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1、湖南工程学院课程设计任务书 课程名称：电机设计题 目：三相笼型感应电动机系列电磁设计 专业班级： 电气工程 0783班 学生姓名： 学 号： 200713010303 指导老师：审 批： 任务书下达日期 2010年12月31日设计完成日期 2010年12月31日Y132M1-6 kW三相鼠笼式异步电动机设计摘 要本文介绍了Y系列三相鼠笼异步电动机的设计方法,文章首先从异步电机的基本理论及工作特性着手，简单介绍了异步电机的发展近况、基本特性、类型、结构、用途、技术指标、工作原理及运行特性等，为电机设计的做好必要的理论准备。电机设计是个复杂的过程，因此需要考虑的因素、确定的尺寸和数据很多。同时本文
2、也详细阐述了三相鼠笼异步电动机的设计改进调整方案，以及计算机辅助工具的应用，这给电机设计和优化带来了新的契机。关键词 :三相异步电动机；设计；电磁路参数；工作性能；优化方案前 言现在社会中，电能是使用最广泛的一种能源，在电能的生产、输送和使用等方面，作为动力设备的电机是不可缺少的一部分。中小型电机行业是机械工业的重要组成部分，在国民经济中起着举足轻重的作用。发电机主要用于移动电源、风力发电、小型发电设备中；三相异步电动机在生产和交通运输中得到广泛使用，例如，在工业方面，它被广泛用于拖动各种机床。水泵、压缩机、搅拌机、起重机械等。在农业方面，他被广泛用于拖动排灌机械、脱粒机及各种农产品的加工机械
3、。在家用电器和医疗器械和国防设施中，异步电动机也应用十分广泛，作为拖动各种机械的动力设备。随着科学技术的不断创新和工农业的迅猛发展，电气化与自动化水平不断提高，国民经济各部门对异步三相异步电动机的需求量日益增加，对其性能，质量，技术经济指标也相应地提出了越来越高的要求。因此，对三相异步电动机性能提出了许多新的更新的要求，必须适时实地做出更新与发展，以适应各个新兴工业领域不同的特殊要求，特别是对需求量最大的中小型三相异步电动机，在保证其质量运行，寿命长和能满足使用要求的同时，进一步节约铜、铁等材料，提高效率和功率因数，以提高其经济技术指标与降低耗电。三相异步电动机已有近20年多年的研制开发、设计
4、和生产史。尤其近些年来,随着研制开发技术的不断创新、迅速发展和完善，如集成化技术、智能化技术、网络化技术、虚拟技术等，设计出 “更快、更精、更净”的产品。 第1章 概 述1.1我国电机制造工业发展近况与发展趋势电动机制造是我国机械工业中较大的行业之一，它既是关系到各行各业自动化的重要基础产品，又是与人类生活密切相关的面广量大、品种繁多的通用产品。电动机是把电能转变为机械能的主要执行部件，国内60%70%的发电量被电机所消耗。因此，电机产品的品种、数量和质量各种性能水平的提高和发展，都会直接影响国民经济各部门成套设备的发展水平。20世纪40年代以前，我国电机制造工业极端落后。50年代以仿制国外产
5、品为主，60年代起走上自行设计的道路。在此之前只能生产一般中小型电机，而且批量小，品种单一。我国所生产的电动机大多是六十年代发展的产品, 部分是七、八十年代引进的国外移植产品,与国外同行业相比, 其技术水平、产品质量、结构工艺、制造能力、自动化程度等均偏低,仍有不小的差距。解放五十多年来，国内的电机制造业通过广大工程技术人员的不懈努力，在非常落后的基础上逐步建立起较为完整的电机制造工业体系，无论是在发展品种、提高产品质量方面，还是在数量方面，都取得了世人瞩目的成绩，为工业的发展和人民生活水平的提高做出了巨大的贡献。我国已能独立自主地生产各种中小型电机，国内产品已经发展到100 多个系列，500
6、多个品种，年生产能力达到5500万kW以上 ，基本上满足了社会各个方面对电机产品的需求。随着电机理论的不断完善，高新技术的快速发展，可以预言：未来的电机产品将朝着高性能化、智能化、微型化和网络化的方向发展。1.2 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
7、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。大型：中心高H 0.63m,定子铁心外径 1m,功率范围在400KW以上，电压为300 V和600 V。中型：中心高H =(0.3550.63)m,定子铁心外径 =（0.51.0）m,功率范围在（451250）KW以上，电压为380 V和3000 V和6000 V。小型：中心高H =(0.080.315)
8、m,定子铁心外径 =（0.120.5）m,功率范围在（0.55132）KW以上，电压为380 V。Y（IP44）系列的中心高H =(0.080.28)m,定子铁心外径 =（0.120.445）m，共11个机座，功率范围为（0.5590）KW，电压380V。1.3三相异步电动机的结构和用途1.3.1异步电动机结构（1）固定部分有定子绕组、定子铁心、机壳、端盖、风罩。定子绕组是电动机的电路部分，通入三相交流电产生旋转磁场的绕组。由三个在空间互隔120电角度、队称排列的结构完全相同绕组连接而成，这些绕组的各个线圈按一定规律分别嵌放在定子各槽内。定子铁心是电机磁路的一部分，并在其上放置定子绕组。通常是
