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电机设计论文

来源：华佗健康网

本科生毕业设计任务书

（工科及部分理科专业适用）

题目：Y802-4 0.75 kW 三相鼠笼异步电动机的设计

□市厅级

□横向

■自选

题目来源：□省部级以上题目性质：□理论研究学

院：信息工程

■应用与理论研究□实际应用研究

系：电气工程及其自动化

专业班级：学生姓名：起讫日期：指导教师：

电机与电器051班学号

2009.03.16——2009.06.09

职称：

指导教师所在单位：学院审核（签名）：审核日期：

2009.06.09 二0 0九年制

说明

1.毕业设计任务书由指导教师填写，并经专业学科组审定，下达到学生。

2.进度表由学生填写，至少每两周交指导教师签署审查意见，并作为毕业设计工作检查的主要依据。进度表中的周次是指实际的毕业设计进程中的周次。

3.学生根据指导教师下达的任务书完成开题报告，于交给指导教师批阅。

4.本任务书在毕业设计完成后，与论文一起交指导教师，作为论文评阅和毕业设计答辩的主要档案资料，是学士学位论文成册的主要内容之一。

3周内提

一、毕业设计的主要内容和基本要求

a)原始数据①型号：Y ③额定电压：UN⑤额定频率：fNb)主要性能指标①效率：

2.2倍

73%

②额定功率：

220V50Hz

0.75kw

④额定转速：nN

1390n/min

②功率因数：cos

0.76

③最大转矩倍数：

④起动转矩倍数：Tstc)设计中选用的基值①电压基准值：UN

2.2倍

⑤起动电流倍数：Ist

6.5倍

220为电动机额定相电压

②功率基准值：PN=0.75KW 为电动机额定功率③电流基准值：Ikw为电动机每相的功电流

UNIkw

m1UNPN

Ikw

PNm1UN

1.13636A

④阻抗基准值：

3220750

193.6

PNnN

0.751390

⑤转矩基准值：TN为电动机额定转矩d)设计指标要求①

效率：

－

0.005

955095505.15Nm

—计算值，′—修改值

②饱和系数：

0.01

Fт—计算值，

FT′—修改值，

))

③满载电势标么值：

0.005

（1-εｌ）′—修改值，（1-εＬ）—计算值

Ist

IstIst

④起动电流倍数：

0.01~0.03

IST′—修改值，IST—计算值

e)电磁设计中若干参数的选择及经验数据①槽满率：

sf=75% -80%

②槽绝缘厚：采用聚脂薄膜和聚脂无纺布复合材料（DMDM）

H80—H112 H132—H160 H180—H280

h=2mm：

④叠压系数：H80-H160 定子冲片不涂漆时H180-H280 定子冲片涂漆时

⑤冲剪余量：δ＝5mm ⑥转子斜槽：为一个定子齿距

=0.95 =0.92

Ci=0.25(mm) Ci=0.3（mm）Ci=0.35（mm）

DMD，DMD+M和

③槽楔厚h：槽楔采用新型软槽楔和3240环氧玻璃布压板，计算时厚度

⑦定子绕组型式：H160及以下全部采用单层软绕组；H180及以上采用双层迭绕组

⑧硅钢片材料：采用D23硅钢片，⑨导电材料：定子绕组采用转子铸铝，采用AL-1；

线径为0.63-1.0(mm)时，漆膜双面厚度计算时取线径为1.0-1.6(mm)时，漆膜双面厚度计算时取⑩设计时杂散损耗假定值：f)设计要求

①复算原设计方案；②上机设计三个方案：

在原复算方案的基础上节省材料；在原复算方案的基础上提高性能；

在原复算方案的基础上既节省材料，又提高性能；

③将最好的一个方案的全部设计步骤、计算过程写出来（要有文档、电子版本及幻灯片）；

④将三个方案进行比较，并用已学过的理论进行分析。

0.06mm; 0.08mm;

QZ-2型高强度聚脂漆包圆铜线；

二、毕业设计图纸内容及张数

1、三相异步电动机总装备图2、定子冲片图3、转子轴承

1张1张

4、绕组联接图（只画一相）

三、毕业设计应完成的软硬件的名称、内容及主要技术指标

（例如：软件、电路板、机电装置、新材料、新制剂、结构模型或其他）（1）三相异步电动机手算设计程序，主要是根据电机的额定数据及主要

尺寸进行电机基本的磁路计算和参数计算及起动性能计算，要求计算结果误差在允许范围内。

（2）编制程序进行调试并在此基础上综合设计。

（3）提出电动机的效率优化设计方案，采用程序进行优化。

（4）绘制电机定子、转子冲片图，定子绕组图，转子装配图，电机总装配图纸。

四、毕业设计进度计划序号1 2 3 4 5 6

各阶段工作内容

选择课题，查阅资料，撰写开题

报告

复算原设计方案，反复检查设计

中存在的问题设计调试三个新方案

4.30 ~ 5.83.30 ~ 4.27

信工楼

起讫日期

3.16 ~ 3.27

实施地点

图书馆

AutoCAD绘图

5.11~ 5.22

查整理资料，完成毕业论文5.25~ 6.8

毕业答辩6 .9

五、主要参考资料

[1］徐德淦. 电机学[M］机械工业粗办社⑵三相异步电动机设计原理与实验

，2004.7

沈阳工业大学电机系

机械工业出版社1995.9 2000

南昌大学电气自动化系

⑶季杏法小型三相异步电动机技术手册⑷戴文进电机学[M］⑸陈世坤电机设计[M］⑹电机设计与计算

电机教研室

⑻彭友元电机绕组手册⑼上海电器科学研究所

航空工业出版社机械工业出版社

龙门联合书局程福秀译

⑺中小型三相异步电动机电磁设计手算程序

辽宁科学技术出版社中小型电机设计手册

机械工业出版社

六、毕业设计进度表

（本表至少每两周由学生填写一次，交指导教师签署审查意见）

学生主要工作：

第一、二周（

月月

日至日）

指导教师审查意见：

签名：

学生主要工作：

年月日

第三、四周（

月月

日至日）

指导教师审查意见：

签名：

学生主要工作：

年月日

第五、六周（

月月

日至日）

指导教师审查意见：

签名：年月日

学生主要工作：

第七、八周（

月月

日至日）

指导教师审查意见：

签名：

学生主要工作：

年月日

第九、十周（

月月

日至日）

指导教师审查意见：

签名：

学生主要工作：

年月日

第十一周至毕业设计工作结束（

月月

日至日）

指导教师审查意见：

签名：年月日

七、其他（学生提交）1．开题报告1份

2．外文资料译文1份（2000字以上，并附资料原文）3．论文1份（8000字以上）

指导教师：学科组负责人：学生开始执行任务书日期：学生姓名：送交毕业设计日期：

本科生毕业设计（论文）开题报告

题目：Y802-4 0.75 kW三相鼠笼式异步电动机设计

学专班学姓

院：业：级：号：名：

系

指导教师：填表日期：

2009

年

月

日

一、选题的依据及意义

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。

电机在国家经济建设，节约能

源、环保和人民生中起着十分重要的作用。发电机主要用于移动电源、风力发电、小型发电设备中；电动机在生产和交通运输中得到广泛使用，

电动机主要用于驱

动水泵、风机、机床、压缩机、冶金、石化、纺织、食品、造纸、建筑、矿山等机械产品上。随着科学技术的不断创新和工农业的迅猛发展，平不断提高，国民经济各部门对异步电动机的需求量日益增加，技术经济指标也相应地提出了越来越高的要求。因此，

电气化与自动化水对其性能，质量，

对异步电动机品种，必须

特别是对

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，

需求量最大的中小型异步电动机，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量，是具有十分重要的意义。

由于Y系列异步电动机具有体积小，重量轻，运行可靠，结构坚固耐用，外形美观等特点，具有较高的效率，有良好的节能效果，而且噪音低，寿命长，经久耐用。作为普遍用于拖动各种机械的动力设备，

其用电量在总的电网的总的负

荷中占有重要的一席。Y系列共有两个基本系列、十六个派生系列、九百多个规格，能满足国民经济各部门的不同需要。所以设计研究三相异步电动机意义重大。国内外研究现状及发展趋势（含文献综述）

1、现状

国外公司注重新产品开发，在电机的安全、噪声、电磁兼容等方面很重视。国外的先进水平主要体现在电机的可靠性高，寿命长，

通用化程度高，电机效率

F级和H级，而且

不断提高，噪声低，重量轻，电机外形美观，绝缘等级采用也考虑电机制造成本的降低等国内虽有部分产品已达

90年代初的国际水平，但

80年

相当部分的产品可靠性差，重量重，体积大和噪声大，综合水平只相当于

代初期国际水平，其主要原因是制造工艺落后，关键材料的质量和品种不能满足要求，科研和设计工作没有跟上，科研投入少，新产品开发资金匮乏，企业技术创新能力较弱

2、电机行业发展趋势1）企业在改造中求发展

企业要自己选准位置，立足生求，真抓实干，稳步发展。我国中小电机生产销售受各种因素的影响，变化幅度比较大，企业要看准改革市场，并重点地去占领他，发挥企业自身的优势，例如，目前的稀土永磁电机，大量用于风机、水泵、

机床、压缩机、城市交通及工矿电动车辆等变频调速装置，预测会有较大的发展前途。

2）发展派生、专用系列电机

我们要开拓多用途、多品种派生和符合国外先进标准的电机产品。

随着社会

的不断前进，科技水平的不断提高，电机行业的不断发展，市场需求会不断变化，电机产品的外延和内涵也不断拓展，电机产品配套面广，它广泛地应用于能源、交通、石油、化工、冶金、矿山、建筑等各个领域，并且电机的通用性逐步向专用性方面发展，打破了过去同一类电机同时用于不性质、

不同场合的局面。电机

产品正向着专业性、特殊性、个性化方面发展，这也是国外企业发展的最新观点与动向。

3）电机要高效、节能

我国中小型电机作为各种机械设备的动力源，

其耗电总量已占全国发电量的

70%左右。因此，发展中国高效电机，推广节能产品，是响应国家节能、实现节能降耗的重要举措。

在产品开发中，以前的科学院所、企业在产品设计采用了许多办法，如采用降低起动力矩、电容补偿、阻尼槽方法来节约电能，但这些都是在频率不变的条件下来实现的。自从有了逆变器后，电源的变频变压变的更加容易，从而可以调节异步电机在最佳工作点上运行，保证出力不变的情况下，可用最大效率和功率因数代替额定效率和额定功率因数，

