Y2-160M1-2三相異步電動機電磁設計

1、Y2-160M1-2 三相異步電動機電磁設計及工藝分析 目 錄摘要IAbstractII第一章 緒 論- 4 -1.1 工程背景- 4 -1.2 該課題設計的主要內容- 4 -第二章 三相異步電動機- 6 -2.1 三相異步電動機結構- 6 -2.1.1 異步電動機的定子結構- 7 -2.1.2 異步電動機的轉子結構- 8 -2.1.3 三相異步電動機接線圖- 8 -2.2 三相異步電動機工作原理- 9 -2.3 三相異步電動機的機械特性和工作特性- 12 -第三章 三相異步電機電磁設計- 14 -3.1 主要尺寸和空氣隙的確定- 14 -3.2 定子繞組與鐵芯設計- 14 -3.2.1 定子

2、繞組型式和節(jié)距的選擇- 15 -3.2.2 定子沖片的設計- 16 -3.3 額定數(shù)據(jù)及主要尺寸- 17 -3.4 磁路計算- 19 -3.5 性能計算- 22 -3.5.1 工作性能計算- 22 -3.5.2 起動性能計算- 26 -第四章 電機轉動軸的工藝分析- 28 -4.1 轉動軸的加工工藝分析- 28 -4.2 選擇設備和加工工序- 30 -4.3 成品的最后工序- 31 -小結與致謝- 32 -參考文獻- 33 -附 錄- 34 -附錄A：電動機電磁設計源程序- 34 -附錄B：定轉子沖片圖- 44 -Y2-160M1-2 三相異步電動機電磁設計摘要：由于本設計書是針對三相異步電動

3、機電磁系統(tǒng)進行的設計研究和工藝分析，先簡單的了解電機行業(yè)的發(fā)展狀況再查閱一些三相異步電動機的相關文獻，然后通過閱讀關于三相電動機的相關論文，了解到三相異步電動機的一些相關領域知識，同時針對性的了解Y2系列三相異步電動機，及其設計特點，參考具體文獻進行電磁設計，深入具體研究Y2-160M1-2型號三相異步電動機，對其工藝優(yōu)缺點進行具體分析。關鍵詞：Y2-160M1-2；定轉子；繞組分布；電磁設計 IAbstractThis article mainly about electromagnetic design and calculation of motor. First it determin

4、ed the main dimensions related to the electromagnetic properties of the Y2-160M1-2 motor based on the parameters of dsign task and technical conditions. Then it selected the number of slots of stator and rotor and right slots. I not only used to draw size chart of stator, rotor and coil but also dra

5、w distribution of groove and winding. I calculated some basic amount such as the number of conductors in series per phase and slot fill factor. Then I selected the related materials. I have completed the electromagnetic calculations of this motor . Then I adjusted the parameters repeatedly. I did a

6、lot of work to make its technical indicators meet the requirements of the mission statement. In the last I designed the motor that meet the requirements of the mission statement.Key Words: Y2-160M1-2, stator and rotor, winding distribution, electromagnetic- II -第一章 緒 論1.1 工程背景三相異步電動機具有結構簡單，價格低廉，維修方便

7、等優(yōu)點，在電網(wǎng)的總負載中，異步電動機的容量約占整個動力負載的85%，是目前工農業(yè)生產中使用最廣泛的一種電動機，可見其使用的廣泛性和重要性1。此外，異步電動機還派生出了各種防護型式以適應不同環(huán)境條件的需要，也具有較高的效率和較好的工作特性。異步電動機可分為鼠籠式異步電動機和繞線式異步電動機，兩者相比，鼠籠式異步電動機在運行、維護及成本方面都比繞線式異步電動機更有優(yōu)勢。因此本設計對Y2-160M1-2電機進行了電磁設計計算。1.2 該課題設計的主要內容1.設計目標：設計出電機的主要性能指標，如起動轉矩、最大轉矩、起動電流倍數(shù)、效率和功率因數(shù)等要滿足設計任務書的要求。在此基礎上，部分性能指標最好有所

