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　　2、步电动机原理.41.1 三相异步电动机的额定数据与技术指标.41.1.1 三相异步电动机的名牌额定数据.41.1.2.三相异步电动机的主要技术经济指标.51.2 三相异步电动机的工作原理.51.3 三相异步电动机的功率关系.61.4 三相异步电动机的机械特性和工作特性.71.4.1 三相异步电动机的机械特性.71.4.2.三相异步电动机的工作特性.8第 2 章 电机设计理论.92.1 电机设计的概况.92.2 电磁设计.9第 3 章 毕业设计要求及结果分析.123.1 手算程序.12附录 1.13附表 3.1 三相异步电动机 y100m-2 3kw 手算步骤与结果 .1313.2 优化方案.3

　　3、0总 结.34参考文献.35致 谢.36附录 3.cad 图.37毕业设计（论文） 摘要1y100l-2 3kw 三相鼠笼式异步电动机的电磁设计三相鼠笼式异步电动机的电磁设计摘 要本文介绍了异步电机的特征、类型和用途，从而引出三相异步电动机的类型和结构，进一步阐述了三相异步电动机的额定数据、技术要求、工作原理、功率平衡关系、机械特性和工作特性等。这些都是为下一步的电动机设计做准备的。电动机设计是个复杂的过程，需要考虑的因素和确定的尺寸、数据很多，因此遇到错综复杂的矛盾。而本文全面地、综合地看待了这个问题，充分协调了电动机的耗材量与各项性能之间以及技术指标和经济指标之间的关系。作者先按照电动机的

　　4、手算程序进行手算工作，了解了国家的有关标准规定，熟悉了电动机各项指标之间的大致关系，为优化方案打了个基础。方案一中在追求节省材料时，会导致电机性能降低。方案二中采取措施提高效率、功率因数也会使起动电流变大。因此，综合考虑各方面得失，最后得出一个既节省材料又提高性能的方案。关键词：关键词：异步电动机；设计；优化；绘图毕业设计（论文） abstract2design of three phase squirrel-cageasynchronous motor（y100l-2 3kw）abstractthis paper shows the character, type and usage of

　　9、improve capabilities.keywords: induction motor；design；optimize；plot毕业设计（论文） 绪论3绪绪 论论电机在当代各个领域中得到了广泛的应用电动机是工农业中生产机械和日常生活中各种电器最重要的原动力和驱动装置。异步电动机是其中应用最广、需要量最大的，据统计，全世界每年发电量的70%-80%消耗在各种类型的电动机上，而其中中小型异步电动机的用电量占总发电量的40%左右。尤其纺织、大型机械加工等特殊工业部门中，异步电动机的用电量占70%以上。异步电动机结构简单、运行可靠、坚固耐用，具有适用的工作特性，但缺点是功率因数较差，在运行时，必

　　10、须从电网吸收滞后性的无功功率。异步电机与直流电动机、三相同步电动机不同，其转子绕组无需与其它电源连接，因此具有结构简单、使用方便、运行可靠，以及制造容易，成本低廉等优点。异步电机有较高的运行效率和较好的工作特性，从空载到满载范围内接近恒速运行，能满足大多数工农业生产机械的传动要求。异步电机还便于派生成各种防护型式，以适应不同环境条件的需求。由于异步电动机的转速 n 与其旋转磁场转速 n1有一定的转差关系，其调速性能较差，对要求较宽广和平滑调速范围的交通运输机械、印染及造纸机械等，采用直流电机较经济、方便。异步电动机由于电网的功率因数可以用别的办法进行补偿，因而这一点并不妨碍异步电动机的广泛使用

　　11、。因此，对异步电动机深入研究是非常必要和有意义的，要尽量节省异步电动机的材料用量，改善效率和功率因数等性能，使其能更好地适用于生产需要。毕业设计（论文） 第一章4第第 1 1 章章 三相异步电动机原理三相异步电动机原理1.1 三相异步电动机的额定数据与技术指标1.1.1 三相异步电动机的名牌额定数据1)型号 y 系列国产三相异步电动机型号是按国际电工委员会 iec 标准设计生产的新系列三相电动机，它是以电动机中心高为依据编制型号谱的，如：“y100m-2”y：异步电动机；100：中心高 100mm；m：中机座（l-长机座，s-短机座） ；2：2 极。2)额定值（1）额定功率（pn）：指电动机在