9、用轧成厚0.5或0.35毫米的硅钢片叠成的（如图1）。机壳是用来支撑定子铁心和电动机端盖。端盖是用来支撑电动机的转动部分（一般指转子）。风罩保护风叶同时又起到通风的风路作用。图1 定子铁心（2）转动部分有转子铁心、转子鼠笼、转轴、起动开关、轴承、风叶。转子铁心是整个电动机磁路的一部分，一般使用硅钢片DR510-50，DR280-35。转子鼠笼起转子绕组的作用转子的导条均由鼠笼的端环所短路，形成一个多相的电路（如图2）。鼠笼的材料一般采用高纯铝L01L05。转轴是作为支撑转子铁心和传递力矩最不可缺少的结构部分。轴承主要是连接转动部分与不动部分。风叶主要是冷却电动机。图2 鼠笼转子（3）其他部分有
10、出线盒、铭牌、起动或工作电容器。（4）三相异步电动机的总结构图图3 封闭式三相笼型异步电动机结构图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1.3.2异步电动机用途对于小型异步电动机来说，用途是十分广泛的，常作为各类机械中的主要动力元件。Y系列小型异步电动机根据需要，既可以用于正常的工作环境，又可在潮湿、多尘、湿热、多霉和日晒雨淋、严寒酷暑，冲击波动，有爆炸危险和腐蚀性环境中使用，既可恒速传动，又可变速传动。这类电机既可连续工作，有可断续工作。因此广泛用于各种机床，风机，水泵，压缩机和传输机，农业食品加工等各类机械设备。
11、1.4三相异步电动机的基本工作原理和运行特性1.4.1 基本工作原理电动机的工作原理是建立在电磁感应定律、全电流定律、电路定律和电磁力定律等基础上的。如右图4是三相交流异步电动机转子转动的原理图(图4中只示 图4出两根导条)，当磁极沿顺时针方向旋转，磁极的磁力线切割转子导条，导条中就感应出电动势。电动势的方向由右手定则来确定。因为运动是相对的，假如磁极不动，转子导条 沿逆时针方向旋转，则导条中同样也能感应出电动势来。在电动势的作用下，闭合的导条中就产生电流。该电流与旋转磁极的磁场相互作用，而使转子导条受到电磁力F，电磁力的方向可用左手定则确定。由电磁力进而产生电磁转矩，转子就转动起来。异步电动
12、机的工作原理用箭头式子可以简单的表示如下：定子绕组通入三相交流电流产生旋转磁场切割转子绕组 转子绕组产生感应电势转子中产生感应电流转子电流与磁场作用产生电磁转矩运行。1.4.2三相异步电动机的工作特性异步电动机的工作特性是指在额定电压及额定频率下，电动机的主要物理量转差率，转矩电流，效率，功率因数等随输出功率变化的关系曲线。转差率特性通常把同步转速n1和电动机转子转速n二者之差与同步转速n1的比值叫做转差率，用s表示。关于转差率的定义如下：当电机的定子绕组接电源时，站在定子边看，如果气隙旋转磁通密度与转子的转向一致，则转差率s为：；如果两者转向相反，则：。式中的n1、n都理解为转速的绝对值s是
13、一个没有单位的数，它的大小能反映电动机转子的转速。随着负载功率的增加，转子电流增大，故转差率随输出功率增大而增大。转矩特性异步电动机的输出转矩：转速的变换范围很小，从空载到满载，转速略有下降，转矩曲线为一个上翘的曲线（近似直线）。电流特性 空载时电流很小，随着负载电流增大，电机的输入电流增大。效率特性其中铜耗随着负载的变化而变化（与负载电流的平方正比）；铁耗和机械损耗近似不变；效率曲线有最大值，可变损耗等于不变损耗时，电机达到最大效率。异步电动机额定效率载74-94%之间；最大效率发生在(0.7-1.0)倍额定效率处。功率因数特性空载时，定子电流基本上用来产生主磁通，有功功率很小，功率因数也很
14、低；随着负载电流增大，输入电流中的有功分量也增大，功率因数逐渐升高；在额定功率附近，功率因数达到最大值。如果负载继续增大，则导致转子漏电抗增大（漏电抗与频率正比），从而引起功率因数下降。1.5 三相异步电动机的起动与调速1.5.1三相异步电动机的起动（1）直接起动直接起动是用闸刀开关或接触器把电机的定子绕组直接接到具有额定电压的电源上。是一种最简单而应用广泛的起动方法。1）优点：无需附加起动设备，操作方便；2)缺点：起动电流大，起动转矩小，须足够大的电源；3)适用条件：小容量电动机带轻载的情况起动。（2）降压起动用降低电机端电压的方法限制制动起动电流，待电机转速接近正常转速后，再将端电压升高到
15、额定电压。 如果电源容量不够大，可采用降压起动。即起动时，降低加在电动机定子绕组电压，起动时电压小于额定电压，待电动机转速上升到一定数值后，再使电动机承受额定电压，可限制起动电流。1) Y-降压起动2) 自耦变压器降压起动3) 电阻降压或电抗降压起动4) 延边三角形降压起动（3）软起动 软起动就是在电动机(鼠笼式) 定子回路串入有限流作用的电力器件来实现电机的起动。通过这种方法降低起动电流。软起动是采用软件控制方式来平滑起动电动机，一方面在控制方式上以软件控制强电，另一方面在控制结果上将电动机的起动特性由“硬”平滑变为“软”。软起动过程中产生高次谐波，对周边环境要求比较高，同时起动设备投资非常大；但它起动时无冲击电流，可保持平滑起动，并且可根据负载情况实现自由无级的起动。软起动方式： 液阻式软起动 磁控式软起动 智能式软起动。
