y100l-23kw三相鼠笼式异步电动机设计(编辑修改稿)

y100l-23kw三相鼠笼式异步电动机设计(编辑修改稿)内容摘要：

ration characteristics, designed for the motor to make the necessary preparations for the theory. It put forward the end of the optimized design, and gives the theoretical analysis which is about the direction of research. Keyword: Threephase asynchronous motor。 design。 electromagic parameters。 performance。 optimization program 1 前 言 电动机是作为使用电能的动力源进步和发展起来的，在今天，电动机技术仍然是支撑人们日常生活的关键技术。 电动技术机械设备的关键组成部分。 三相异步电动机又称为三相感应电动机，感应电动机是基于气隙旋转磁场与转子绕组中感应电流相互作用产生电磁转矩，从而实现能量转换的一 种交流电动机。 由于转子绕组电流是感应产生的，因此称为感应电动机。 感应电动机与其它电动机相比，具有结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠及重量轻成本低等优点。 此外感应电动机还还便于派生各防护型式以使用不同环境条件的需要，也有较高的效率和较好的工作特性。 由于感应电动机具有上述许多优点，它是电动机领域中应用最广泛的一种电动机。 例如 :中小型轧钢设备 ,矿山机械 ,机床 ,起重运输机械 ,鼓风机 ,水泵 ,和农副产品加工机械等都大部分采用三相异步电动机来拖动。 2 第 1 章 概 述 我国电机制造工业发展近况与发展趋势 随着我国改革开放的进一步深入以及 WTO 的加入，我国小功率电机又迎来了一个全新的发展阶段，这一阶段大量的外资企业进入我国，在为我们带来先进的管理经验的同时也带来了先进的技术和生产设备。 国内企业借机吸收引进国外先进的技术，投入大量资金进行技术改造，引进不少先进制造设备和测试设备，大大提升了国内小功率电机行业的技术水平。 随着 CAD/CAM 等软件进行计算机辅助设计、辅助制造技术的大量应用以及以计算机控制的柔性制造系统、主体仓库、机器人进行装配等的组合，由计算机控制材料、部件的供应管理达到全厂高效率、高质量的全自 动化均衡生产的实现，产品研发和生产周期大大缩短，制造成本显著降低；电子计算机和电力电子技术的发展使小功率电机产品进入了一个新时期，交流变频调速已经逐步取代直流电机调速，逆变器与异步电机结合一体，有标准的电机安装尺寸、调速比 10∶ 1的逆变器电动机已经工业化生产，有程序控制功能的智能电动机、开关磁阻电动机等已经应用于各个领域，显示出显著的技术优势，无刷直流电动机、盘式永磁直流电动机、薄型稳速电动机等产品也以较高速度发展；再加上新型稀土磁钢的使用，使小功率电机本机制作体积越来越小；再则电机与整体结构一体化技术的引入进一步缩小了体积，简化了结构，提高了系统精度和可靠性，集电子技术、微电子技术、传感器技术于一体的小功率电机不仅可实现多功能，而且可借助计算机记忆、运算、处理功能提高电机控制精度和灵敏度，成为智能化产品。 所有这些新材料、新技术的应用都不断促使小功率电机日益朝着薄型化、智能化和机电一体化方向发展。 据统计，我国电机耗电占全国耗电量的 60%以上，其中小型三相异步电机耗电约占 35%， 中国各类电动机的装机容量已超过 4 亿 kW，其中异步电动机约占90%，中小型电动机约占 80%，拖动风机水泵及压缩机类机械的电动 机约 亿kW。 所以在我国开发推广高效电机是提高能源利用率的重要措施之一，也符合国际发展趋势。 我国目前已具备了生产高效电机的技术条件，但由于市场条件不够成熟，产量和市场容量都较小。 1999 年高效电机国内市场占有率仅 2%， 2020 年为%； 2020 年也只有 %，其中 70%以上为出口。 3 异步电机的种类 ： (1) Y(IP44)系列异步电动机 电 动机容量从 ～ 200kW， B级绝缘，防护等级 IP44，达到国际电工委员会 (IEC)标准，产品达到 20 世纪 70 年代末国际水平，全系列加 权平均效率比 JO2 系列提高 %，年产量约 2020 万 kW。 (2) Yx 系列高效电动 该类电机由上海电器科学研究所组织电机行业研制成功，容量 ～ 90kW，有 2， 4， 6 等 3 种极数。 全系列电动机效率平均比 Y(IP44)系列高 3%左右，接近国际先进水平。 适用于单方向运行，年工作时间在 3000h 以上。 负载率大于50%的场合，节电效果显著。 该系列电动机产量不高，年产量约 1万 kW。 近十多年来， 国家 致力于推广电动机调速技术，各行各业都在一定程度上采用了电动机调速。 据石油、电力、建材、钢铁、有色、煤炭、 化工、造纸、纺织等部门最近对企业抽样调查结果，石油、建材、化工行业电动机调速应用较好。 在目前 4 亿 kW的电机负载中，约有 50%是负载变动的，其中的 30%可以通过电机调速解决其负载变动问题。 因此仅就目前的市场容量考虑，约有 6000万 kW 的调速电机市场。 国 家已明令不再生产 JO2 系列异步电机， “ 九五 ” 期间将生产 Y系列、 Yx系列及其它通用或专用高效节能电动机约 kW(未包括更换现有 JO2 型用的新型电动机 )。 估计 2020 年和 2020 年 Y和 Yx系列电机的市场占有率将分别达到50%， 90%和 10%， 30%左右。 由高 效电机替代 JO2 电机所形成的节电量将分别为，114 亿 kWh 和 366 亿 kWh。 异步电机在国外的发展状况 欧洲市场的中国电机销售主要以小型电机为主，功率最大是 100 多千瓦，最小功率甚至还不到 1千瓦，而大型电机还是一个空缺。 欧洲市场对电机效率的标准要求高于西亚，东南亚而低于美国，不但适合于我国企业生产和出口，而且在合理和有序开发的前提下还能保证出口企业获得适当的利润，同时该市场多以欧元结算，在目前欧元坚挺的情况下应该是出口企业首选的开发目标。 取得了一定的成效。 这些节能产品主要分成 两大类：一类是提高电动机效率的高效电动机，另一类是调速电动机。 调速电动机的代表产品根据其调速方式可以划分为： 4 (1) 变极调速电机 主要产品有已批量生产的 YD(～ 160kW)， YDT(～ 160kW)，YDB(～ 82kW)， YD(～ 24kW)， YDFW(630～ 4000kW)等 8 个系列产品，达到国际平均应用水平。 (2) 电磁滑差调速电机 国 外 已批量生产 YCT(～ 90kW)， YCT2(15～ 250kW)， YCTD(～ 90kW)，YCTE(～ 630kW)， YCTJ(～ 15kW)等 8个系列产品，达到国际平均应用水平，其中 YCTE 系列的技术水平最高，最有发展前途。 (3) 变频调速电机 主要用于风机、水泵、压缩机等负载变化较大场合和精密机械等需要过程控制的场合。 高效电机 以 Y系列交流异步电动机替代 JO2型电机基本不受机型限制，因此，所有应用交流异步电动机的场合都可以用 Y 系列电机取代 JO2系列电机。 Yx 系列电机的市场潜力受到其容量的制约。 原则上， 90kW 以下的交流异步电动机可以由 Yx 系列的高效电机取代。 90kW 以下的交流异步 电动机装机容量约占交流异步电动机总量的 30%左右。 电机的分类 电机是以磁场为媒介进行电能与机械能相互转换的电力机械。 电机在国民经济各个领域得到广泛应用。 需要的电机的种类各不相同，性能各异。 电机的分类方法也用很多，故电机的种类也有很多。 1）按工作电源分类： 根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机。 2）按结构及工作原理分类： 根据电动机按结构及工作原理的不同，可分为直流电动机，异步电动机和同步电动机。 直流电动机按结构及工作原理可分为无刷直流电动机和有刷直流电动机。 3)按转子的结 构分类： 根据电动机按转子的结构不同，可分为笼型感应电动机和绕线转子感应电动机。 4)按用途分类： 可分为驱动用电动机和控制用电动机。 我国目前生产的三相异步电动机月 100 个系列额， 500多个品种， 500 多个规格。 按电机尺寸分成大、中、小型。 5 大型：中心高 H ,定子铁心外径 iD 1m,功率范围在 400KW 以上，电压为 300 V 和 600 V。 中型：中心高 H =(—— )m,定子铁心外径 iD =（ —— ） m,功率范围在（ 45—— 1250） KW以上，电压为 380 V 和 3000 V 和 6000 V。 