8、改善。2.設計的范圍：包括根據(jù)相關技術手冊確定與電機的電磁性能有關的主要尺寸、槽形及槽配合、繞組型式和節(jié)距、線規(guī)和材料等，用MATLAB編程進行電磁計算，用CAD畫出定、轉子沖片圖及繞組分布圖。3.設計依據(jù)：(1) 類似電機的電磁設計資料。(2) 國家現(xiàn)行有關設計規(guī)程、技術手冊，主要包括：實用電機設計計算手冊（黃堅，郭中醒主編）Y2系列三相異步電動機技術條件(JB/T8680.1-1998)4.本文的主要工作：(1) 三相鼠籠式異步電動機主要參數(shù)的確定根據(jù)設計任務書的要求，結合相關的技術手冊，確定出與電機電磁性能有關的主要尺寸、槽形及槽配合、繞組型式及節(jié)距、線規(guī)和材料。(2) 電磁計算根據(jù)所確

9、定出的主要參數(shù)，編程進行電磁計算，計算可分為四個模塊，包括額定數(shù)據(jù)及主要尺寸計算、磁路計算、參數(shù)計算和起動計算。在計算過程中需要反復調整相關參數(shù)，直到計算出的主要性能指標達到設計任務書的要求。(3) CAD畫圖本設計中使用CAD畫出定、轉子沖片圖，槽形尺寸圖和定子繞組分布圖。第二章 三相異步電動機2.1 三相異步電動機結構電機的機組結構主要由磁路部分，電路部分以及機械三部組成，如圖。磁路又是由定子鐵心和轉子鐵心構成的。 定子鐵心是由0.35mm0.5mm厚表面涂有絕緣漆的薄硅鋼片疊壓而成，減少了由于交變磁通通過而引起的鐵心渦流損耗。鐵心內圓有均勻分布的槽口，用來嵌放定子繞圈用的。轉子鐵心用0.

10、5mm厚的硅鋼片疊壓而成，套在轉軸上，作用和定子鐵心相同，一方面作為電動機磁路的一部分，一方面用來安放轉子繞組。電路部分是由定子繞組和轉子繞組構成的。定子繞組三相繞組由三個彼此獨立的繞組組成，且每個繞組又由若干線圈連接而成。線圈由絕緣銅導線或絕緣鋁導線繞制。機械部分主要是機座、端子、軸和軸承等組成。 圖 2.1 電機主要結構異步電動機根據(jù)轉子的繞組的結構不同，可分為鼠籠式和繞線式兩種。鼠籠式異步電動機的轉子繞組本身自成閉合回路，整個轉子形成一個堅實的整體，其結構簡單牢固、運行可靠、價格便宜，應用最為廣泛，小型異步電動機絕大部分屬于這類。繞線式異步電動機的結構比鼠籠式復雜，但啟動性能較好，需要時

11、還可以調節(jié)電動機的轉速。三相鼠籠式異步電動機的結構較為優(yōu)越。2.1.1 異步電動機的定子結構定子是用來產生旋轉磁場的，主要由定子鐵心、定子繞組和機座等部分組成。鼠籠式和繞線式異步電動機的定子結構是完全一樣的。（1）定子鐵心：異步電動機定子鐵心是電動機磁路的一部分，由0.35mm0.5mm厚表面涂有絕緣漆的薄硅鋼片疊壓而成，由于硅鋼片較薄而且片與片之間是絕緣的，所以減少了由于交變磁通通過而引起的鐵心渦流損耗。鐵心內圓有均勻分布的槽口，用來嵌放定子繞圈. （2）定子繞組：是三相電動機的電路部分，三相電動機有三相繞組，通入三相對稱電流時，就會產生旋轉磁場。三相繞組由三個彼此獨立的繞組組成，且每個繞組