减小了电机尺寸，减轻了电机重量，降低了

成本，提高了企业经济效益和社会效益。

4) 机电一体化、智能化

随着科学技术的发展，机电一体化技术得到长足发展，同时，各种高新技术也为电机产品注入了新的活力，制造工艺和管理信息化技术通过微电子、计算机、网络技术的应用，国家的鼓励、各企业对科技的重视，使新产品开发的周期逐渐缩短，机电一体化、智能化电机（如交流变频调速电机是一种无级调速传动系统）应运而生，调速制造、虚拟制造等先进制造技术推广应用。我国的电机的技术性能水平与发达国家的水平相当。

2、发展趋势

随着国家宏观经济的调整以及市场需求的推动，

二十世纪中小型电机的品种

将得到更大的发展，尤其是对于发展高效率电机、高品位的出口电机和机电一体化的交流变频电机将会给予特别的重视，

而一些新颖的电机，如永磁电机、无刷

CAD技术、数控机床、

直流电机、开关磁阻电机等，将进一步完善。同时，随着

专用加工设备、冷轧矽钢片、F级、H级绝缘材料等新技术、新材料的推广，电

机行业的生产方式也将出现新的重大的变化。电机的技术发展动向是向小型化、薄型化、轻量化、无刷化、智能化、静音化、高效化、节能化、环保化、可靠化、精密化、组合化，电机采用新型磁性、导电、绝缘材料。二、本课题研究内容

本课题主要是研究设计

Y802-4三相鼠笼式异步电动机---设计计算. 首先

根据给定的功率，功率因数，相数，频率及额定相电压确定异步发电机的主要规格。

本课题的主要计算过程如下：

1.额定数据及主要尺寸计算2.磁路计算3.参数计算4.起动计算

根据Y802-4三相鼠笼式异步电动机各性能指标：效率

Tmax

，功率因数cos，

ISTI

TST

最大转矩倍数

，起动转矩倍数

TN，起动电流倍数

计算出各个参数。

三、本课题研究方案

本课题的研究方案是根据设计任务书并结合所选机型的各参数指标进行复算，通过方案比较，确定电机电磁性能有关的尺寸和数据，选定材料，并核算其电磁性能。最终算计出符合国家有关标准和技术要求的电机参数；

利用计算机进行辅助设计，提高功率因数，提高效率，提高电动机的工作能，节省制造材料。

四、研究目标、主要特色及工作进度

1.研究目标：在原复算方案的基础上既节省材料，又提高性能；将不同方

案进行比较，以求得最佳结果。

2、主要特色

进行发电机的电磁设计时，先釆用手算的方法，使各项性能指标都满足。后釆用计算机编程的方法进行计算，得出最优方案。

3、工作进度

起讫日期

第一周—第三周第四周—第五周

工作内容毕业实习论文的开题报告

备注

第六周—第九周第十周—第十二周第十二周—第十三周第十四周—第十五周第十五周—第十六周

复算电机的各种参数上机设计三个优化方案

用Autocad制图写毕业论文论文答辩

六、参考文献

[1] 陈世坤电机设计［M］[2] 李发海电机学［M］

机械工业出版社 2000 科学出版社 1995

沈阳机电学院清华大学出版社

[3] 三相异步电动机设计、原理与试验[3] 张跃峰 AUTOCAD2004 入门与提高

摘

要........................................................................................................................ I

ABSTRACT .................................................................................................................. II 前

言.......................................................................................................................... 1

第1章概述................................................................................................................ 21.1我国电机制造工业发展近况与发展趋势

.......................................................... 2

1.2电机的分类.......................................................................................................... 21.3三相异步电动机的结构和用途

.......................................................................... 3

1.3.1异步电动机结构............................................................................................ 31.3.2异步电动机用途............................................................................................ 41.4三相异步电动机的基本工作原理和运行特性

.................................................. 5

1.4.1 基本工作原理............................................................................................... 51.4.2三相异步电动机的工作特性........................................................................ 51.5三相异步电动机的起动与调速

.......................................................................... 6

1.5.1三相异步电动机的起动................................................................................ 61.5.2三相异步电动机的调速................................................................................ 71.6感应电动机的主要性能指标和额定参数

........................................................ 8

1.7电机节能 .............................................................................................................. 8第2章三相鼠笼式异步电动机的设计方法

............................................................ 10

2.1电磁负荷的选择与匹配.................................................................................... 10 2.1.1电磁负荷对电机性能和经济性的影响

...................................................... 10

2.1.2 电磁负荷的选择......................................................................................... 10 2.1.3 电荷负荷的匹配......................................................................................... 11 2.2主要尺寸、气隙长度的选取及绕组型式的选择

............................................ 11

2.2.1主要尺寸的选择.......................................................................................... 11 2.2.2 气隙长度的选取及确定............................................................................. 12 2.2.3铁心尺寸...................................................................................................... 12 2.2.4定子绕组形式和节距的选择...................................................................... 13 2.3笼型转子的尺寸设计........................................................................................ 14 2.3.1 转子槽数选择及定转子槽配合问题

......................................................... 14

2.3.2 转子槽形的选择和槽形尺寸的确定第3章三相鼠笼式电动机电磁设计与方案调整3.1鼠笼式电动机电磁方案的设计

......................................................... 15 .................................................... 17

........................................................................ 17

3.2电机调整方案 .................................................................................................... 37 3.3方案结果分析.................................................................................................... 40 3.4提高电机工作性能的一些措施

........................................................................ 41

............................................................ 43

第4章计算机辅助工具在电机设计的应用

结束语.......................................................................................................................... 45 致

谢......................................................................................... 错误！未定义书签。

参考文献...................................................................................................................... 45

Y802-4 0.75 kW三相鼠笼式异步电动机设计

摘要

,文章首先从异步电机的

本文介绍了Y系列三相鼠笼异步电动机的设计方法

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。同时本文也详细阐述了三相鼠笼异步电动机的设计改进调整方案，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

以及计算机辅

Y802-4 0.75KW Three-phase Squirrel-cage

Induction Motor Design

Abstract

In this paper, Y series three-phase squirrel-cage induction motor design method, the article first of all, from the basic theory of induction motor characteristics and the work to proceed, briefly introduced the latest development of the induction motor, the basic characteristics, type, structure, purpose, technical indicators, the working principle and operation characteristics, designed for the motor to make the necessary preparations for the theory .Electrical design is a complex process and therefore need to take into consideration to determine a lot of size and data. At the same time, this article also detailed three-phase squirrel-cage induction motor to improve the design of adjustment programs, as well as the application of computer-aided tools, this motor design and optimization to bring a new opportunity.

Keyword: Three-phase asynchronous motor; design; electromagnetic parameters; performance; optimization program

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。重要组成部分，在国民经济中起着举足轻重的作用。

中小型电机行业是机械工业的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。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

电气

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，

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，展，以适应各个新兴工业领域不同的特殊要求，

必须适时实地做出更新与发

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。

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，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。小型电机，国内产品已经发展到

我国已能自主地生产各种中

在

100 多个系列，500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：动机和绕线转子感应电动机。

根据电动机按转子的结构不同，可分为笼型感应电

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Di > 1m,功率范围在400KW以上，电压为300 V和600 V。

中型：中心高H =(0.355——0.63)m,定子铁心外径Di =（0.5——1.0）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 =(0.08——0.315)m,定子铁心外径Di =（0.12——0.5）m,功率范围在（0.55——132）KW以上，电压为380 V。Y（IP44）系列的中心高H =(0.08——0.28)m,定子铁心外径Di =（0.12——0.445）m，共11个机座，功率范围为（0.55——90）KW，电压380V。

100个系列额，500多个品种，500多个

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，的电路（如图2）。鼠笼的材料一般采用高纯铝

形成一个多相

L01～L05。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。

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、电流定律、电路定律和电磁力定律等基础上的。右图4是三相交流异步电动机转子转动的原理图(图中只示出两根导条

)，当磁极沿顺时针方向旋

全如

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

图

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感应电势运行。

产生旋转磁场

切割转子绕组

转子绕组产生电磁转矩

转子中产生感应电流转子电流与磁场作用

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。1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：s

n1n1

n；

如果两者转向相反，则：s

。式中的n1、n都理解为转速的绝对值s是

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。

2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）。3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。4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)5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。

倍额定效率处。

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，可起动电流。

1) Y-Δ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。起动

2○

磁控式软起动

3○

智能式软起动。

软起动方式：○1液阻式软

1.5.2三相异步电动机的调速

三相异步电动机转速公式为：从上式可见，改变供电频率

60f1

1sp

f、电动机的极对数p及转差率s均可太到改变

转速的目的。异步电动机的调速主要有三种方法

1、变极调速

60f1p

，异步电动机正常运行时，转子转速

n略低于n1，所以，一旦

p改变，n1改变，n也随着改变。

1）Y→YY 变极调速2）Δ→YY变极调速2、变频调速

异步电动机的转速：n

60f1p

1s。当转差率S变化不大时，n近似正

属于恒转矩调速方式属于恒功率调速方式

比于频率f1，可见改变电源频率就可改变异步电动机的转速。常用的异步电动机变频调速控制方式通常有两种，即恒转矩变频调速和恒功率变频调速。

（1）

恒转矩变频调速。电机变频调速前后额定电磁转矩相等，即恒转TTeN

TTeN

，

矩调速时，有。

（2）恒功率变频调速。电机变频调速前后它的电磁功率相等，即Pem

TTem

'Tem'1

。

3、转子回路串电阻调速

转子串入附加电阻，使电动机的转差率加大，电动机在较低的转速下运行。串入的电阻越大，电动机的转速越低。此方法设备简单，控制方便，但转差功率以发热的形式消耗在电阻上。属有级调速，机械特性较软。串电阻前后保持转子电流不变，则有：

R2SN

，cos

cos

电磁转矩为：

TemCM

Icos

，保持不变，即属于恒转矩调速。

1.6 感应电动机的主要性能指标和额定参数

感应电动机的主要性能指标、基准值和额定参数。

性能指标额定功率额定电压额定频率额定转速

基准值

电压基准值：额定相电电流基准值：每相功电流功率基准值：额定功率

额定参数与标么值

UNIKW PN

效率功率因数最大转矩倍数起动转矩倍数起动过程中的最小转矩绕组和铁心温升起动电流倍数

阻抗基准值：ZKW=UN/IKW 转矩基准值：额定转矩

1.7电机节能

电动机广泛应用于工业、商业、公用设施和家用电器等各个领域，作为风机、水泵、压缩机、机床等各种设备的动力。中小型三相异步电动机是电力机械的最主要的原动机。目前中国电动机消耗的电量约占全国用电量的电动机占到全国电动机功率的

