4 48Z m pq     。 2)转子槽数 2Z 转子槽数应与定子槽数配合确定，定子、转子槽配合的选择应使电机起动正常，转矩 — 转速特性平滑，起动及运转时无显著振动 ， 电磁噪声，杂散损耗较小。 推荐槽配合 由 下表 三相笼型转子电动机的槽 配合 选取 ，确定定子槽数1=48Z ， 转子槽数 选 2 44Z ,并采用转子斜槽。 表 三相笼型转子电动机的槽配合 极数 定子槽数 转子槽数 极数 定子槽数 转子槽数 2 18 16③ 6 36 26 33 24 20① 54 27 44 58 64 30 22 26① 72 28 56 58 86 36 28 8 48 44 42 34 54 50 58 64 48 40 72 56① 58 86 4 24 22 10 60 64 36 26 28① 32③④ 34② 48 38 44③ 90 72 80③ 106 114 60 38 47 50 ⑴ 电动机运转时，转子一阶齿谐波与定子相带谐波作用产生同步转矩。 ⑵ 可能产生电磁噪声。 电机设计 9 ⑶ 电磁制动运转时，定、转子一阶齿谐波作用产生同步转矩，故不宜用于需在电磁制动状态运转的电机。 ⑷ 堵转时可能产生振动。 ○ 8 定转子每极槽数 11 48 1224p ZZ p  。 22 44 1124p ZZ p   ○ 9 确定电机主要尺寸 电机主要尺寸的基本关系式： 2116 . 1 1i e fp Nm d pPPD l CA B n na K K  式（ ） 由感应电动机计算功率 1 1 1P mEI 式（ ） 及感应电动机额定功率 11cosNNP m U I  式（ ）有 1 1cos NNEPPU   L 等于定子绕组的漏阻抗压降标幺值，则 (1 )L 等于满载电势的标幺值，即电势系数 1 1BLNEK U    ，综上， 1(1 )cosLNPP  。 确定满载电势标么值 ， 由经验公式进行估算 ，有 2 极小型电机 1 0. 92 0. 00 86 6 lnLNP    非 2 极小型电机 1 0. 93 1 0. 01 08 l n 0. 01 3PP     中型电机 1 0 .8 9 2 0 .0 1 0 9 l n 0 .0 1LN PP     0 .9 3 1 0 .0 1 0 8 l n 0 .0 1 3 0 .9 3 1 0 .0 1 0 8 l n 3 0 0 .0 1 3 2 0 .9 3 1 0 .0 3 7 0 .0 2 6 0 .9 4 2BNK P p           求出计算功率 331 3 0 1 0( 1 ) 0 . 9 4 2 3 5 . 6 9 5 1 0c o s c o s 0 . 9 1 0 . 8 7NB L NPP K P V A            式（ ） 初选的 p 、 NmK 、 1dpK 等各量一般只在小范围内变化，因此对功率和转速一定的电 机，其主要尺寸 1iD 和 efl 基本上将由电磁负荷 A和 B 值的大小来确定。 设计感应电动机时，电磁负荷 A 和 B 值是根据制造和运行经验所积累的数据来选取的。 对于中小型感应电机通常取线负荷 A 在 315 10 ～ 350 10 /Am 范围内 ，本毕业设计中选 取 330 10 /A A m ；气隙磁密 B 在 ～ 范围内，本毕业设计中选取  。 萬花樓大学（ 本科毕业设计（论文） 10 2116 . 1 1i e fp N m d pPPD l C VA B n na K K    （单位为 3m ） 式（ ） 式中 NmK —— 气隙磁场波形系数，是有效值与平均值之比。 本毕业设计中，初选NmK =。 p —— 计算极弧系数，是气隙磁密平均值与最大值之比， aVp BB 。 若电机铁心不饱和，气隙磁密分布呈正弦形时， 2 p  ，考虑到一般铁心稍有饱和，设计时 p 可初步选取为 ～。 本毕业设计中初选 p=。 1dpK —— 定子基波绕组系数，可根据选定的绕组型式、槽数和节距算出；在绕组设计前，对双层短距绕组，可先假定 dp1K = ，对于单层绕组，可先假定dp1K =。 本毕业设计中，初选 dp1K =。 由设计任务书原始资料，知道 n=1475r/min ,于是下式得 3p1536 . 1 1 6 . 1 1 3 5 . 6 9 5 1 0V = ( ) ( ) ( ) 0 . 6 6 0 . 9 2 1 . 1 0 3 0 0 0 0 0 . 6 7 1 4 7 5 = 9 . 1 3 2 8 4 . 9 7 5 1 1 0 2 4 . 2 = 0 . 0 1 0 9 9 4d p N mpK K A B nm               表 三相感应电动机主要尺寸比  值的范围 极对数 电机系列 1 2 3 4 Y(IP44) ～ ～ ～ ～ 根据上表 三相感应电动机主要尺寸比  值的范围 ，取  ,代入下式 ,得331 24 0 . 0 1 0 9 9 4 0 . 2 1 01 . 5i pD V m       按定子内外径比求出定子冲片外径 1110 .2 1 0 0 .3 2 8/ 0 .6 4iiDDmDD    根据参考类似电机资料，直径最后确定 1D = 于是 111 ( ) 0 . 3 3 0 . 6 4 0 . 2 1 1 2 0 . 2 1ii DD D mD      铁心的有效长度221 0 . 0 1 0 9 9 4 0 . 2 4 90 . 2 1ef iVl m mD   电机设计 11 取铁心长度 。 （按生产要求，铁心通常采用 5mm 进位）。 ○10 气隙 的确定 通常气隙选取得尽可能的小，以降低空载电流，因为感应电动机的功率因素 主要决定于空载电流。 但是气隙不能过小，否则除影响机械可靠性外，还会使谐波磁场及谐波漏抗增大，导致起动转矩和最大转矩减小，谐波转矩和附加损耗增加，进而造成较高温升和较大噪音。 气隙  的数值基本上决定于定子内径、轴的直径和轴承间的转子长度。 对于功率较小的电机，由经验公式可求的  ： 3 3 3 310 . 3 ( 0 . 4 7 ) 1 0 0 . 3 ( 0 . 4 7 0 . 2 1 0 . 2 3 ) 1 0 0 . 5 8 2 1 0 0 . 6 5 1 0iiD l m m m             取于是铁心有效长度 2 ( 0 . 2 3 0 2 0 . 0 0 0 6 5 ) 0 . 2 3 1 3e f il l m m      转子外径 2。