12、又由若干線圈連接而成。每個繞組即為一相，每個繞組在空間相差120°電角度。線圈由絕緣銅導線或絕緣鋁導線繞制。中、小型三相電動機多采用圓漆包線，大、中型三相電動機的定子線圈則用較大截面的絕緣扁銅線或扁鋁線繞制后，再按一定規(guī)律嵌入定子鐵心槽內。定子三相繞組的六個出線端都引至接線盒上，首端分別標為U1, V1, W1 ，末端分別標為U2, V2, W2 。這六個出線端在接線盒里的排列方式，可以接成星形或三角形連接。 （3）機座是電動機的外殼和支架，它的作用是固定和保護定子鐵心、定子繞組并支撐端蓋，所以要求機座具有足夠的機械強度和剛度，能承受運輸和運行過程中的各種作用力。中、小型異步電動機通

13、常采用鑄鐵機座，定子鐵心緊貼在機座的內壁，電動機運行時鐵心和繞組產生的熱量主要通過機座表面散發(fā)到空氣中去，因此，為了增加散熱面積，在機座表面裝有散熱片。對大型異步電動機，一般采用鋼板焊接機座，此時為了滿足通風散熱的要求，機座內表面與鐵心隔開適當距離，以形成空腔，作為冷卻空氣的通道。2.1.2 異步電動機的轉子結構轉子是異步電動機的轉動部分，它在定子繞組旋轉磁場的作用下獲得一定的轉矩而旋轉，通過聯(lián)軸器或皮帶輪帶動其他機械設備做功。轉子由轉子鐵心、轉子繞組和轉軸等部分組成。（1）轉子鐵心 是用0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成，套在轉軸上，作用和定子鐵心相同，一方面作為電動機磁路的一部分，一方面用來安放

14、轉子繞組。（2）轉子繞組異步電動機的轉子繞組分為繞線形與籠形兩種，由此分為繞線轉子異步電動機與籠形異步電動機。 繞線形繞組： 與定子繞組一樣也是一個三相繞組，一般接成星形，三相引出線分別接到轉軸上的三個與轉軸絕緣的集電環(huán)上，通過電刷裝置與外電路相連，這就有可能在轉子電路中串接電阻或電動勢以改善電動機的運行性能。 籠形繞組： 在轉子鐵心的每一個槽中插入一根銅條，在銅條兩端各用一個銅環(huán)（稱為端環(huán)）把導條連接起來，稱為銅排轉子。也可用鑄鋁的方法，把轉子導條和端環(huán)風扇葉片用鋁液一次澆鑄而成，稱為鑄鋁轉子，100kW以下的異步電動機一般采用鑄鋁轉子。 2.1.3 三相異步電動機接線圖三相異步電機接線圖:

15、三相電動機的三相定子繞組每相繞組都有兩個引出線頭。 一頭叫做首端 ，另一頭叫末端。規(guī)定第一相繞組首端用D 1表示，末端用D 4表示；第二相繞組首端用D2表示，末端用D5表示；第三相繞組首末端分別用D3和D6來表示。這六個引出線頭 引入接線盒的接線柱上，接線柱相應地標出D1D6的標記，見圖(1)。三相定子繞組 的六根端頭可將三相定子繞組接成星形或三角形，星形接法是將三相繞組的末端并聯(lián)起來， 即將D4、D5、D6三個接線柱用銅片連結在一起，而將三相繞組首端分別接入三相交流 電源，即將D1,D2,D3分別接入A、B、C相電源，如圖(2)所示。而三角形接法則是 將第一相繞組的首端D 1與第三相繞組的末