小型：中心高 H =(—— )m,定子铁心外径 iD =（ —— ） m,功率范围在（ —— 132） KW 以上，电压为 380 V。 Y（ IP44）系列的中心高 H =(—— )m,定子铁心外径 iD =（ —— ） m，共 11 个机座，功率范围为（ —— 90） KW， 电压 380V。 三相异步电动机的结构和原理 三相异步电动机由两个基本部分构成：固定部分 — 定子和转子，转子按其结构可分为鼠笼型和绕线型两种。 定子由定子铁心、机座、定子绕组等部分组成，定子铁心是异步电动机磁路的一部分，一般由 毫米厚的硅钢片叠压而成，用压圈及扣片固紧，各片之间相互绝缘，以减少涡流损耗。 定子绕组是由带有绝缘的铝导线或铜导线绕制而成的，小型电机采用散下线圈或称软绕组，大中型电机采用成型线圈，又称为硬绕组。 图 1 定子铁心 转子由转子铁心、转子绕组、转子支架、转轴和风扇等部分组成，转子铁心和定子铁心一样，也是由 毫米硅钢片叠压而成。 鼠笼型转子的绕组是由安放在转子铁心槽内的裸导条和两端的环形端环连接而成，如果去掉转子铁心，绕组 6 的形状象一个笼子；绕线型转子的绕组与定子绕组相似，做成三相绕组，在内部星型或三角型。 图 2 鼠笼转子 工作原理 当定子绕组接至三相对称电源时，流入定子绕组的三相对称电流，在气隙内产生一个以同步转速 n1旋转的定子旋转磁场，设旋转磁场的转向为 逆时针，当旋转磁场的磁力线切割转子导体时，将在导体内产生感应电动势 e2，电动势的方向根据右手定则确定。 N 极下的电动势方向用  表示， S极下的电动势用  表示，转子电流的有功分量 i2a与 e2同相位，所以 和 既表示电动势的方向，又表示电流有功分量的方向。 转子电流有功分量与气隙旋转磁场相互作用产生电磁力 fem,根据左手定则，在 N 极下的所有电流方向为  的导体和在 S 极下所有电流流向为  的导体均产生沿着逆时针方向的切向电磁力 fem,在该电磁力作用下，使转子受到了逆时针方向的电磁转矩 Mem 的驱动作用，转子将沿着旋转磁场相同的方向转动。 驱动转子的电磁转矩与转子轴端拖动的生产机械的制动转矩相平衡，转子将以恒速 n拖动生产机械稳定运行，从而实现了电能与机械能之间的能量转换，这就是异步电动机的基本工作原理。 异步电动机存在的缺点 （ 1）起动转矩不大，难以满足带负载起动的需要。 当前社会上解决该问题的多数办法是提高电动机的功率容量（即增容）来提高其起动转矩，这就造成严重的“大马拉小车”，既增加购买设备的投资，又在长期的应用中因处于低负荷运行而浪费大量电量，很不经济。 第二种办法是增购液力偶合器，先让电动机空载起动，在由液力偶合器驱动负载。 这种办法同样要增加添购设备的投资，并因液 7 力偶合器的效率低于 97%，因此至少浪费 3%的电能，因而整个驱动装置的效率很低，同样浪费电量，更何况添加液力偶合器之后，机组的运行可靠性大大下降，显著增加维护困难，因 此不是一个好办法。 （ 2）大转矩不大，用于驱动经常出现短时过负荷的负载，如矿山所用破碎机等时，往往停转而烧坏电动机。 以致只能在轻载状况下运行，既降低了产量又浪费电能。 （ 3）起动电流很大，增加了所需供电变压器的容量，从而增加大量投资。 另一办法是采用降压起动来降低起动电流，同样要增加添购降压装置的投资，并且使本来就不好的起动特性进一步恶化。 绕线性感应电动机正常运行时，三相绕组通过集电环短路。 起动时，为减小起动电流，转子中可以串入起动电阻，转子串入适当的电阻，不仅可以减小起动电流 ，而且由于转子功率因数和转子电流有功分量增大，起动转矩也可增大。 这种电动机还可通过改变外串电阻调速。 绕线型电动机虽起动特性和运行特性兼优，但仍存在下列缺点： （ 1）由于转子上有集电环和电刷，不仅增加制造成本，并且降低了起动和运行的可靠性，集电环和电刷之间的滑动接触，是这种电动机发生故障的主要原因。 特别是集电环与电刷之间会产生火花，使传统绕线型电动机在矿山、井下、石油、华工等防爆要求的场所，对于灰土、粉尘浓度很高的地方，也不敢使用，这就限制了其应用范围。 （ 2）当前的传统绕线型电动机为了提高可靠性，多数不提刷 ，因此运行时存在下列电能浪费：集电环和电刷间的摩擦损耗和接触电阻上的电损耗，电刷至控制柜短路开关间三根电缆的电损耗，若电动机与控制柜之间距离很长，则该损耗将非常严重。 并且由于。