　　12、额定运行时，轴端输出的机械功率，单位为瓦（w）或千瓦（kw） 。（2）额定电压（un）：指电动机在额定运行时，加在定子绕组上的线电压，单位为伏（v） 。如果铭牌上标有两个电压数据。（3）额定电流（in）：指电动机在额定电压下，轴端输出额定功率时，定子绕组中的线电流，单位为安（a） 。（4）额定频率（fn）：指输入交流电（即电网）的频率，我国规定的电网频率为 50hz，除出口电动机（多为 60hz）外，国内用的异步电动机的额定频率都是 50hz。（5）额定功率因数（）：指电动机额定运行时，定子相电压与相电cosn流之间的相位差。（6）额定转速（nn）：指电动机在额定频率、额定电压下，且轴端输出额

　　13、定功率时，转子每分钟的转速，单位为转/分（r/min） 。（7）额定效率（n）：指电动机在额定运行时的效率。（8）绝缘等级：指电动机在额定运行时，绕组允许的温度升高值（即绕组的温度比周围空气稳定高出的数值） 。允许温升的高低取决于电动机使用的绝缘材料。绝缘材料的耐热等级见表 1-1，也有些电动机制造厂在铭牌上直接给出电动机的允许温升。表 1.1 绝缘材料的耐热等级耐热等级yaebfhc最高工作温度（）80180毕业设计（论文） 第二章5(9)标准编号：指电动机产品按这个标准生产，技术数据能达到这个标准的要求。例如国际 gb755-2000。（10）工作制或定额：指

　　14、三相电动机的运行状态，即允许连续使用的时间，分为连续、短时、断续周期三种。连续工作制（s1）的电动机在铭牌规定的额定负载范围内允许长期连续使用。短时工作（s2）的电动机在铭牌规定的条件下，只能在规定的时间内短时运行，短时运行的持续时间标准有四种：10min、30min、60min 及 90min，达到规定的时间后必须停机，待三相电动机完全冷却后才可以开机运行。断续周期工作制（s3）的电动机在铭牌规定的额定值下只能断续周期性使用，断续运行常以负载持续率百分数表示，标准负载持续率分为四种：15%、25%、40%、60%，每周期为 10min。1.1.2.三相异步电动机的主要技术经济指标效率（）：指

　　15、电动机输出机械功率与输入电功率之比,通常用百分数表示。功率因数（）：指电动机输入有效功率与视在功率之比。cos堵转电流（ik）：指电动机在额定电压、额定频率和转子堵住时从供电回路输入的稳态电流有效值。堵转转矩（tk）：指电动机在额定电压、额定频率和转子堵住时所产生的最小测得值.。最大转矩（tmax）：指电动机在额定电压、额定频率和运行温度下,转速不发生突降时所产生的最大转矩。51.2 三相异步电动机的工作原理三相对称的绕组通过三相对称的电流产生旋转的磁场，其转速即为同步速n1=60f/p；转子直流励磁产生固定磁极；辅助电动机起动转子旋转，当转子转速接近同步 n1时，其异性磁极就被旋转磁场拉住，

　　16、即定子旋转磁场就拖着固定磁场（转子）以转速 n（nn1）旋转，实现电能转换为机械能。故称为三相异步电动机。转差率（s）：同步转速 n1和电动机转子转速 n 之差与同步转速 n1的比值。其实，异步电机有三种运行状态：（a）电动机运行；（b）发电机运行；（c）电磁制动运行。具体如下：(a)电动机状态（0s1）：辅助电动机起动转子旋转，当转子转速接近同步时，其异性磁极就被旋转磁场拉住，持续以转速 n(nn1)旋转。电机从电网1n毕业设计（论文） 第二章6吸收电功率，经过气隙的耦合作用从轴上输出机械功率。(b)发电机状态（s0）：原动机拖动转子以 n(n1)：转子逆着磁场方向旋转（n0） ，电机既从电

　　17、网吸收电功率又从轴上吸收机械功率，消耗在电机内部。51.3 三相异步电动机的功率关系三相异步电动机以转速稳定运行时，定子绕组从电源输入的电功率为n11 113cospu i定子铜损耗为 211 13cupi r转子铁损耗很小，可忽略不计，故铁损耗主要是定子铁心损耗：203fempi r电磁功率：()3mcufessppppirriss电磁功率也可表示为22222223coscosmpe im e i转子绕组中的铜损耗为22223cumpi rsp电磁功率 pm减去转子绕组中的铜损耗 pcu2就是等效电阻上的损耗。21ssr这部分等效损耗实际上是传输给电机转轴上的机械功率，