16、端D6相連接，再接入一相電源；第二相繞組的 首端D2與第一相繞組的末端D4相連接，再接入第二相電源；第三相繞組的首端D3與第 二相繞組的末端D5相連接，再接入第三相電源。即在接線板上將接線柱D1和D6、D2和D4、D3和D5分別用銅片連接起來，再分別接入三相電源，如圖(3)所示。一臺電 動機是接成星形還是接成三角形，應視廠家規(guī)定而進行，可以從電動機銘牌上查到。三相 定子繞組的首末端是生產廠家事先設定好的，絕不可任意顛倒，但可將三相繞組的首末端一 起顛倒，例如將三相繞組的末端D4、D5、D6倒過來作為首端，而將D1、D2、D3作為末端，但絕不可單獨將一相繞組的首末端顛倒，否則將產生接線錯誤。如果

17、接線盒中發(fā) 生接線錯誤，或者繞組首末端弄錯，輕則電動機不能正常起動，長時間通電造成啟動電流過 大，電動機發(fā)熱嚴重，影響壽命，重則燒毀電動機繞組，或造成電源短路。在承受相同電壓及相同線徑的繞組線圈中，星型接法比三角型接法每相匝數(shù)少根號3倍(1.732倍)，功率也小根號3倍。成品電機的接法已固定為承受電壓380V，一般不適宜更改。只有三相電壓級別與正常380V不同時才改變接法，如三相電壓220V級別時，原三相電壓380V星型接法改為三角型接法就能適用；如三相電壓660V級別時，原三相電壓380V三角型接法改為星型接法就能適用，其功率不變。一般小功率電機是星型接法，大功率的是三角接法。額定電壓下，應

18、該使用三角形連接的電動機，如果改成星形連接，則屬于降壓運行，電動機功率減小，啟動電流也減少。額定電壓下，應該使用星形連接的電動機，如果改成三角形連接，則屬于超壓運行，是不允許的。大功率電機(三角型接法)起動時的電流很大，為了減少起動電流對線路的沖擊，一般采用降壓起動，原三角型接法運行改為星型接法起動就是其中一種方法，星型接法起動后轉換回三角型接法運行。2.2 三相異步電動機工作原理目前較常用的主要是交流電動機，它可分為兩種：1、三相異步電動機。2、單相交流電動機。第一種多用在工業(yè)上，而第二種多用在民用電器上。下面以三相異步電動機為例介紹其基本工作原理。下圖2-2所示為一臺三相籠型異步電動機的示

19、意圖。在定子鐵心里嵌放著對稱的三相繞組U1-U2、V1-V2、W1-W2。轉子槽內放有導條，導條兩端用短路環(huán)短接起來，形成一個籠型的閉合繞組。定子三相繞組可接成星形，也可以接成三角形。圖2.2三相籠型異步電動機的示意圖由旋轉磁場理論分析可知，如果定子對稱三相繞組被施以對稱的三相電壓，就有對稱的三相電流流過，并且會在電機的氣隙中形成一個旋轉的磁場，這個磁場的轉速n1稱為同步轉速，它與電網(wǎng)的頻率f1及電機的磁極對數(shù)p的關系為： n1=60 f1/p 轉向與三相繞組的排列以及三相電流的相序有關，圖中U、V、W相以順時針方向排列，當定子繞組中通人U、V、W相序的三相電流時，定子旋轉磁場為順時針轉向。由

20、于轉子是靜止的，轉子與旋轉磁場之間有相對運動，轉子導體因切割定子磁場而產生感應電動勢，因轉子繞組自身閉合，轉子繞組內便有電流流通。轉子有功電流與轉子感應電動勢同相位，其方向可由"右手發(fā)電機定則"確定。載有有功分量電流的轉子繞組在定子旋轉磁場作用下，將產生電磁力F，其方向由"左手電動機定則"確定。電磁力對轉軸形成一個電磁轉距，其作用方向與旋轉磁場方向一致，拖著轉子順著旋轉磁場的旋轉方向旋轉，將輸入的電能變成旋轉的機械能。如果電動機軸上帶有機械負載，則機械負載隨著電動機的旋轉而旋轉，電動機對機械負載做了功。 對稱三相交流電流通入對稱三相繞組時，便產生一個旋轉