60％，而中小型

75％，若把中小型电动机的效率平均提高一个百

分点，一年可节电20多亿kWh。由此可见，电动机的节能潜力巨大，提高中小型电动机的能源效率是工业终端设备节能的一个重要方面。如下：

1、选用节能电动机

Y系列三相异步电动机是全国统一设计的新系列小型鼠笼转子电动机。列电动机效率较高，全系列加权平均效率为

Y系

一般采取的节能措施

88.27%，比J02系列高0.41%,起动

足对起动转矩要求高而又

转矩比J02系列平均提高30%，因此有利于用户既满

可选用容量较小的电动机2、合理选择电动机容

。这有利于提高节电效果。

一般电动机负载的系数在0.5-1范围内为高效区。电动机容量要根据生产机

械需要的功率来决定。但实际中往往会出现“大马拉小车”的现象，由于容量选择不合理，使电动机经常处于轻载状态，致使功率因数降低，增加线路损耗。所以要根据不同负载合理选择电动机。3、异步电动机采取调速节电

目前，风机与泵类设备常用调节阀门或挡板开启度的方法来调节流量，浪费很大。而用电动机调速来调节流量，可使风机、泵长期在高效率状态运行，节电可达30%-60%a。表1列出异步电动机几种常用的调速方式及特点。在工农业生产中可根据电机、场地、调速要求等情况选择调速方案。对于不同的负载类型选用不同类型的电动机，可以获得良好的节电效果。

(1)可变转矩型异步电动机。其最大转矩和额定转矩都和转速成正比，故低速时最大转矩和额定转矩都只有高速时的一半

(倍极比电动机)，而额定功率只有

电能

高速额定功率的1/4。这类电动机适合泵、风机使用，因它的特性基本上与负载特性配合。接线方式是低速时为串联

Y,高速时为并联Y。

(2)恒转矩型异步电动机。其最大转矩和额定转矩近似地保持不变，额定功率正比于转速。这类电动机适合传送带、压缩机和机床进给机构使用接线方式是低速时为串联0,高速时为并联Y

(3)恒功率型异步电动机。其最大转矩和额定转矩反比于转速。这类电动机适合于金属切削机床、卷扬机等。接线方式是:低速时为并联Y,高速时为串联△。

第2章三相鼠笼式异步电动机的设计方法

2.1 电磁负荷的选择与匹配

2.1.1电磁负荷对电机性能和经济性的影响

由于正常电机中系数

、KNM、与Kdp实际上变化不大，因此在计算功率P

A、B。电磁负荷越高，电

与转速n一定时，电机的主要尺寸决定于电磁负荷

机尺寸将越小，重量越轻，成本也越低。这就是在一般可能情况下，一般希望选取较高电磁负荷和B的原因。但电磁负荷选取与众多因素有关，不但影响电机有效材料的耗用量，而且对电机参数、起动和运行性能、可靠性都有重要影响。（1）线负荷A较高，气隙磁密B不变1○2○3○4○5○

电机体积和尺寸的减小，可节约钢铁材料

B一定时，由于铁心重量减小，铁耗随之减小

绕组用铜量增加

增大了电枢单位表面上铜耗，绕组温升增高影响电机参数和电机特性

（2）气隙磁密B高，线负荷A不变1○2○3○4○

电机体积和尺寸的减小，可节约钢铁材料电枢基本铁耗增大

气隙磁位降和磁路饱和程度增大影响电机参数和电机特性

2.1.2 电磁负荷的选择

电磁负荷与预防护等级、冷却方式、转子结构、绝缘等级及电压有直接关系。决定电磁负荷时。对于小型电机而言，各种产品之间磁密的波动范围不大。只是对于断续运行电机或者最大转矩要求高、功率数允许略低的产品，磁密可以略高。

但电密及热负荷AJ1波动较大。当磁密及J1选定后，根据电磁负荷的匹配关系，求取转子电密及调整定子齿部、轭部的磁密，电磁负荷选得高，就节省材料，但它受效率

,cos

及温升约束，不能选得过高。在推荐的范围内：

A可提高过载能力；B可提高cos；

1 A 随功率增加而增加，减少○2○

随极数增加面增加，降低

3 J1 ○

则随功率增加而减小，随散热能力提高而提高。同时绕线转子的J1要比

笼型转子的J1选低5%——10%；断续运行的可比连续的选的高些。

2.1.3 电荷负荷的匹配

电磁负荷的匹配直接影响电机的温升（定子绕阻温升）

，尽管随着电机类型

不同，温度场分而亦不同，但仍有一个共同的规律。就散热而言，转子热量有很大一部分要先传给定子，再经机座或通风道，与定子热量汇集在一起传给周围介质。

对于Y系列电机而言，磁负荷亦应遵循类似的规则，转子部分损耗很小，转子部分磁密只要在推荐范围内选取，其损耗可忽略不计。电机总的铁耗可以以为仅由定子齿部铁耗及定子轭部铁耗两部分构成。

当铁心尺寸确定后，铁耗随磁密

的增加而增加。对于4极电机而言，齿、轭磁密相近时，由于轭部体积较大，其铁耗常常是齿部好几倍。所以设计人员常将轭部磁密选项得较低，齿部选得较高，这从计算结果看是合适的，但在散热途径中齿部的散热不如轭部；

同时，齿部磁

密偏高，这会使其脉振损耗显著增加，这些从计算结果很难察觉，但却往往导致温升增高，因此齿部磁密不宜偏高。

2.2 主要尺寸、气隙长度的选取及绕组型式的选择2.2.1主要尺寸的选择

设计的主要任务是确定电动机的主要尺寸，

选择定转子磁路结构，设计定转

调整电动

子冲片和选择绕组数据，然后利用有关公式对初始设计方案进行较核，机的某些设计参数，直至电动机的电磁设计方案符合技术经济指标求。

三相鼠笼异步电动机的主要尺寸包括定子内径决定电机主要尺寸的基本关系式：

i1ef

Di1和电枢计算长度lef

6.1

aKNmKdp1AB

其中感应电动机的计算功率由于感应电动机额定功率为：比较上两式，则有P

P为：P

m1E1I1

PNm1UNI1cos

E1UN

.cos

相近规格

在生产实际中，设计感应电机时往往只需参考已经制定的同类型、电机的尺寸。一般来说，三相异步电动机的设计可有如下两种情况：

(1)直接利用某特定的定子冲片，以提高电动机定子冲片的通用性和缩短电动机的研制周期。在此情况下，由给定的定子冲片，即可知道定子冲片内径，再由电动机的功率和电机常数选取电枢计算长度。

(2)在给定电动机的性能指标，而无其他。此时根据预估的电磁负荷，有电动机的功率和转速可选定电动机的Lef

DLef，然后凭经验选取一定的主要尺寸比

2i1

，得出电机的主要尺寸。

2.2.2 气隙长度的选取及确定

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。异步

电动机的气隙长度是影响制造成本和性能的重要设计参数，它的取值范围很宽，选得小，可使励磁电流降低而提高功率因数，但槽漏抗也随之增加，使起动转矩、最大转矩降低。过小的气隙也容易招致定、转子相擦。但若选得大，则情况刚好相反。在异步电动机设计选取气隙时，需考虑多种影响。

从电抗去磁能力考虑，较小的

对提高抗去磁能力有利，但由于制造和装配

工艺的，气隙不能取的太小。与材料有关，较小时，抗去磁能力相对较差宜取小些。极数是选取

值需考虑的重要因数。

2.2.3铁心尺寸

铁心的尺寸指定子铁心外径、内径、转子铁心内径及铁心长。铁芯冲片一般由相互绝缘的0.5mm厚硅钢片冲成，冲片内圈有均匀分布的槽，用来嵌放定子绕线。当冷却方式、工作制不同时，可参考下列关系选取铁心尺寸。

自冷式（不带内、外风扇）电机，当上列其他特征与自扇冷（的相同时，若维持相同的输出功率，应选比后者高心尺寸。

断续运行（以

S3、FC=40%工作制为代表）电机，当上列其他特征均与连续

IC0104）产品

2——3个功率等级的电机铁

运行的相同，并维持相同的功率时，可选取比连续的低约1个功率等级的铁心尺寸。若为工作制时，FC分别为15%、25%、60%，则应分别在40%的基础上乘以1.4、1.19及0.845，即为在同一铁心下分别对应的输出功率。此近似地推算出铁心尺寸。

若维持功率不变，可据

2.2.4定子绕组形式和节距的选择

绕组的形式，连同其结构参数对电机的所有电气性能均产生不同程度的影响。不同的形式的绕组按照各自的特性有不同的适用范围。1、单层链式绕组

优点：○1槽内无层间绝缘，槽利用率高，散热好；

2○3○

同一槽内的导线都属于同一相，在槽内不会发生相间击穿。线圈总数比双层少一半，嵌线比较方便，节约嵌线工时；

缺点：○1不易做成短距，磁势波形比双层绕组差；

2○

电机导线较粗时，绕组嵌放和端部的整形比较困难；

图 5 24槽节距1—6 单层链式

通过改善磁动势波形是使气隙磁动势分布接近正弦波，即其谐波含量减少了，由此带来的效果是附加损耗，电磁噪声减小了；T-S曲线与的形状也改善了，即减少了附加转矩，提高了起动过程的最小转矩；提高绕阻系数则意味着使下降，cos

及效率都得到提高，或者保持

Bg不变，适当减少匝数，或者缩短

铁心，即收到节铜或硅钢片的效果。

2.3 笼型转子的尺寸设计

2.3.1 转子槽数选择及定转子槽配合问题

笼型转子感应电机在选取转子槽数时，

必须与定子槽数有恰当的配合。如果

配合不当，会使电机性能恶化。下面就槽配合对附加损耗、附加转矩、振动与噪声等的影响作扼要的介绍。（1）槽配合对附加损耗的影响

感应电机的附加损耗主要由气隙谐波磁通引起。

这些谐波磁通在定转子铁心

中产生高频损耗（表面损耗和齿部脉振损耗），在笼型转子中产生高频电流损耗。其中以定、转子齿谐波的作用最为显著。

当定、转子槽数相等时，定子齿谐波磁通不会在转子中产生高频电流损耗。当定、转子槽数很接近时，转子齿中由定子齿谐波磁通引起的脉振较小，脉振损耗也就较小。同理，定子齿中由转子齿谐波磁通引起的脉振损耗也较小。（2）槽配合对异步附加转矩的影响

异步附加转矩是某一极对数的定子谐波磁场与由它感应于转子中的电流所建立的同一极对数的谐波磁场相互作用而产生的。关系。定子之比：

TvmaxTst

这两个磁场之间有直接的依赖

次谐波磁势产生的异步附加转矩最大值与基波磁势产生的起动转矩

1Xm2vR

K2vKskvK21Ksk1

。

（3）槽配合对同步附加转矩的影响

如果定子某一个谐波磁场感应于转子中的电流所建立的某一谐波磁场的极对数，等于另一个定子谐波磁场的极对数，

则在某一转速下，这两个极对数相等

因此它们相互作用而产生一个

的定转子磁场可以在空间上同步旋转而相对静止，

象同步电机一样的转矩，称为同步附加转矩。同步附加转矩迭加在电动机的异步转矩上，使电机的转矩特性曲线发生畸变，影响电机的起动性能。其中，由定子齿谐波磁场和转子齿谐波磁场所构成的附加同步转矩最严重。（4）槽配合对振动和噪声的影响

当槽配合符合下列条件时，定、转子齿谐波磁场将引起电机振动和噪声：Z1

Z1i

2pi

1,2,3......

