【正文】 論文） Ⅱ ABSTRACT The threephase asynchronous motor is motor39。旋轉(zhuǎn)電機(jī)分為直流電機(jī)和交流電機(jī)，交流電機(jī)又分為異步電機(jī)和同步電機(jī)。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，堅(jiān)固耐用，維修方便，成本低廉等一系列優(yōu)點(diǎn)。 電機(jī)設(shè)計(jì)的任務(wù)是根據(jù)用戶提出的產(chǎn)品規(guī)格、技術(shù)要求，結(jié)合技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面國家的方針政策和生產(chǎn)實(shí)際情況，運(yùn)用有關(guān)的理論和計(jì)算方法，正確處理設(shè)計(jì)時(shí)遇到的各種矛盾，從而設(shè)計(jì)出性能好、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、制造和使用維修方便的先進(jìn)產(chǎn)品。 通過收集各類書籍，雜志，網(wǎng)絡(luò)相關(guān)資源，了解三相異步電動(dòng)機(jī)在國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r；通過電機(jī)設(shè)計(jì)相關(guān)教材，結(jié)合具體情況設(shè)計(jì)一臺(tái)性能優(yōu)良的小型三相異步電動(dòng)機(jī)。 其次， 三相異步電動(dòng)機(jī)是各行各業(yè)生產(chǎn)過程及日常生活中普遍使用的基礎(chǔ)設(shè)備，使用廣泛，值得研究。 萬花樓大學(xué)（ 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 2 電機(jī)發(fā)展史 1800 年伏特發(fā)明電池，是電氣出現(xiàn)的開端，電動(dòng)機(jī)的誕生和發(fā)展在這之后 可分成以下 個(gè)階段： 1831 年，邁克爾 .法拉第（ Michael Faraday） 發(fā)明 盤式電機(jī)（直流電機(jī)）； 19 世紀(jì) 70 年代，托馬斯 .愛迪生（ Thomas Edison）開始研制 直流發(fā)電機(jī)； 1888 年，尼古拉 .特斯拉（ Nikola Tesla）發(fā)明三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)并申請(qǐng) 專利。 從 20 世紀(jì)開始一直到 1970 年，是電動(dòng)機(jī)的成長(zhǎng)和成熟期：有刷直流電機(jī)、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等各種電機(jī)相繼誕生。 1970 年到 20 世紀(jì)末，計(jì)算技術(shù) 的飛躍發(fā)展為發(fā)展高性能驅(qū)動(dòng)帶來了機(jī)會(huì)：隨著設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)、測(cè)量、控制、功率半導(dǎo)體、軸承、磁性材料、絕緣材料、制造加工技術(shù)的不斷進(jìn)步，電動(dòng)機(jī)本體經(jīng)歷了輕量化、小型化、高效化、高力矩輸出、低 噪音振動(dòng)、高可靠、低成本等一系列變革，相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)和控制裝置也更加智能化和程序化。 概念引入 電機(jī)，英文 [electric machinery] 泛指能使機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能、電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的一切機(jī)器。 電動(dòng)機(jī)，是指依據(jù)電磁感應(yīng)定律實(shí)現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換或傳遞的一種電磁裝置，俗稱馬達(dá)。 在電動(dòng)機(jī)的分 類中，按工作電源種類劃分，可分為直流電機(jī)和交流電機(jī)；其中交流電機(jī)還可分單相電機(jī)和三相電機(jī)；按結(jié)構(gòu)和工作原理劃分，電動(dòng)機(jī)可分為直流電動(dòng)機(jī)、異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)又可劃分為三相異步電動(dòng)機(jī)、單相異步電動(dòng)機(jī)和罩極異步電動(dòng)機(jī)等。 電機(jī)發(fā)展史 3 異步電機(jī) 異步電機(jī)概述 異步電機(jī)是一種交流電機(jī)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速）小于旋轉(zhuǎn) 磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，從而叫為異步電機(jī)。