21、磁場。下面選取各相電流出現(xiàn)最大值的幾個瞬間進行分析。當 =0°時，U相電流達到正最大值，電流從首端U1流入，用 表示，從末端U2流出，用表示；V相和W相電流均為負，因此電流均從繞組的末端流入，首端流出，故末端V2和W2應填上 ，首端V1和W1應填上，合成磁場的軸線正好位于U相繞組的軸線上。當 =120°時，V相電流為正的最大值，因此V相電流從首端V1流入，用 表示，從末端V2流出，用表示。U相和W相電流均為負,則U1和W1端為流出電流，用表示，而U2和W2為流入電流，用表示，此時合成磁場的軸線正好位于V相繞組的軸線上，磁場方向已從 =0°時的位置沿逆時針方向旋轉了

22、120°。當 =240°和 =360°時，合成磁場的位置。當 =360°時，合成磁場的軸線正好位于U相繞組的軸線上，磁場方向從起始位置逆時針方向旋轉了360°，即電流變化一個周期，合成磁場旋轉一周。由此可見，對稱三相交流電流通入對稱三相繞組所形成的磁場是一個旋轉磁場。旋轉的方向從UVW，正好和電流出現(xiàn)正的最大值順序相同，即由電流超前相轉向電流滯后相。如果三相繞組通入負序電流，則電流出現(xiàn)正的最大值的順序是UWV。通過圖解法分析可知，旋轉磁場的旋轉方向也為UWV。綜上分析可知，三相異步電動機轉動的基本工作原則是：(1)三相對稱繞組中通入三相對稱電流

23、產生圓形旋轉磁場，其轉速為異步轉速，且 1= f/p式中： f為電源頻率，單位為Hz；p為電機極對數(shù)。(2)轉子導體切割旋轉磁場產生感應電動勢和電流。(3)轉子載流導體在磁場中受到電磁力的作用，從而形成電磁轉矩，驅使電動機轉子轉動，其轉速（n）小于同步轉速（1）。異步電動機的轉速不可能達到定子旋轉磁場的轉速，即同步轉速，因為如果到達同步轉速，則轉子導體與旋轉磁場之間沒有相對運動，隨之在轉子導體中不能感應出電勢和電流，也就不能產生推動轉子的電磁力。因此，異步電動機的轉速總是低于同步轉速，即兩種轉速之間總是存在差異，異步電動機因此而得名。又因為異步電動機轉子電流是通過電磁感應作用產生的，所以又稱為

24、感應電動機。（4） 異步電動機的旋轉方向始終與旋轉磁場的旋轉方向一致，而旋轉磁場的方向又取決于異步電動機的三相電流相序，因此，三相異步電動機的轉向與電流的相序一致。要改變轉向，只要改變電流的相序即可，即任意對調電動機的兩根電源線，便可使電動機反轉。綜上分析可知，三相異步電動機轉動的基本工作原理是： （1） 三相對稱繞組中通入三相對稱電流產生圓形旋轉磁場。 （2） 轉子導體切割旋轉磁場感應電動勢和電流； （3） 轉子載流導體在磁場中受到電磁力的作用，從而形成電磁轉距，驅使電動機轉子轉動。2.3 三相異步電動機的機械特性和工作特性1.三相異步電動機的機械特性：三相異步電動機的機械特性是指電動機轉速

25、n與電磁轉矩M之間的函數(shù)關系，即n=f(M)。三相異步電動機的機械特性有不同的表達形式，如物理表達式、參數(shù)表達式和實用表達式。本文中僅介紹參數(shù)表達式。三相異步電動機的電磁功率為 （1）所以，電磁轉矩為 （2）三相異步電動機近似等值電路如下： 圖2.3 等效電路圖由圖可知： （3）而 （4）由式（2）、（3）、（4）得出： （5）式（5）即為三相異步電動機機械特性的參數(shù)表達式。2.三相異步電動機的工作特性：三相異步電動機的工作特性是指在電動機的定子側加額定電壓，電壓的頻率又為額定值時，電動機的轉速n、定子電流I1、功率因數(shù)、電磁轉矩T、效率等與輸出功率P2的關系。即：U1=UN、f1=fN時，n