Z2=Z1

同样，定、转子相带谐波磁场与转子一阶齿谐波引起振动和噪声的条件为：

Z12pm1k1

Z2=2pm1k1i

0,i1,2,3......

（5）感应电机定、转子槽配合的选择

定、转子槽配合对感应电机附加损耗、附加转矩、振动和噪声等影响很大。通常在选择槽配合时主要考虑下列原则：

1）为了减小附加损耗，应采取少槽近槽配合2）为了避免在起动过程中产生较强的异步附加转矩，

应使z2

1.25z1

p。

3）为了避免在起动过程中，产生较强的同步附加转矩、振动和噪声，应避免采用下表1第4项所列的槽配合。表1

产生原因

不良后果

1、堵转时产生同步附加转矩

2、电动机运行时产生同步附加转矩3、电磁制动运转时产生同步转矩4、可能产生电磁振动和噪声

定转子一阶齿谐

波

转子一阶齿谐波与定子相带谐波

定转子二阶齿谐波

━

z2z1z22pm1k

z2z1

z22pm1k

z2z1

z22pm1k

z2z1

z2z2

z1z1

i2pi

z2z2

2pm1k2pmk1

i2pi

z2z1pi

2.3.2 转子槽形的选择和槽形尺寸的确定

（1）转子槽形

感应电动机笼型转子槽型种类很多。如下图

图 6 感应电动机笼型转子常用槽型

a）、b）平行齿 c）、d）平行槽e）凸形槽f）刀型槽

g）、h)闭口槽i）双笼转子槽j）梯形槽

（2）转子槽形尺寸的确定

转子槽形尺寸对电动机的一系列性能参数如：起动电流、矩、起动过程中的转矩（即

起动转矩、最大转

T-s曲线的形状）、转差率、转子铜耗、功率因数、

效率和温升等有相当打的影响。其中起动转矩、起动电流、最大转矩和转差率与转子槽型尺寸的关系最为密切。此外还要重点考虑起动性能的要求；

估算转子导

条电流；初步给定导条电流密度；计算导条截面积；由导条截面积、槽形以及转子齿、轭部磁密，确定转子槽具体尺寸，槽口部分主要由工艺确定。（3）端环的设计

转子端环的设计与转子槽的设计相类似，在保证是够起动转力的前提下应尽使端环原型小一点，以节约铝材料和提高电动机的品质因数。

1）类似槽形尺寸确定

2）为利于散热，电流密度低于导条电密

图 7 端环设计尺寸图

第3章三相鼠笼式电动机电磁设计与方案调整

本章详细阐述Y90S—4 0.75 kW异步电动机的设计，该电机为一般用途的鼠笼式全封闭自扇冷式三相异步电动机，

定子绕组为铜线，绝缘等级为B级，其

IP44的要求。满足国内标

基本结构防护要求达到国家电工委员会外壳防护等级

准，向某些国际表准及某些发达国家标准靠拢，贯彻“三化”——标准化、系列化及通用化的要求。

3.1鼠笼式电动机电磁方案的设计

一、额定数据及主要尺寸1．输出功率P2P2=0.75kW 2．外施相电压U1U1=220V

3．功电流IP3

I210

0.7510KW

=1.1363636A

m1U=

3220

4．效率

=0.77 5．功率因数coscos

=0.763

6．极数

pp=4

7．定子槽数Q1Q1=24 转子槽数Q2Q2=22

8．定子每极槽数

QQ124P1

4=6

转子每极槽数

QQ222P2

=5.5

9．定、转子冲片尺寸见右图8，图9 单位（mm）

图 8 定子冲片尺寸17

P2=0.75 kW U1=220 V

=1.13636A

=0.77

cos

=0.763

p=4

Q1=24 Q2=22 QP1=6

QP2=5.5

图 9 转子尺寸

10．极距

11．定子齿距t1

12．转子齿距t2

13．节距

y14．转子斜槽宽bSK15．每槽导体数

16．每相串联导体数

式中：

17．绕组线规（估算）式中：

导线并绕根数·截面积

S1（mm

2）

定子电流初步估算值

定子电流密度

118．槽满率（1）槽面积

Di1P

7=58.9049

tDi1751

Q=24

=9.8175

tD2

74.52Q=2

=10.6385

y=5

bSK=9.8175 Z1=103

Q1Z1

241031

m=31

=824

1a1

a1=1 NI11S1

1.934216.19=0.3125

IIKW1.13636361

cos

0.770.763

=1.9342

查表得

=6.19A/MM

S2Rb2

2hS

23.9

5.7

3.92

8.62

=70.2023mm

=58.9049 mm

t1=9.8175mm

t2=10.6385mm

y=5

bSK=9.8175mm Z1=103

Z1=824

a1=1

N1S1=0.3125

=6.19

A/mm

SS=70.2023mm

（2）槽绝缘占面积

（3）槽有效面积

（4）槽满率

绝缘厚度Ci导体绝缘后外

槽契厚度h

19．铁心长l铁心有效长

净铁心长

lFe

铁心压装系数KFe20．绕组系数

（1）分布系数

式中：

SiCi2hS

=0.25

（2*8.6+

*3.9）=7.5845 mm

SeSS

=70.2023-7.5845=62.6178 mm

SN1Z1d

*103*0.69f

62.6178

=0.7831

Ci=0.25 mm d=0.69 h=2 无径向通风道

leffl2g

=80+0.25*2 =80.5

无径向通风道

lFeKFel

=0.95*80=76

KFe0.95Kdp1

Kd1Kp1

=0.9659265*1=0.965926

sinsin

30K2

2d1

q301sin

2sin

=0.965926

qQ1

1p3*4

pQ=30

Si=7.5845 mm

e=62.6178 mm

Sf=0.7831

Ci=0.25mm

d=0.69mm

h=2mm

leff=80.5mm

lFe=76mm

KFe

0.95

Kdp1=0.965926

Kd1=0.965926

q1=2

（2）短距系数式中：

21．每相有效串联导体数

二、磁路计算22．每极磁通

式中：

23．齿部截面积（1）定子

（2）转子

24．轭部截面积（1）定子

式中：定子轭部磁路计

算高度hC1圆底槽

Kp1

sin90=1

y5Q=0.8333

p16

Kdp1Z

Kdp1 =824*0.965926 =796

1102.22fZ

Kdp1

194.596*10

2.22*50*796

=220261.7

10.1175*220=194.6

ST1bT1lFeQP1

=4.7569*76*6 =2169.16

ST2bT2lFeQP2

=4.99495*76*5.5 =2068.

SC1hC1lFe

=10.2667*76 =780.2667 mm

hD1

Di1

h1S

12075213.51

3*3.810.2667

Kp1

0.83333

Kdp1=796

=220261.7

E1=194.6 V

ST1=2169.16

ST2=2068.

SC1=780.2667

hC1

10.2667

（2）转子

式中：转子轭部磁路计算高度hC2平底槽

25．空气隙面积

26．波幅系数

27．定子齿磁密

28．转子齿磁密

29．定子轭磁密

30．转子轭磁密

31．空气隙磁密

SC2hC2lFe

=11.75*76 =3 mm

hD2

Di2

2C2

dK2

74.526212.5

11.75mm

leff

=58.9049*80.5 =4747.84

F最大S

平均=1.455

BT1

ST1

1.455*

220261.72169.16

=14774.4 GS

BT2FS

ST2

1.455*

220261.72068.

=190.4 GS

B1C1

2SC112

220261.7780.2667=14114.5 GS

B1C2

2SC21*

220261.72

=12332.7 GS BgFS

Sc2=3

S=4747.84

FS=1.455

BT1=14774.4 GS

BT2=190.4 GS

BC1=14114.5 GS

BC2=12332.7 GS

Bg=6758.6 GS

1.455*

220261.74741.8

=6758.6 GS

32．查附录Vl得

33．齿部磁路计算长度定子: 半开口平底槽

转子:平底槽

34．轭部磁路计算长定子:

转子:

35．有效气隙长度式中：

定、转子卡氏

系数KC1、KC2半闭口槽和半开口槽

式中：

齿距为

atT1=17.8 atT2=26.7

atC1=13.2

atC2=7.22

hT1hS1hS2

=9.2+

1*3.8=10.4667 mm

hT2hR1hR2=12 mm

hC1

lC1

2p12010.2667

43.0922mm

Di2

hC2

lC2

2611.75

814.8244mm

gegKC1KC2

=0.25 * 1.05 * 1.3404 =0.33509

Kt4.4g0.75bo

t4.4g

0.75bo

即

KCKC1*KC2

K9.817.4*0.250.75*2.5

9.817.4*0.25

0.75*2.5

2.5

=1.2722

=10.4667mm

h'T2

=12 mm

C1=43.0922 mm

'C2

=14.8244 mm

ge=0.33509

KC=1.3404

KC1=1.2722

槽口宽bo

36．齿部所需安匝定子:

转子:

37．轭部所需安匝定子

轭部磁路长度校正系数C1转子

38．空气隙所需安匝

39．饱和系数

40．总安匝

K10.26674.4*0.250.75*1C2

10.26674.4*0.25

0.75*1

=1.0535

ATT1atT1hT1

=17.8×1.04667=18.6307 mm

ATT2atT2hT2

=26.7×1.2=32.04 mm

ATC1C1atC1lC1

=0.353×13.2×4.30922 =20.0792 mm

C1=0.353 ATC2C2atC2lC2

=0. ×7.22×1.48244

= 6.8501 mm

C2=0. ATg0.8Bgge

=0.8 * 6758.6 * 0.33509 =181.1771

FATT1ATT2ATg

ATg

18.630732.04181.1771

181.1771

1.27967

ATT1ATT2ATC1ATC2ATg

KC2=1.0535

ATT1=18.6307

ATT2=32.04

ATC1=20.0792

C1=0.353

ATC2=6.8501

C2=0. ATg=181.18

FT=1.27967

AT=258.7771

41．满载磁化电流

42．满载磁化电流标么值

43．激磁电抗

三、参数计算44．线圈平均半匝长（估算）单层线圈

式中：

=18.6307+32.04+20.0792+6.8501+181.1771 =258.7771

I2.22ATpm

m1Z1Kdp1

2.22*4*258.77713*0.965926*796

=0.9624 A

iImm

IKW

0.96241.13636

= 0.8469

1i=

0.8469

= 1.1808

lZLBKS

=110+1.16*58.9049=178.2473

LB直线部分长

l2d1=80+2*15=110 KS=1.16 CY

2cos=

58.90492*0.8139

=36.1475

Di1

2hSOhS1hS2

7520.50.9.23.8

*0.8333

= 58.83 mm

d1=15 mm

cos1sin

10.58112

= 0.8139

sin

bS12R

bS1

2R2bT1

Im=0.9624 A

0.8469

1.1808

178.25 mm

lB110mm

KS=1.16

CS=36.1475

=58.83 mm

d1=15 mm

cos=0.8139

sina=0.5811

5.65.6

2*3.82*4.7569

2*3.8

45．双层线圈端部轴向投影长

46．单层线圈端部平均长

47．漏抗系数

48．定子槽单位漏磁导

式中：

49．定子槽漏抗

式中：

50．定子谐波漏抗

=0.5811

fdCSsin =36.1475 * 0.5811 =21.01 mm

lS2d1KS

=2*15 + 1.16*58.83 =98.2473 mm

C2.63fP2leffZ1K2

dp1

2.63*50*0.75*8.05*796

4*220

*10

=0.0259788

KU1

KL1

L1=1 * 0.42096+1 * 0. =1.06096

KU1

1 KL1

1 U1

0.42096 L10.

lS1

1m1pS1

effKdp1

80*3*4*1.0609680.5*0.9659562

*24

*0.02598

=0.01468

无径向通风道时

l = 80 mm xm1

Kdp1

FCx

21.01 mm

lS=98.2437 mm

Cx=0.02598

1.06096

KU1

1 KL1

1 U1

0.42096 L1

xS1=0.01468

l1=80 mm

xd1=0.02395

3*58.9

0.0206

式中：

51．定子端部漏抗单层链形绕组

52．定子漏抗

53．转子槽单位漏磁导

式中：

．转子槽漏抗

55．

*0.3350.96592

1.2797

*0.02598

=0.02395

S0.0206

xe1

0.2

lSl2

effKdp10.298.247380.5*0.9659

2*0.02598

=0.0067965

x1xS1xd1xe1

=(0.014679+0.02395+0.0067965) =0.4295

0.50.4876

0.9876

0.5

0.4876

xlS2

2m1pS2

lCx

effQ2

80*3*4*0.987680.5*220.02598

0.013908

xm1

Rd2

gFCx

3*58.9

0.02862

0.335

1.2797

*0.02598

=0.031024

0.0206

xe1=0.0067965

x1=0.4295

=0.9876

0.5

04876

xS2

0.013908

xd2=0.031024

式中：

56．转子端部漏抗

57．转子斜槽漏抗

58．转子漏抗

59．总漏抗

60．定子相电阻

61．定子相电阻标么值

62．有效材料

R0.0286 xe2

0.757lBl

DRlCx

eff

1.13

0.75711080

5980.5

1.13

*0.02598

==0.0100

lB110mm DR

59 mm

xSKSK0.5

txd2

9.81752

0.5

10.6386

*0.031024

0.1321

x2xS2xd2xe2xSK

=(0.13908+0.031024+0.0100+0.0.1321) *0.02598 =0.0682312

xx1x2

=0.04259+0.0682312 =0.1136571

RlzZ

a1S1N1100

0.0217*17.825*8241*0.31248*1*100

10.2

RIKW1

U=10.2*

1.13636=0.05269

220

GAl、GCu

lZZ1Q1S1N1

=1.05*178.25*103*24*0.31248*1*8.9*

0.0286

xe2=0.100

lB110 mm DR

59 mm

xSK=0.1321

x2=0.0682312

x=0.1136571

R1=10.2

r1=0.05269

GCu=1.2866 kg

式中：

63．转子电阻

导条电阻

端环电阻

式中：

转子导条面积端环截面积转子导条或端环的电

阻系数

=1.2866 kg

FeKFelD1

7.810

0.95*80*13052

*7.8*10

=9.2625 kg

C=1.05 =8.9

1=0.31248 mm

KFe = 0.95

= 5 mm

RKBlBB

SBQ2

190.048*

1.04*1.1*0.0434

43.1*22

=9.9513

R2DR

190.048*2*58.9*0.0434

120

=1.6136

m1Z1Kdp1

3*796

210

=190.048 KB=1.04

B=43.1 mmS2

R=120 mm

=0.0434

GFe=9.2625 kg

C=1.05 =8.9

1=0.3125 mmKFe=0.95

= 5 mm

RB=9.9513

RR=1.6136

K=190.048

KB=1.04

B=43.1 mmSR=120 mm

=0.0434

导条电阻标么值

端环电阻标么值

转子电阻标么值

．满载电流有功部分

65．满载电抗电流部分

式中：

66．满载电流无功部分67．满载电势

68．空载电势69．空载定子齿磁密

=0.0434

RIKWB

=9.9513*1.13636220

=0.0514

rIKWR

=1.16136*1.13636220

=0.008334

r2rBrR =0.0514 + 0.008334 =0.05974

10.77

=1.2987

ixKmxi2

Kmxi2

=0.2037

1imx1=1.0385

iRim

ix=1.0506 1

iPr1

iRx1

=0.8838505

1imx1=0.961529

B10T10

BT1

0.9615290.8838505

*14774.4

=16072. GS

=0.0434

rB=0.0514

rR=0.008334

r2=0.05974

iP=1.2987

=0.883850

=0.96153

BT10=16072.

70．空载转子齿磁密

71．空载定子轭磁密

72．空载转子轭磁密

73．空载气隙磁密

74．空载定子齿安匝

75．空载转子齿安匝

76．空载定子轭安匝

77．空载转子轭安匝

78．空载空气隙安匝

B10T20

BT2

0.9615290.8838505

*190.4

=16851.85 GS

B10C10

BC1

0.9615290.8838505

*14114.5

=153.99 GS

B10C20

BC2

0.9615290.8838505

*12332.7

=13416.56 GS

B10g0

0.9615290.8838505

*6758.6

=7352.56 GS

ATT10atT10hT1

=45.35*1.04667=47.47

ATT20atT20hT2

=49.45*1.2 =59.34

ATC10C1atC10lC1

=0.353*41.55*4.30922 =63.0239

ATC20C2atC20lC2

=0.*31.1*1.48244 =29.5065

ATg00.8geBg030

BT20=16851.85

BC10=153.99

BC20=13416.56

Bg0=7352.56

ATT10=47.47

ATT20=59.34

ATC10=63.0239

ATC20=29.5065

ATg0=197.10

=0.8*0.335*7352.56 =197.1002

79．空载总安匝

AT0ATT10ATT20ATC10ATC20

ATg0AT=396.62

80．空载磁化电流

81．定子电流标么值

定子电流实际值

82．定子电流密度

83．线负荷

84．转子电流标么值

转子电流实际值

=47.47+59.34+63.02+29.51+197.10 =396.62

I2.22AT0pm0

m1Z1Kdp1

2.22*396.62*43*824*0.9659

=1.475

1iP

1.2987

1.0506

=1.6705

I1i1Ikw

=1.6705*1.13636 =1.83

a(安/毫米

)

1N1S11.1*1*0.3125

=6.075

Am1Z

D(安/厘米

)

3*824*1.83

=199.17

2iPix

1.2987

0.203752

=1.3146 Im1Z

Kdp1

2i2IKW

1.3146*1.13636*

3*824*0.9659

=162.13 A

Im0=1.475

i1=1.6705

I1=1.83 A

1=6.075

A1=199.17

i2=1.3146

I2=162.13 A

端环电流实际值

85．转子电流密度导

条密度端环密度

86．定子铝损耗

87．转子铝损耗

88．附加损耗

铸铝转子．机械损耗

机械损耗标么值

90．定子铁耗（1）定子齿重量

IQ2

RI2

p162.13*

224

=283.85 A

I2.13B

S =

162 = 3.762

43.1

IR..85R

S =

283R120

= 2.365

pAl1

1.6705

0.05269= 0.147018

Al1pAl1P210

=0.147018*750=110.26

Al2i2

r21.31462

*0.05974= 0.10323

PAl2pAl2P210

=0.10323*750=77.42

PS=0.02

Pfw6.5

6D2p

6.5

67.4

= 6.0473

Pfw

210

6.0473

0.75*10

= 0.008063

VT1pST1hT1

=4 * 2169.16 * 10.4667

IR=283.85 A

3.765

2.365

pAl1

0.147018

PAl1

110.26

pAl2

0.10323

PAl2

77.42

0.02

Pfw

6.0473

Pfw

0.008063

VT190815.52

（2）定子轭重量

（3）损耗系数

（4）定子齿损耗（5）定子轭损耗（6）总铁耗

铁耗校正系数

铁耗标么值

91．总损耗标么值

92．输入功率93．总损耗比

94．效率95．功率因数

96．转差率

=90815.52

VC12pSC1hC1

=2*4*780.2667*10.2667 =085.9

pT1=45.35 pC1=41.55

PT1pT1VT1=4.1185 PC1pC1VC1=2.6628 PFe

k1PT1

k2PC1

2.5*4.1185

2*2.6628=15.6217

k1=2.5 k2=2

PFe

PFeP3

=0.02083

210PPAl1

PAl2PFePSPfw

=0.14702+010323+0.02083+0.02+0.008063 =0.29914

P11P=1+0.29914=1.29914 p

PP=0.23026

p=0.769739

cos

1=0.7777

PAl2

PFe

PT1

PC1

Pfw

=0.09031

VC1

085.9

pT1=45.35 pC1=41.55 PT1=4.1185 PC1=2.6628 PFe=15.6217

k1=2.5 k2=2

PFe

0.02083

0.29914

1.29914

0.23026

0.769739

cos

0.7777

0.09031

97．转速

98．最大转矩

四、起动计算99．起动电流假定值100．起动时漏磁路饱和引起漏抗变化的系数

101．齿顶漏磁饱和引起定子齿顶宽度的减少

102．齿顶漏磁饱和引起转子齿顶宽度的减少

103．起动时定子槽单

位漏磁导

式中：

13.