它和感應(yīng)電機(jī)基本上是相同，在不致引起誤解或混淆的情況下，一般可稱感應(yīng)電機(jī)為異步電機(jī)。因此，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、使用和維護(hù)方便，運(yùn)行可靠以及質(zhì)量較小，成本較低等優(yōu)點(diǎn)。 異步電機(jī)原理 ○ 1 當(dāng)三相異步電機(jī)接入三相交流 電源時(shí)，三相定子繞組流過三相對(duì)稱電流產(chǎn)生的三相磁動(dòng)勢(shì)（定子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)）并產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 ○ 3 根據(jù)電磁力定律，載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受到電磁力作用，形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)軸上帶機(jī)械負(fù)載時(shí)，便向外輸出機(jī)械能。 定子由機(jī)座和帶繞組的鐵心組成。電角度的主繞組和輔繞組。 轉(zhuǎn)子為籠型鑄鋁轉(zhuǎn)子，它是將鐵心疊壓后用鋁鑄入鐵心的槽中，并一起鑄出端環(huán)，使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條短路成鼠籠型。 ○ 2 三相異步電動(dòng)機(jī) 三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與單相異步電動(dòng)機(jī)相似，其定子鐵心槽中嵌裝 三相繞組。 異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)用 異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、使用和維護(hù)方便，運(yùn)行可靠以及質(zhì)量較小，成本較低等優(yōu)點(diǎn)。 國內(nèi)外電機(jī)發(fā)展?fàn)顩r 針對(duì)本論文設(shè)計(jì)主要 為小型電機(jī)，即在敘述國內(nèi)外電機(jī)發(fā)展?fàn)顩r過程中，主要針對(duì)小型電機(jī)。 國內(nèi)發(fā)展 ○ 1 國內(nèi)發(fā)展簡(jiǎn)史 20世紀(jì) 40 年代以前，我國電機(jī)制造工業(yè)極端落后。50年代以前我國主要是仿制國外產(chǎn)品為主， 1953 年以后多次組織了電機(jī)產(chǎn)品的改型設(shè)計(jì)和系列統(tǒng)一設(shè)計(jì)，使我國從發(fā)電設(shè)備、大型交直流電機(jī)一直到種類繁多的中小型電機(jī)，大多數(shù)都有了自己的系列。在電機(jī)零部件和安裝尺寸、機(jī)座好等系列的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化方面也進(jìn)行了大量工作、已形成自己的體系，還制定了電機(jī)專業(yè)的許多國家標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)正逐步接近國際電工委員會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)。與此同時(shí)，新技術(shù)、新材料、新結(jié)構(gòu)和新工藝的日益廣泛應(yīng)用，使我國電機(jī)工業(yè)的發(fā)展走上了更加成熟的道路。到目前為止我國生產(chǎn)的中小型電機(jī)系列，除一般電機(jī)或基本系列外，還有防爆、船用、潛水、單繞組多速等派生系列和專用系列。 到 2020 年，我國平均每年將投產(chǎn)發(fā)電裝機(jī)容量 3700 萬千瓦以上，年均增長(zhǎng)%左右。 電機(jī)發(fā)展史 5 ○ 2 技術(shù)狀況及發(fā)展方向 世界電機(jī)制造基地 正在快速地向中國轉(zhuǎn)移。 加入 WTO 后，國家對(duì)中小企業(yè)的保護(hù)政策如進(jìn)口關(guān)稅逐步降低，直到取消關(guān)稅，國外電機(jī)憑借其優(yōu)越的品質(zhì)和低廉的價(jià)格進(jìn)入國內(nèi)市場(chǎng)，而 國內(nèi) 出口到國外的電機(jī) 受到 各國行業(yè)協(xié)會(huì)或政府紛紛設(shè)置 的技術(shù)壁壘， 讓我 國 電機(jī) 進(jìn)入 世界電機(jī)的爭(zhēng)奪戰(zhàn)之中。隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制理論發(fā)展，電機(jī)調(diào)速技術(shù)得到迅速發(fā)展，我國對(duì)電機(jī)繞組、附加損耗、電機(jī)測(cè)試技術(shù)以及超導(dǎo)電技術(shù)在電機(jī)的 應(yīng)用等方面開展了一系列研究，取得不少成果：積極采用新技術(shù)、新材料、新結(jié)構(gòu)和新工藝，積極開展電機(jī)理論、測(cè)試技術(shù)的研究，使我國電機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化程度不斷提高。 提高我國電機(jī)的國際競(jìng)爭(zhēng)力，必須依靠科技創(chuàng)新，靠一批高質(zhì)量的名牌產(chǎn)品。 國外發(fā)展 1960～ 1970 年間，全世界電 站的總裝機(jī)容量增長(zhǎng)了 倍，也就是十年間翻了一番以上，這不僅表現(xiàn)于發(fā)電設(shè)備的產(chǎn)量，還表現(xiàn)于單機(jī)容量。它們的共同特點(diǎn)是： ○ 1 應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而提高了計(jì)算精度。 ○ 2 功率等級(jí)和安裝尺寸盡量和國際電工委員會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)接近。 ○ 4 積極采用新材料。 ○ 6 改善結(jié)構(gòu)，提高通用化程度，注意維修使用方便。 電機(jī)設(shè)計(jì)的方案概述 ○ 1 電機(jī)的主要參數(shù)之間的關(guān)系 設(shè)計(jì)一臺(tái)電機(jī)時(shí)，必須確定許多尺寸，但其中起主要與決定作用的是電機(jī)的主要尺寸。電機(jī)的主要尺寸是指電樞鐵心的直徑和長(zhǎng)度。 ○ 2 磁路計(jì)算 當(dāng)繞組中通過電流，在電機(jī)的有效部分、端部及部分結(jié)構(gòu)零件中就激發(fā)了磁場(chǎng)。通過磁路計(jì)算還可以校核電機(jī)各部分磁通密度選擇的是否合適。電阻的大小不僅影響電機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，并與電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)性能亦有極密切的關(guān)系。電阻越大，電機(jī)運(yùn)行時(shí)繞組中的電損耗就較大，繞組電流中 的瞬變電流增長(zhǎng)或衰減速度則較快。繞組電抗的大小亦對(duì)所設(shè)計(jì)電機(jī)的經(jīng)濟(jì)性及運(yùn)行性能有很大的影響。另一方面漏抗又不宜過大，否則會(huì)引起同步發(fā)電機(jī)的電壓變化率增大，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)，最大和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩降低，直流電機(jī)的換向條件惡化等。 ○ 4 損耗與效率 效率是電機(jī)的一個(gè)重要性能指標(biāo)，它的高低取決于運(yùn)行時(shí)電機(jī)中 所 產(chǎn)生的損耗，損耗 越大，效率就越低。為電機(jī)設(shè)計(jì) 7 了降低損耗就得選取較低的電磁負(fù)荷以及電流密度等，但這樣會(huì)增加電機(jī)的尺寸及材料的耗用量。因此要設(shè)計(jì)出一臺(tái)性能良好又經(jīng)濟(jì)的電機(jī)，必須熟悉電機(jī)的損耗與這些因素的關(guān)系。 以下電機(jī)設(shè)計(jì)部分在本論文中不做要求，故簡(jiǎn)述或不述 。其目的是解決機(jī)械部分的設(shè)計(jì)問題，對(duì)它的要求是從結(jié)構(gòu)上來保證電機(jī)性能，制造時(shí)的經(jīng)濟(jì)合理和運(yùn)行可靠性。 具體電機(jī)設(shè)計(jì) 結(jié)合表 具體情況設(shè)計(jì)一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，對(duì)該電動(dòng)機(jī)進(jìn)行電磁設(shè)計(jì)，確定電動(dòng) 機(jī)的 主要尺寸、氣隙、繞組、沖片、工作性能、起動(dòng)性能 ， 得到一臺(tái)合格電機(jī)，在此基礎(chǔ)上，改變部分參數(shù)對(duì)該電機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)行方案比較 ， 最終 選取最優(yōu) 電磁設(shè)計(jì) 方案。 ，應(yīng)選用較多的槽數(shù)。 一般異步電機(jī) 1q 為 2～ 5，功率小、極數(shù)多時(shí)取較小值，對(duì)功率較大的 2 極電機(jī)可達(dá) 6 ～ 9 。 2)轉(zhuǎn)子槽數(shù) 2Z 轉(zhuǎn)子槽數(shù)應(yīng)與定子槽數(shù)配合確定，定子、轉(zhuǎn)子槽配合的選擇應(yīng)使電機(jī)起動(dòng)正常，轉(zhuǎn)矩 — 轉(zhuǎn)速特性平滑，起動(dòng)及運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)無顯著振動(dòng) ， 電磁噪聲，雜散損耗較小。 