26、，I1，T，=f(P2).（1）效率特性：，電機空載時，P2=0, =0，隨著輸出功率P2的增加，效率也增加，當鐵損耗與機械損耗之和等于定、轉子銅損耗之和時，電動機的效率達到最大。但當負載繼續(xù)增大時，效率反而降低。一般來說，電動機的容量越大，效率越高。（2）功率因數(shù)特性：電動機運行時必須吸取滯后無功功率，其功率因數(shù)總小于1。空載時，功率因數(shù)很低，不超過0.2。當負載增大時,定子電流中的有功電流增加，使功率因數(shù)提高,額定負載時最高，如負載再增大,功率因數(shù)又反而減少。（3）定子電流特性I1=f(P2)：空載時，轉子電流差不多為零，定子電流等于勵磁電流，隨著負載的增加，轉速下降，轉子電流增大，定子電

27、流也增大。（4）電磁轉矩特性T=f(P2)：空載時，電磁轉矩T=T0。隨著負載增大，P2增大，但由于機械角速度變化不大，電磁轉矩T隨P2的變化近似為一條直線。（5）轉速特性n=f(P2)：空載時，轉速n接近n1，隨著負載的增加，轉速n略微降低，隨著輸出功率P2的增加，轉子轉速n下降，轉差率s增大。第三章 三相異步電機電磁設計3.1 主要尺寸和空氣隙的確定根據(jù)電機額定功率和轉速，充分考慮本次設計改進條件下，選擇電磁負荷A和值后，可得 （4.14）其中和可根據(jù)設計任務規(guī)定數(shù)值選??；（1-）一般為0.850.95，功率大者和極數(shù)少者用較大值。一般為1.401.52，根據(jù)選定的繞組型式和節(jié)矩算得。選擇

28、適當和適當?shù)?，?a,近似認為代入式中得 （4.15）算得D1后，根據(jù)標準直徑進行調整，然后根據(jù)，再以下式求得 （4.16）以上是我們研究了確定主要尺寸所考慮的有關因素及對電機性能和經濟性的影響，為設計選擇尺寸及分析調整方案提供理論依據(jù)。但在生產實際中，由于中小型異步電動機已經積累了豐富的實踐經驗，一般不這樣計算，通常采用比較的方法，即根據(jù)所設計電機的具體條件，參照已生產的同類型相近規(guī)格電機的尺寸，直接初選定子鐵心內徑、外徑和長度。在三相異步電機的設計中，正確選擇空氣隙的大小是非常重要的，它對電機的性能影響很大。為了減少磁化電流以改善功率因數(shù)，應該使氣隙盡量少些，但是氣隙不能太小，氣隙過小使電

29、機的制造和運行都增加了困難，而且使某些電氣性能變壞。3.2 定子繞組與鐵芯設計定子繞組是由多個線圈聯(lián)接而成的。每個線圈（也叫做元件）都由導線繞成。元件邊嵌在鐵心槽內，出線頭留在端部。把一相所有元件的出線頭按一定規(guī)律聯(lián)接起來就得到定子的一個相繞組，每個相繞組的聯(lián)接及排列都相同，只是在空間上依次相差120度電角度。3.2.1 定子繞組型式和節(jié)距的選擇（1）單層繞組優(yōu)點： 槽內無層間絕緣，槽利用率高； 同槽內導線同相，不會發(fā)生相間擊穿； 線圈總數(shù)比雙層少一半，嵌線方便。缺點： 不易做成短距，磁勢波形較雙層為差； 電機導線粗時，繞組嵌放和端部整形較困難。（2）雙層繞組適用于功率較大的感應電動機 優(yōu)點：