120f1Sn

120*50*1

0.09031

= 13. rad/min

SnTM

2.55588

2r1

=2.55588

Ist(2.5~3.5)TMIKW=7.75

Ist

7.75 BATstBL

304.3

1.6g

=304.3

ATstATSt

1116.7

IZ1st

a0.707KU1

KQ1p1

=1116.7

0.2.5gt =0.91637

0.91637

CS1t1

b011KZCS1

1.7416

=1.7416

CS2t2b021KZCS2

2.294

=2.294

S1st

KU1

U1U1

KL1

L1S1(st)

=0.9593

=1*（0.42096-0.10166）+1*0. =0.9593

U1 = 0.10166 U1=0.10166

104．起动时定子槽漏抗

105．起动时定子谐波漏抗

106．定子起动漏抗

107．考虑到挤流效应的转子导条相对高度

式中：hB

bBbR

108．转子挤流效应系数

查转子挤流效应系数图得

109．起动时转子槽单位漏磁导式中：

xS1stS1st

xS1

0.95931.031

*0.01468=0.01327

xd1st

KZxd1

=0.762 * 0.02396=0.01825

x1stxS1stxd1stxe1=（0.01327+0.01825+0.006797）= 0.03832

0.1987hbBf

0.1987*12.*

1*501*4.34

=0.80932

转子导条高，对于铸铝转子不包括槽口高转子导条宽对槽宽之比值，对于铸铝转子

bBb1

导条电阻系数。

对A、E、B级绝缘铝为4.34（浇铸）

r~=1.01

r0x~x=0.99 0

S2stU2st

L2st

=0.1518 + 0.4827=0.6345

U2st

=0.5 - 0.3482=0.1518

=0.3482

xS1st

0.01327

xS1st

0.01825

xS1st

0.03832

0.80932

hB=12

=4.34

r~=1.01

r0x~x=0.99

S2st

1.6345

U2st

0.1518

=0.3482

110．起动时转子槽漏抗

111．起动时转子谐波漏抗

112．起动时转子斜槽漏抗

113．转子起动漏抗

114．起动总漏抗

115．转子起动电阻

116．起动总电阻

117．起动总阻抗

118．起动电流

L2st

xL2

L2st

0.4827

=0.99*0.4876=0.4827

xS2stS2st

xS2

=0.0036

xS2

0.63450.9876

*0.01391 =0.0036

xd2st

KZxd2

xd2

=0.023

=0.762*0.03101=0.023

xSK

KZxSK

xSK

=0.0101

=0.762*0.01321=0.0101

xS2stxd2stxe2xSK

x2st=0.5273

=0.0036+0.023+0.0101+0.0101 =0.05273

xstx1stx2

xst=0.09105

=0.03832+0.05273=0.09105

rr2

~llBl

rBrR

r2st=0.06011

lrB

1.01

8011080110110

0.05140.008334

=0.06011

r1r2str

0.1128

=0.05269+ 0.06011=0.1128

zst

=0.14496

0.1128

0.091052

=0.14496

IIKW1.13636st

0.14496

=7.8392

Ist=7.8392

zst

ist

119．起动转矩

IstI1r2z

7.83921.83

4.1297

ist=4.1297

Tst

stst

1Sn

TST=2.6023

0.060110.14496

10.09032.6023

3.2电机调整方案

电机的重要数据可以通过前面的章节初步确定，

但是欲得到合理的方案设计

数据，则需要通过计算机调试来获得，实验结果如果不能满足要求，则需要进行再次方案调整，直至符合国家标准和用户要求。电机方案的调整和优化是一项非常复杂的工作。下面我把计算中遇到的问题、调整方法以及调试方案所得分析介绍如下章节。调整项目及措施如下表

调

整

调整措施

适用情况

参量变化情况

有效材料用量变化情况

1增大定子绕组导线截面

2增大定子或转子槽面积以增大导体截

提高效率

截面面积3减小

槽满率较低

目的

J1、Pcu1减小Gcu1增加

Bi1、Bj1或Bi2、Bj2

较低

J1、Pcu1或J2Pcu2减小J1、Pcu1减小

Gcu1或Gcu2

增加变化小

Ns1增大导线

B较低，cos及

Ist有裕量

4放长

lt增大槽面积

各部分磁密均较高，

J1、Pcu1或J2Pcu2减小

Gcu1、Gcu2、GFe增加

变化小或增加

及导体截面

cos无裕量

5缩小

Di1或同时增

B较低，cos有裕

量，低

PFe减小或J1、Pcu1减小

Gcu1

大定子槽、导线截面

Bi2、Bj2或J2较

6增大D1以增大槽面积及导体截面

各部分磁密均较高，

J1、Pcu1及J2Pcu2减小

Gcu1、Gcu2、GFe增加

cos无裕量

1缩小定子槽面积

Bi1、Bj1或Bi2、Bj2

较高，

有裕量

Bi1、Bj1或Bi2、Bj2Gcu1或Gcu2

降低，使Im较小X、Ix减小

较小变化小

2增大定子或转子槽宽，减小槽高

提高

Bi1、Bj1较低，cos

差距小各部分磁密较高

3增加

Ns1Tst、

Im较小，但Ix增

大

变化小，

cos

4放长

Tmax有裕量

各部分磁密较高，裕量

无

Gcu1增加

Im较小，但Ix增

大

Gcu1、GFe增

加变化小不变

5增大6减小

Di1

B较高，Bj1较低

气隙均匀度能保证，有裕量

Im较小Im较小

设计方案结果如下

3.3 方案结果分析

方案二：提高效率

增加铁心长，由原核算时的

（即减少每槽导体数）d=0.69mmd=0.70mm 结果数据：

调整项目效率

核算时0.77 7.839 2.60225 2.555878 0.7831 1.2867 9.2625

调整后0.775013 8.011 2.62582 2.59702 0.7747 1.2591 9.8414

变化百分率0.651% 3.051% 0.906% 1.61% 1.073% 2.145% 6.25%

L= 80mm

85mm；减少每相串联导体数Z1 =99 ，线径由原核算时

，由原核算时Z1=103

IstTst

Tm Sn Gue （kg）Fe （kg）

分析原因：

1）减少每槽导体数，增加铁心长，从而引起漏抗减小，使满载电抗电流减小，进而使转子损耗减小，效率有所提高；起动电流倍数由原核算时的加为8.011；齿部、轭部、气隙的磁密有所下降

,分别由原来的

7.839增

Bt1=1.4774T,

Bt2=1.90T, Bc1=1.4114T, Bc2=1.2332T分别降低为 Bt1=1.4567 T Bt2=1.5273 T ，Bc1=1.3821 T, Bc2=1.2076 T，这是因为每槽导体减小。

2）铁心长增加，使用铁量由

9.2625kg增加为9.8414kg，线径增大，铜损耗

Pcu有所下降，由原来的110.2638W下降为107.3286W。虽然线径增大，但每槽导体数的减小产生的效果大，所以用铜量仍然下降，由原来的

1.2867kg降为

1.2591kg，槽满率也有所下降，由原核算时的Sn=78.31%Sn=77.47%,从而使嵌

线容易一些。

方案三：提高功率因数COS

调整方法：增加定子每相导体数，由原核算时

Z1=103

Z1 =99 ，减小定子

槽高由9.2减为9.1，铁心长由L=80增为L=85。调整结果：

主要指标

核算时0.763 0.77 7.839 2.60225 2.555878 9.2625 1.28665

调整后0.773 0.772 8.066 2.6565 2.6195 9.8414 1.2471

偏差百分比1.31% 0.026% 0.369% 2.08% 2.49% 6.24% 3.07%

原因

满载无功电流减小损耗减小起动阻抗下降起动阻抗下降漏抗减小铁心长增加每槽导体数减少

cos

效率Ist

Tst

Tm Gfe(kg) Gcu(kg)

分析：由于每相导体的减小的数目与方案一相同，所以在漏抗上都是减小的，铁心长都增加5毫米，所以用铁量的增加与方案一一样。在此方案中由于定子齿磁密减小太多，故减小定子槽高来增加电子齿磁密。方案四节省材料

方法：减小铁心长，由原核算时的d=0.69mmd=0.68mm。结果数据：

项目Gfe(kg) Gcu(kg)

核算时9.2625 1.28665

调整后8.6836 1.2433

节约材料0.57 kg 0.04335 kg

原因

铁心长减少；每槽导体数不变，线径减小；

槽满率

78.3137%

76.06%

L= 80mm

75；线径由原核算

分析：线径减小，使用铜量减少；减小铁心长，使漏抗降低，导致起动转矩，起动电流和最大转矩都增大，同时用铁量也减少，但是磁密增加太多，若要通过增加每槽导体数来减小磁密，则用铜量有要增加。综合电动机的经济性能以及运行性能考虑，方案三为最佳方案。

3.4 提高电机工作性能的一些措施

1 合理选择进槽配合

采用少槽——近槽配合，同是适当增加定转子槽数，可以降低电机系数损耗约20%。

2 采用较好的导磁材料，可以降低电机的铁耗，同时对冲片进行退火处理，可以减少电机铁耗10%左右。

3 合理设计风扇

风扇结构与参数对电机性能，特别对温升和效率有效率影响，考虑到在封闭自扇冷式异步电机中，2-4极电机风扇耗损与总损耗比例较大（20%左右），因此，在H80-160，设计单向轴流式风扇，可进一步提高效率。

4 采用正弦绕组

正弦不仅可减少电机的相带谐波，改善气隙磁势曲线，且可以提高基波分布系数，从而减少电机导致损耗，提高效率

。

以接近正弦分布。而第4章计算机辅助工具在电机设计的应用

在电机行业应用计算机进行电机设是从上个世纪50年代起的，至今仍在进

、“设

行广泛的研究和探索。利用计算机进行电机设计的程序可分为“设计分析”

计综合”和“设计优化”三种类型。除电磁设计程序以外，电子计算机还广泛应用于电机的稳态和暂态热计算、电机瞬变过程的计算、电机的电磁场计算、临界转速及大型零部件的机械计算，以及绘图等工作，因而实现了计算，打印输出及绘制图纸等全部自动化的设计全过程。为电机的优化设计带来了极大的方便。

计算机辅助设计朝智能化、网络化方向发展，随着计算机硬件的迅猛发展，以及面向对象、可视化、快速应用程序开发工具（如AutoCAD、Microsoft Visual Basic，Microsoft Visual C++

和 C++ Builder）的不断完善升级，设计和开发

CAD技术

界面友好、使用方便的点击计算机辅助设计软件受到人们的高度重视。对产品设计的影响如下：1设计表达向“无纸化”转变○

计算机辅助产品设计，不需要各种各样的尺、规、笔、纸等传统工具，电脑的操作平台提供了用之不尽的空间，表现的实施过程就是鼠标的点击与键盘的操作，复制、修改等从前繁杂的工作瞬间即可完成，而且干净、简单、高效。数字化仪与手写板的出现和普及，更使得设计在创意草图阶段也可以脱离纸笔手绘的传统模式，从而形成彻底的“无纸笔化”设计。2设计方案交流方便快捷○

网络的发展拉近了人与人的距离，在计算机网络中，设计者与委托方之间，可以更加方便地交流设计观点，而且可以在任何地方在第一时间与对方交流。外，可以通过网上的资源共享，进行分工合作。3整体设计程序更具灵活性和高效性○