　　18、用 pm表示。它是转子绕组中电流与气隙旋转磁通密度共同作用产生的电磁转矩，带动转子以转速旋转所对应的功率。n222213(1)mmcumspppirs ps电动机在运行时，会产生轴承以及风阻等摩擦阻转矩，这也要损耗一部分功率。把这部分功率叫做机械损耗，用 pm表示。在异步电动机中，除了上述各部分的损耗外，由于定、转子开了槽和定、转子磁动势中含有谐波磁动势，还要产生一些附加损耗，用 pa表示。pa一般不易计算，往往根据经验计算，在大型异步电动机中，pa约为输出额定功率的0.5%；而在小型异步电动机中，满载时可达输出额定功率的 1%-3%或更大些。毕业设计（论文） 第二章7机械功率 pm减去机械损

　　19、耗 pm和附加损耗 pa,才是转轴上线mmapppp可见异步电动机运行时，从电源输入电功率 p1到转轴上输出功率 p2的全过程为11221cufecumappppppp从以上功率关系定量分析中看出，异步电动机运行时，电磁功率、转子回路铜损耗和机械功率三者之间的比例关系是52:1: :(1)cummpsspp1.4 三相异步电动机的机械特性和工作特性1.4.1 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性是指电动机转速 n 与电磁转矩 m 之间的函数关系，即 n=f(m)。三相异步电动机的机械特性有不同的表达形式，如物理表达式、参数表达式和实用表达式。本文中仅介

　　20、绍参数表达式。三相异步电动机的电磁功率为 （1）2212mrm isp所以，电磁转矩为 （2）2212111mprmm is三相异步电动机近似等值电路如下：图 2.1由图可知：毕业设计（论文） 第二章8 （3）21222112()()uirrxxs而 （4）112fpp 由式（2） 、 （3） 、 （4）得出： （5）2()()rum psmrfrxxsa式（5）即为三相异步电动机机械特性的参数表达式。51.4.2.三相异步电动机的工作特性三相异步电动机的工作特性是指在电动机的定子侧加额定电压，电压的频率又为额定值时，电动机的转速 n、定子电流 i1、功率因数、电磁转矩

　　21、t、1cos效率 等与输出功率 p2的关系。即：u1=un、f1=fn时，n，i1，t，=f(p2).1cos（1）效率特性：2()f p，电机空载时，p2=0, =0，随着输出功率 p2的增加，2121ppppp 效率 也增加，当铁损耗与机械损耗之和等于定、转子铜损耗之和时，电动机的效率达到最大。但当负载继续增大时，效率反而降低。一般来说，电动机的容量越大，效率越高。（2）功率因数特性：电动机运行时必须吸取滞后无功功率，21cos()f p其功率因数总小于 1。空载时，功率因数很低，不超过 0.2。当负载增大时,定子电流中的有功电流增加，使功率因数提高,额定负载时最高，如负载再增大,功率因数

　　22、又反而减少。（3）定子电流特性 i1=f(p2)：空载时，转子电流差不多为零，定子电流2i等于励磁电流，随着负载的增加，转速下降，转子电流增大，定子电流也增0i大。（4）电磁转矩特性 t=f(p2)：空载时，电磁转矩 t=t0。随着负载增大，p2毕业设计（论文） 第二章9增大，但由于机械角速度 变化不大，电磁转矩 t 随 p2的变化近似为一条直线）转速特性 n=f(p2)：空载时，转速 n 接近 n1，随着负载的增加，转速n 略微降低，随着输出功率 p2的增加，转子转速 n 下降，转差率 s 增大。5毕业设计（论文） 第二章10第第 2 2 章章 电机设计电机设计理论理论2.1 电机设计

　　23、的概况电机设计的任务可归纳为四要点：1、满足用户提出的产品规格（如功率、电压、转速等）和技术要求（如效率、参数、温升限度、机械可靠性等） ；2、贯彻国家的技术经济政策，结合生产的经济性和可靠性；3、运用有关的理论和计算方法 4、正确处理设计时遇到的各种矛盾。电机设计的目的就是设计性能好、体积小、运行可靠、维修方便的电机。电机设计时通常给定数据：额定功率、额定电压、相数及相间连接方式、额定频率、额定转速或同步转速、额定功率因数。在此次的中小型异步电动机的设计中，以上 6 个数据都已给出。总的电机设计分三个阶段：准备阶段、电磁设计、结构设计。（一）准备阶段首先是熟悉国家标准，收集相近电机的产品样本