表 三相籠型轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)的槽配合 極數(shù) 定子槽數(shù) 轉(zhuǎn)子槽數(shù) 極數(shù) 定子槽數(shù) 轉(zhuǎn)子槽數(shù) 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 電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子一階齒諧波與定子相帶諧波作用產(chǎn)生同步轉(zhuǎn)矩。 電機(jī)設(shè)計(jì) 9 ⑶ 電磁制動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，定、轉(zhuǎn)子一階齒諧波作用產(chǎn)生同步轉(zhuǎn)矩，故不宜用于需在電磁制動(dòng)狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)的電機(jī)。 ○ 8 定轉(zhuǎn)子每極槽數(shù) 11 48 1224p ZZ p? ? ? 。 確定滿載電勢(shì)標(biāo)么值 ， 由經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算 ，有 2 極小型電機(jī) 1 0. 92 0. 00 86 6 lnLNP? ?? ? ? 非 2 極小型電機(jī) 1 0. 93 1 0. 01 08 l n 0. 01 3PP? ?? ? ? ? 中型電機(jī) 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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?求出計(jì)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（ ） 初選的 p?? 、 NmK 、 1dpK 等各量一般只在小范圍內(nèi)變化，因此對(duì)功率和轉(zhuǎn)速一定的電 機(jī)，其主要尺寸 1iD 和 efl 基本上將由電磁負(fù)荷 A和 B? 值的大小來確定。對(duì)于中小型感應(yīng)電機(jī)通常取線負(fù)荷 A 在 315 10? ～ 350 10 /Am? 范圍內(nèi) ，本畢業(yè)設(shè)計(jì)中選 取 330 10 /A A m??? ；氣隙磁密 B? 在 ～ 范圍內(nèi)，本畢業(yè)設(shè)計(jì)中選取 ? ? 。本畢業(yè)設(shè)計(jì)中，初選NmK =? 。若電機(jī)鐵心不飽和，氣隙磁密分布呈正弦形時(shí)， 2 p? ?? ??，考慮到一般鐵心稍有飽和，設(shè)計(jì)時(shí) p?? 可初步選取為 ～ 。 1dpK —— 定子基波繞組系數(shù)，可根據(jù)選定的繞組型式、槽數(shù)和節(jié)距算出；在繞組設(shè)計(jì)前，對(duì)雙層短距繞組，可先假定 dp1K =? ，對(duì)于單層繞組，可先假定dp1K =? 。 由設(shè)計(jì)任務(wù)書原始資料，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 三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)主要尺寸比 ? 值的范圍 極對(duì)數(shù) 電機(jī)系列 1 2 3 4 Y(IP44) ～ ～ ～ ～ 根據(jù)上表 三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)主要尺寸比 ? 值的范圍 ，取 ?? ,代入下式 ,得331 24 0 . 0 1 0 9 9 4 0 . 2 1 01 . 5i pD V m? ? ?? ? ? ? ? 按定子內(nèi)外徑比求出定子沖片外徑 1110 .2 1 0 0 .3 2 8/ 0 .6 4iiDDmDD?? ? ? ? 根據(jù)參考類似電機(jī)資料，直徑最后確定 1D = 于是 111 ( ) 0 . 3 3 0 . 6 4 0 . 2 1 1 2 0 . 2 1ii DD D mD?? ? ? ? ? ? 鐵心的有效長(zhǎng)度221 0 . 0 1 0 9 9 4 0 . 2 4 90 . 2 1ef iVl m mD? ? ? 電機(jī)設(shè)計(jì) 11 取鐵心長(zhǎng)度 ? 。 ○10 氣隙 的確定 通常氣隙選取得盡可能的小，以降低空載電流，因?yàn)楦袘?yīng)電動(dòng)機(jī)的功率因素 主要決定于空載電流。 氣隙 ? 的數(shù)值基本上決定于定子內(nèi)徑、軸的直徑和軸承間的轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度。 ○11 極距 1 1 64 8524iD mp? ?? ?? ? ? ○12 定子齒距 11 1 0 . 2 1 0 . 0 1 3 7 448iDt m mZ? ? ?? ? ? 轉(zhuǎn)子齒距 22 2 0 . 2 0 8 7 0 . 0