在计算机上，产品的创意方案可以通过快速的三维建模、

渲染，实现立体设

另

计，并且在形体感觉、形态调整、色彩、肌理等方面进行随时的改变调整，传统的效果图失去了原有的地位。设计中，大量的时间、精力可用在分析、评价、调整上，使传统的设计程序在侧重点上有了变化。

同时，计算机的内容都是数字化

的，文件复制没有任何损失，这样对同一设计，其它人也可共享，设计任务也可分阶段、分人、分地点完成，大大提高了工作效率。

4产品开发周期缩短、设计成果更为真实可靠○

工作效率的提高使产品开发周期明显缩短，

计算机辅助制造使样机的制作周

尤其是数

期也大大缩短。计算机辅助设计的结果具有真实的立体效果和质量感，

字技术的迅速发展，使虚拟现实成为可能，计算机虚拟现实技术能使静止的设计结果成为虚拟的真实世界，人置身于真实的产品模拟使用环境中，

以检验产品的

各方面性能。计算机辅助产品设计中，产品的生产工艺过程也可以通过计算机模拟出来，由此可以极大地增强生产计划的科学性和可靠性，正设计阶段不易察觉的错误。5设计仿真和设计检验○

利用CAD系统的三维图形功能，设计师可在计算机屏幕上模拟出所设计产品的外形状态，在设计之初就对产品进行优化，这样就不但可使产品具有优越的品质、最低的消耗和最漂亮的外观，而且在新产品试投产前，就可以对其制造过程中的结构、加工、装配、装饰和动态特征做到恰如其分的分析和检验，从而提高了产品设计的一次成性。6设计与制造的紧密结合○

CAD的设计数据既可用于设计仿真

CAE(计算机辅助工程)，也可以通过数据

CAM

并能及时发现和纠

传输系统与数控加工设备联结，将设计数据直接用于产品零配件的加工，即二计算机辅助设计CAD的引入可自动完成从设计到加工程序的转换。飞速发展，不仅意味着设计手段的改变，

CAD技术的

同时改变了工业设计的思维方式。推动

着制造业从产品设计、制造到技术管理一系列深刻、全面、具有深远意义的变革，这是产品设计、产品制造业的一场技术。

CAD技术的应用，将计算机的快速

综合分析的能力充分

性、准确性以及信息高度集成性和设计人员的创造性思维、

地结合起来，实现从产品概念、造型设计、结构设计、机构设计、装配及动画演示直到工程制造全部过程计算机化，实现产品设计系统化，缩短产品开发周期，从而创造出实用、经济、美观宜人的产品。

结束语

参考文献

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Recursive identi?cation of induction motor parameters

Abstract

The use of linear parameter estimation techniques to determine the rotor resistance, self-inductance of the rotor winding, as well as the stator leakage inductance of a three-phase induction machine is investigated in this paper. In order to obtain results with maximum accuracy, some speci?c procedures to reduce the e?ect of the operating conditions on the quality of the estimates are investigated. For analytical identi?cation, a model is developed from the steady-state equations of induction motor dynamics. The identi?cation procedure, based on a simple algorithm derived from least squares techniques, uses only the information of stator currents and voltages and rotor angular speed as input–output data. The computer simulation as well as the experimental results are used to anchor the main conclusions issued from this study and to demonstrate the practical use of the identi?cation method.

Keywords: Linear parameter estimation; Induction motor; Least squares techni-ques

1. Introduction

The development of a high-performance induction motor drive system is very important in industrial applications. Generally, it starts by the characterization of the induction machine selected by the designer. This previous task aims to identify the parameters that are relevant to the subsequent design steps. A mismatch in parameters is prone to create control errors. In torque control applications, torque is estimated using measurements of currents and estimations of ?uxes. A mismatch in parameters will generate erroneous ?ux estimation and consequently erroneous

torque estimates [6,23,27]. Nomenclature

Vds, VqsIds, IqsIdr,

d- and q-axis stator voltages d- and q-axis stator currents d- and q-axis rotor currents d- and q-axis stator flux linkages

Iqr

d- and q-axis rotor flux linkages stator and rotor currents space vectors stator voltage space vector

Is, IrVs

stator and rotor flux space vectors stator and rotor resistances stator and rotor inductances stator and rotor leakage inductances mutual inductance rotor angular speed synchronous angular speed slip angular speed total leakage coefficient

Rs, RrLs, LrLfs,Lfr

Te,T1J F P Λ　j

electromagnetic and load torque total inertia friction coefficient number of pole pairs denotes the estimated value

represents the standard ffi_ffiffiffi1ffiffiffi p complex number

The literature contains a rich variety of procedure which can be used for induction motor parameter identi?cation [4, 16, 26, 29, 32]. The simultaneous estimation of induction machine parameters and states are presented in [1,12, 18]. The use of linear techniques based on the dynamic model of the induction motor is proposed in [25]. Some proposed solutions involve the use of arti?cial neural networks [8] or neuro-fuzzy controllers to induction machine stator resistance identi?cation [5].

In [14,34], the extended Kalman ?lter is formulated to allow the joint estimation of the state variables and the machine parameters. The on-line tuning of the stator

resistance, stator inductance, transient inductance, and rotor resistance is discussed in [11,15,17]. An interesting approach for tuning the rotor resistance is proposed in [20] based on model reference adaptive system (MRAS) schemes. All these investigations demonstrate that the performance of the drive can be improved through accurate estimation of the machine parameters.

Generally, induction motor parameter estimation methods can be classi?ed into ?ve di?erent categories, depending on what data is available, and what the data is used for:

? Parameter calculation from motor construction data. This method requires a detailed knowledge of the machine’construction, s such as geometry and material parameters. It is the most accurate procedure, since it is closely related to the physical reality and the most costly one since it is based on ?eld calculation methods, such as the ?nite element method [10,31].

? Parameter estimation based on steady-state motor models. The methods use iterative solutions based on induction motor steady-state network equations [2,7,9,19].This is the most common type of parameter estimation for system studies since the data needed for it is usually available.

? Frequency-domain parameter estimation. The stand-still frequency response method is based on measurements that are performed at standstill. The motor parameters are estimated from the resulting transfer function. This method cannot be used very often. In fact, stand-still tests are not common industry practice.

? Time-domain parameter estimation. The time-domain motor measurements are performed and model parameters are adjusted to match the measurements. Since not all parameters can be observed using measurable quantities, the motor models need to be simpli?ed [22]. The method is costly, and the required data is usually not available.

? Real-time parameter estimation. This type of parameter estimation is used to tune the controllers of induction motor drive systems. This requires real-time parameter estimation techniques, using simpli?ed induction motor models, that are fast enough to continuously update the motor parameters and therefore prevent the detuning of induction machine controllers [13,24,28].

The aim of identi?cation is the determination of a mathematical model of su?cient accuracy. To develop robust methods for parameter estimation, it is

important to quantify the information content about machine parameters on measured signals. This is of particular importance when we are limited only to electrical terminal quantities, such as stator voltages and currents.

A fundamental problem connected to the parameter identi?cation of induction motors arises because the rotor ?eld cannot be measured. We propose, in this paper, a new approach to overcome this drawback. By simple manipulations of the induction motor model, we determine a set of equations suitable for application to parameter identi?cation analytical techniques such as the least squares (LS) method. In this paper LS techniques are applied for parameter identi?cation of induction motors. These procedures belong to the second group of methods and deals with o?line parameter identi?cation from inputo–utput data generated by supplying the motor with sinusoidal voltages. The recursive least squares (RLS) algorithm can be readily implemented in machine drive systems.

The present paper has signi?cant improvements as well as many new results. The main contributions of this research in relation to previous works are

? a mathematical model is derived suitable for parameter identi?cation by means of an analytical method;

? a methodology is proposed to determine analytically, in steady-state, the motor parameters;

? a recursive procedure is considered with the aim of eliminating the term involving the products of acceleration and rotor ?eld;

? thee?ects of the approximations introduced using the above approaches are shown, comparing experimental and simulation results.

The paper is organised as follows: Section 2 provides a detailed induction motor mathematical model and presents the RLS. Simulation results using RLS algorithm are presented in Section 3 to show the e?ectiveness of the proposed method. The experimental results on a 3 kW induction machine are given in Section 4 and con?rm the theoretical results. Finally, Section 5 concludes this paper. 2. Induction motor parameter identi?cation

This section deals with the o?-line parameter identi?cation method starting from input data given by stator voltages as inputs and stator currents and velocity as

outputs. First of all, a mathematical model is derived in which parameters identi?able from input data appear. Then, an analytical method based on LS techniques is described.

2.1. Induction motor model (IM model)

The assumptions used to obtain the equivalent circuit are as follows [3,30]: ? The core and mechanical losses are neglected. ? The machine is symmetric.

? Both stator windings and rotor squirrel cage are replaced by three-phase sinusoidally distributed winding, hence, the e?ects of space harmonics can be neglected.

? The rotor bars are insulated from the iron. Hence, no interbar currents can ?ow.? There is no saturation or other nonlinearities.? The stator resistance is constant.

Fig. 1 gives three di?erent reference frames: stator reference frame（α；β）rotor reference frame（D；Q）and arbitrary reference frame （d ; q）. By referring to a stationary frame, denoted by the superscript a which is with d-axis attached on the stator winding of phase A (Fig. 1), the dynamic model of a three-phase, balanced, singly excited induction motor can be expressed as follows:

Fig. 1. Reference frames and space vector representation.

The mechanical equation is

Where

stator and rotor d and q-axes flux linkages are given by

Details on the IM model in the rotor reference frame and in the rotating field reference

frame can be found in [23]. In space-vector notation, the stator and rotor voltages are known to be

where

The de?nitions of the variables and the constants that appear in the above equations are given in nomenclature.

Eqs. (5) and (6) depict the complete dynamic input–output behaviour of a three-phase induction machine. Our objective is to estimate the machine parameters by using real data taken during the steady state operation. 2.2. Space vectors

The use of space vectors as complex state variables is an e?cient method for ac machine modelling. To describe the space vector concept, a three-phase stator winding is considered with the respective three-phase currents ias, ibs and ics. The resulting equation

withde?nes the complex stator current space vector. In the same

way as the phase currents de?ne the stator current space vector, the phase voltages at the machine terminals de?ne the stator voltage space vector

2.3. Identi?cation with RLS algorithm

The accuracy of a model depends on the degree of coincidence that can be obtained between the model and the modelled system. Coincidence should prevail both in terms of structures and parameters. In this paper, the parameter estimation problem is solved using the standard recursive least squares (RLS) method. As shown in Fig. 2 the model is run in parallel with the system and the parameters are estimated by minimizing a measure of the model prediction error

where is the prediction of the scalar measured output y at instant k, given the

input/output data up to the instant k 1, describes by the linear regression expression

is the vector of estimated parameters and x is the regression vector

containing old inputs and outputs of the system to be identi?ed.