　　24、和技术资料，并听取生产和使用单位的意见与要求；然后编制技术任务书或技术建议书。（二）电磁设计根据技术条件或技术任务书的规定，参照生产实践经验，通过计算和方案比较，来确定与所设计电机电磁性能有关的尺寸和数据，选定有关材料，并核算其电磁性能。（三）结构设计确定电机的机械结构、零部件尺寸、加工要求与材料的规格及性能要求，包括必要的机械计算及通风和温升计算。通常，首先根据技术条件或技术任务书（技术建议书）中规定的防护型式、安装方式与冷却方式，再考虑电磁计算中所选负荷的高低，来选取合适的通风冷却系统；然后安排产品的总体结构，绘制总装配草图。然后分别绘制部件的分装配图和零件图，并对总装配草图进行必要的修改

　　25、。由于本次设计主要针对电磁设计，故只对电磁设计部分作重点介绍。22.2 电磁设计电磁设计分四大步骤：1.额定数据及主要尺寸；2.磁路计算；3.参数计算；4.起动计算。一个好的设计方案应该达到节省材料的目标，即将定子用铜量、转子用铝毕业设计（论文） 第二章11量、硅钢片用量尽量降到最小，另外，电机性能良好，即效率和功率因数应该尽可能大、起动电流尽可能小、起动转矩倍数和最大转矩倍数尽量大。然而，电机的各项性能之间以及技术指标和经济指标之间，经常存在矛盾，长了此短了彼。例如，当采取措施改善某个性能时，常会使其他一些性能变差，因此必须全面照顾。又如，在设计电机时，不能片面追求体积小和材料省，因为这样容

　　26、易导致电机性能变差，特别是效率降低，加工工时增加，而使运行费用或制造成本上升，并造成浪费。因此，设计人员必须全面、综合地看问题。以下着重介绍电机的五个性能指标及改善方法1效率 (1) 100%(1) 100%1ppp是电动机所有损耗标幺值之和：。p12-cucusfefwpppppp针对本次设计，由于风摩损耗和杂散损耗基本上不容变动，所以，通常导致效率低的原因有定子铜损耗大、转子铝损耗大、铁损耗大。针对不同原因，采取不同的措施来提高效率。1）定子铜损耗大：降低定子绕组电阻，可采取的措施：a.增大导条面积，减少每相导体数；b.减少每槽导体数；c.减少绕组端部长度。2）转子铝损耗大：降低转子绕组电

　　27、阻，可采取的措施：a.增大转子槽面积；b.增大端环尺寸。3）铁耗大：降低定子铁心磁密，a.减少定子内径，改变定子槽型适当地降低定子磁密，使定、转子齿、轭部磁密和损耗分配合理；b.增加铁心长，降低旋转铁耗；c.减少定、转子槽口宽度以及采用闭口槽和磁性槽锲；d.增加定子绕组匝数实现。2功率因数cos1122111cospppqiiiii导致效率低的原因通常是磁化电流大和漏电抗大。当磁化电流大：可以通过 a.增加定子绕组每槽导体数；b.使磁通密度下降增加铁心长；c.减少气隙；d.调整槽型尺寸，使定、转子齿、轭部磁密分布合理四种方法来降低磁化电流。而减少每槽导体数、减少铁心长或改变槽型尺寸来减少槽漏抗

　　28、都可以减小漏电毕业设计（论文） 第二章12抗。3起动电流倍数 ist22()1,stkwststststststiiiizrxiz归根结底，漏抗过小导致起动电流过大。要降低起动电流，可通过以下方法来增大漏抗：增加每槽导体数；改变定转子槽型，使槽变成深而窄；减少槽口，肩部斜度增加，使漏磁磁路不至于过分饱和。4起动转矩倍数 tst2()(1)ststnstrtszsn是对应于额定转速的转差率。一般说来，起动转矩越大越好。通常起动转矩太小是因为漏电抗太大或转子电流太小。针对漏电抗太大，可采取措施：适当减少定子绕组每槽导体数和改变定转子槽型，增加槽宽减小槽高。而当转子电流太小时，则可以通过改变转子槽型