A set of samples of the input voltages and the output currents are acquired, from which the vectors of the corresponding stator quantities are calculated. Their respective components are stored in a memory as a function of time. The measured stator voltages are used as input signals for the proposed model of the machine. This model describes the dynamic behaviour of the induction machine and serves to calculate an estimated vector. The error between the real vector y and the estimated vector is

reduced by varying the parameters of the model. The RLS algorithm

block represents the adaptation mechanism, which determines the unknown parameters of theprocess.

The RLS algorithm corresponding to the minimisation of the criterion (14) is described by the following steps [21]:

1. Initial conditions: The initial value of the estimated parameter vector

is set

equal to zero. The initial covariance matrix P is assumed to be a diagonal matrix with large positive numbers.

2. Compute estimate

3. Compute the estimation error of y（k）

4. Compute the estimation covariance matrix at instant k

5. Compute the estimation vector at instant k

6. Repeat steps 2–5 until a preset minimum error eekT is reached.

That being stated, the data useful for identi?cation are velocity, stator voltages and stator currents. 3. Conclusion

An identi?cation methodology based on the RLS algorithm was successfully applied in this work to identify induction motor parameters. The identi?cation algorithm should be executed when the system is in steady state operation. Of course, it cannot be used in the worst operational situations when the system is in transient state or continues to oscillate largely. As this research is in a preliminary phase, further work is needed. Future research should be directed to extend the proposed method to an on-line identi?cation one which not only can provide good performance regardless of load conditions but also can work well even when the system is in transient state or continues to largely oscillate. References

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递推辨识的异步电机参数

摘要

使用线性参数估计技术，来确定转子电阻，转子绕组的自感，以及进行了三相异步电动机定子漏感的研究。为了取得最大成果的准确性，一些具体的程序，以减少的影响，操作条件的质量估计的影响。为分析鉴定，一个模型，从稳定状态方程的异步电动机动态。鉴定程序，基于一个简单的算法来自最小二乘技术，仅使用信息的定子电流和电压和转子角速度作为输入输出的数据。

计算机模拟以

及实验结果用于锚的主要结论发表的这项研究，并证明在实际使用的识别方法。

关键词：线性参数估计; 感应电动机; 最小二乘技术1 .导言

开发高性能的感应电机驱动系统是非常重要的工业应用。

一般来说，设计师

对异步电机的选定表征它开始。这以前的任务旨在确定的有关参数，随后的设计步骤。错配参数很容易创建误差控制。转矩控制中的应用，转矩估计使用测量电流和估计通量。错配参数将产生误差估计，因此通量误差扭矩估计[ 6,23,27 ] 。

命名

Vds, Vqs d Ids, Iqs d Idr, Iqr d

和q轴定子电压和q轴定子电流和q轴转子电流

d 和q轴定子磁链的联系 d

和q轴转子磁链的联系定子和转子电流的空间载体定子电压空间矢量

Is, IrVs

定子和转子磁链空间矢量定子和转子电阻定子和转子电感

Rs, RrLs, Lr

Lfs ,Lfr

定子和转子渗漏电感互感转子角速度同步角速度滑角速度总泄漏系数

Te,T1J F P Λj

电磁和负载转矩总惯量摩擦系数极对数指的估计值代表标准（

1）复数

文献中包含了丰富的程序可用于感应电机参数辨识时估计异步电机的参数和国家提出了

[ 4,16,26,29,32 ] 。同

[ 1,12,18 ] 。使用线性技术基于动态模型

[ 8 ]

的感应电动机建议在[ 25 ] 。有人提出的解决方案涉及利用人工神经网络或神经模糊控制器感应电机定子电阻鉴定

[ 5 ]

。在文献[ 14,34 ]

的扩展卡尔

曼滤波的制订，使联合估计的状态变量和机器参数。感，瞬态电感和转子电阻的讨论在

[ 11,15,17 ]

在线调整定子电阻，定子电

。一个有趣的方法，调整转子

电阻提议[ 20 ]基于模型参考自适应系统（模型参考自适应）计划。所有这些调查表明，业绩的驱动器可改善准确估计的机器参数。

一般来说，异步电动机参数估计方法可分为五个不同的类别，什么数据是用于：

1.从电机参数计算建筑数据。这种方法需要详细知识的机器的建设，如几何形状和材料参数。这是最准确的程序，因为它是密切相关的物理现实和最昂贵的一个，因为它是基于现场的计算方法，如有限元法

[ 10,31 ]

。

这取决于数据，

2. 参数估计基于稳态运动模式。使用迭代的方法解决方案基于异步电机稳态网络方程[ 2,7,9,19 ] 需的数据通常是可用。

3. 频域参数估计。待命仍然频率响应方法基于测量的完成停顿。马达参数估计从由此产生的传递函数。这种方法不能经常用到。事实上，的测试仍然

。这是最常见的类型的参数估计的系统研究，因为所

是不常见的行业惯例。

4. 时域参数估计。时域测量电动机和模型参数进行调整，以符合测量。自从并非所有的参数可以看出，使用可衡量的数量，汽车模型需要简化该方法成本高昂，而且所要求的数据通常是无法使用。

5. 实时参数估计。这种类型的参数估计是用来调整该控制器的异步电机驱动系统。这就需要实时参数估计技术，使用简化的感应电动机模型，这是快速足够的不断更新电机参数，因此防止失谐的感应电机控制器

[ 13,24,28 ]

。[ 22 ]

。

鉴定的目的是确定一个数学模型，充分准确性。制定强有力的方法，参数估计，重要的是要量化的信息内容关于机器参数的测量信号。如果我们只限于电气终端数量，如定子电压和电流。

一个根本问题连接到参数辨识感应电动机的转子是因为外地不能衡量。建议本文件中，

我们

这一点特别重要，

一种新的办法来克服这一缺陷。通过简单的操作的诱导汽车模

LS）的方

型，我们确定了一套适合方程的应用参数鉴定分析技术，如最小二乘（法。

本文采用最小二乘技术参数辨识感应汽车。这些程序属于第二类的方法和处理离线参数辨识的输入输出产生的数据提供电机与正弦电压。RLS ）算法可容易实施机驱动系统。

本文件有重大改进，以及许多新的成果。那个主要贡献这项研究在以往的作品

1.2.3.4.

数学模型推导出适用于参数识别方法分析方法

;

; ;

递归最小二乘（的

一种方法是建议，以确定分析，在稳定状态，电动机参数递归程序的审议，以期消除长期参与产品的加速和转子磁场近似介绍利用上述方法的影响表明，比较实验和仿真结果。

该文件是举办如下：第2款提供了详细的诱导电机的数学模型，并介绍了算

法。仿真结果使用 RLS算法是在第3节，以显示效果的建议方法。实验结果在3千瓦电机给出在第4节和确认的理论成果。最后，第

2 异步电机参数辨识

本节涉及离线参数辨识方法从输入数据所给予的投入定子电压和定子电流和速度的产出。

首先，数学模型推导出的参数识别从输入数据显示。然后，分

5节结束本文章。

析方法基于LS技术描述。

2.1 异步电动机模型（ IM模型）所用的假设，以获取等效电路如下

核心和机械损失忽视。

[ 3,30 ] ：

2.3.

该机器是对称的。

这两个定子绕组和转子鼠笼所取代的三相绕组正弦式变化负载

电流分配，因此，空间谐波的影响可以忽略不计。

4.5.6.

转子间铁绝缘。因此，没有相互电流可以流动。没有饱和或其他非线性。对定子电阻是永恒的。

图1列举了三个不同的参照框架：定子参照系（α；β），转子参照系（D；Q）和任意参照系（d ; q）。

提到一个静止的画面，指的是上标α与名d轴附加的定子绕组A相（图1 ），动态模型的一个三阶段的，平衡的，单独兴奋异步电动机可表示如下：

图1 参照框架和空间矢量的代表性。

力学方程是

其中

定子和转子d和q轴通量的联系都是给定的

详细的感应电机模型的转子参照系和旋转外地参考画面中可以找到在文献[ 23 ]

。在空间矢量符号，在定子和转子电压已知

其中

在上述方程给出了定义变量和常量出现术语。

公式（ 5 ）和（ 6 ）描述完成动态输入-输出三相异步电机的状态。我们的目标是估计电机参数使用真实的数据期间采取的稳态运行。

2.2空间向量

利用空间向量的复杂状态变量是一种有效交流电机建模的方法。量的概念，将分一个三阶段定子绕组被视为与各自的三相交流电流Ics。由此产生的方程：

描述空间矢Ias，Ibs，

其中，定义了复杂的定子电流空间矢量。同样的方式相电流确

定定子电流空间矢量的相电压在电机终端定义定子电压空间矢量。

2.3 鉴定与RLS算法

模型的巧合程度取决于可获得模型之间和参照系统的准确性。

巧合应在两个

方面的结构和参数。在本文中，参数估计的问题是解决了使用标准的递推最小二乘（RLS ）方法。如图2所示该模型的并行运行的系统和参数估计，通过最小程度的预报误差模型

其中是在k时刻预测量测的输出y，得出在k—1时刻输入/ 输出的数据，

介绍了线性回归表达式：

图2 RLS识别方法

是载体的估计参数，x是回归载体系统的输入和输出的确定。一组样品的

输入电压和输出电流被确定，从而计算该载体相应定子数量。它们各自的组成部分都存储在一个内存作为时间函数的。

测量定子电压作为输入信号的模型机。

向量Y和向量

该

模型介绍了动态行为的感应电机和服务计算估计载体。的误差估

计是不同的模型参数减少了。RLS算法块的代表适应机制，它决定了未知参数的过程。相应的RLS算法的最小的标准（ 14 ）描述了以下步骤[ 21 ]

1 .初始条件：估计参数向量是假定对角线矩阵大正数。

2 .计算估计

：

的初始值是等于零。最初的协方差矩阵

3.误差y（k）计算估计

4.在时刻k方差矩阵的计算估计

5.在时刻k向量的计算估计

6 .重复步骤2-5 ，直到预设的的最低误差是正确

在这种情况指出，该有效数据是速度，定子电压和定子电流。

3 结论

识别方法的成功是建立在

RLS算法这项工作中确定的异步电机参数。识别算

法执行时，系统应该在稳态运行。当然，它不能被用来在最坏的情况下运行，当系统在暂态或持续振荡时。这项研究是在初步阶段，需要进一步开展工作。未来的研究方向应是延展评估方法的联机识别提供其中不仅有良好的性能，论负载条件下工作的系统，即使系统在短暂或持续很大程度上振动。

也可以无

参考资料

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