　　29、使槽增加挤流效应和适当缩小槽面积和端环面积来增大电流从而增大起动转矩。5最大转矩倍数 tmaxmax221112()nstrrx通常最大转矩倍数大好。导致最大转矩倍数太小的缘故也是因为漏电抗太大或转子电流太小。因此，增大最大转矩倍数的方法与增大起动转矩的方法是一样的。2毕业设计（论文） 第三章13第第 3 3 章章 毕业设计要求及结果分析毕业设计要求及结果分析3.1 手算程序设计中小型三相异步电动机，型号是 y100l-2 3kw。给定数据：输出额定功率 pn=3kw,额定电压 un=220v（y 接法） ，额定频率为 50hz，极数是 2，相数m1=3，b 级绝缘，外壳的防护等级为 ip44

　　30、，冷却方式为 ic0141。主要性能指标按技术 jb3074-82 规定，依照手算电磁计算程序，进行各个项目的核算，具体步骤详见附表 3.1。通过手算巩固所学的电机学与电机设计的理论知识，熟悉电机设计的整个过程，对各个参数对消耗硅钢片、铜、铝等材料量与电机性能的影响有了更深的理解。从而给下一步的三个优化方案的研究和调试打下基础。14毕业设计（论文） 第三章14附录 1附表 3.1 三相异步电动机 y100m-2 3kw 手算步骤与结果（一）额定数据及主要尺寸1输出功率2p=3kw2p=3 kw2p2外施相电压1u=220v1u=220 v1u3功电流kwi=4.545a113210umpikw

　　64、技术指标和经济指标之间经常出现矛盾.片面追求体积小和节省材料容易导致电机性能降低,特别是效率降低,加工工时增加,从而使运行费用或制造成本上升,并造成浪费.所以我们必须对设计结果进行优化,来达到在符合设计要求下的最佳方案.一般三相感应电动机的各项主要性能指标是：效率；功率因数；最stnii大转矩倍数；起动转矩倍数；起动电流倍数；铁重；铜重mnttstnttstniifegcug现象原因调整方法注意事项1、定子铝（铜）损耗大降低定子绕组电阻：（1）增大导线）减少每相串联导体数（即减少每槽导体数）（3）减少绕组端部长度（1）槽满率增高，嵌线）漏抗减小，起动电流增

　　65、高（2）齿、轭部磁密增高，铁耗增加，功率因数可能下降（1）嵌线、转子铝（铜）损耗大降低转子绕组电阻：（1）增大转子槽面积（2）端环尺寸放大（特别是两极电机）（1）齿、轭部磁密增高，功率因数下降（2）转子电阻减小，引起起动转矩下降（1）过厚可能引起裂纹、缩孔一、效率低3、铁耗大降低定子铁心成磁密：（1）减小定子内径（中圆） 、改变定子槽形，适当地降低定子磁密，使定、转子齿、轭磁密和损耗分配合理（2）增加铁心长降低旋转铁耗：（3）减少定转子槽口宽度以及采用闭口槽和磁性楔调整铝（铜）耗与铁耗分配：（4）增加定子绕组匝数（1）转子齿、轭部磁密增高（1）用铁量增加（1）漏抗增加，起动转矩、最大转矩

　　66、下降（1）铝（铜）损耗增加毕业设计（论文） 第三章321、磁化电流大（1）增加定子绕组每槽导体数，使磁通密度下降（2）增加铁心长（3）减小气隙（4）调整槽形尺寸，使定转子齿、轭磁密分布合理（1）电抗电流有所上升（2）漏抗增大，起动转矩、最大转矩下降（1）用铁量增加（1）杂散损耗增加（2）可靠性下降（3）谐波漏抗增加二、功率因数低2、漏电抗大（1）减少每槽导体数（2）减少铁心长（3）改变槽形尺寸，减少槽漏抗（1）磁化电流增加三、起动电流大1、漏电抗小（1）增加每槽导体数（2）改变定转子槽形，使槽变成深而窄（3）减小槽口，肩部斜度增加（即 角增大）使漏磁磁路不致过分饱和（1）定子铝（铜）损耗增加、效率降低（2）漏抗大，起动转矩降低（1）轭部磁密过饱和，功率因数下降1、漏电抗大（1）适当减少定子绕组每槽导体数（2）改变定转子槽形，增加槽宽、减小槽高（1）起动电流增大（1）定转子齿磁密过饱和，引起功率因数下降四、起动转矩和最大转矩小2、转子电阻不够大（1）改变转子槽形，使槽变深，增加挤流效应（2）适当缩少转子槽面积和端环面积（1）降低功率因数（1）增加损耗、降低效率1.方案一（节省材料）为了在

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