30、 可選擇有利的節(jié)距以改善磁勢、電勢波形，使電機電氣性能好； 端部排列方便； 線圈尺寸相同，便于制造。 缺點：絕緣材料多，嵌線麻煩（3）單雙層繞組和Y-混合繞組1. 單雙層繞組：短距時，某些槽內上下層導體屬于同一相，而某些槽內上下層屬于不同相。把屬于同相上下層導體合起來，用單層繞組代替，而不同相的仍保持原來的雙層，按同心式繞組端部形狀將端部連接起來。2. Y-混合繞組：把普通60°相帶三相繞組分成兩套三相繞組；其空間相位 30°電角度，一套Y，一套；電流在時間相位上互差30°。因為此電機功率較大，故選擇雙層繞組。（4）繞組節(jié)距的選擇 削弱5、7次諧波（5）每相串聯(lián)導

31、體數(shù)、每槽導體數(shù)計算=380。大小影響、數(shù)值。，。設計時常通過改動來取得若干不同設計方案進行優(yōu)化。每槽導體數(shù)：（6）電流密度的選擇及線規(guī)、并繞根數(shù)和并聯(lián)支路數(shù)的確定 電密： 大、中、小型銅線電機：對大型電機：參考極距的大小來選擇（熱負荷）。=5×線規(guī)： =0.014并聯(lián)支路數(shù)：雙層： 條件 =整數(shù)， =13.2.2 定子沖片的設計（1）槽形：半閉口槽（梨形槽、梯形槽）半開口槽開口槽為了便于嵌線故選取開口槽。（2）槽滿率： 導線有規(guī)則排列所占的面積與槽有效面積之比。 （3）槽形尺寸的確定考慮因素： 槽滿率； 齒部和軛部磁密要適當； 齒部有足夠機械強度，軛部有足夠剛度； 槽形尺寸深寬比對

32、電機參數(shù)的影響。由于是開口槽所以槽口寬13.7，槽口高0.7，槽高72，槽寬13.7. 3.3 額定數(shù)據(jù)及主要尺寸(1) 輸出功率Pn=11kw。(2) 相電壓因為該電機為接法，所以相電壓。(3) 功電流(4) 效率標準值。(5) 功率因數(shù)標準值。(6) 極數(shù)對數(shù)。(7) 頻率。(8) 定、轉子槽數(shù)定子槽數(shù)，轉子槽數(shù)。(9) 定、轉子每極槽數(shù)定子每極槽數(shù)：轉子每極槽數(shù)：(10) 定、轉子沖片尺寸定子外徑，定子內徑，氣隙長度，轉子外徑，轉子內徑。定子槽形尺寸（見附錄C）：，。轉子槽形尺寸：，。(11) 極距(12) 定、轉子齒距定子齒距：轉子齒距：(13) 繞組節(jié)距。(14) 每相串聯(lián)導體數(shù)其中

33、，每槽導體數(shù)每圈匝數(shù)；并聯(lián)支路數(shù)。(15) 繞組線規(guī)根據(jù)經驗，一般按類比法選取線規(guī)，本文中選取的線規(guī)為。絕緣后直徑d=1.27mm,截面積。(16) 槽滿率槽面積：其中，槽楔高度按文獻6中表2-7選取，取。對于雙層疊繞組，槽絕緣所占面積為：其中，槽絕緣厚度按表文獻6中2-7查取。槽有效面積：槽滿率：其中，導體并饒根數(shù)；導體絕緣后外徑。(17) 鐵芯長鐵芯有效長：凈鐵芯長：其中，鐵芯疊壓系數(shù)取。(18) 每相有效串聯(lián)導體數(shù)其中，繞組系數(shù)的計算詳見附錄B中(1)。3.4 磁路計算(1) 每極磁通設負載電勢系數(shù)初值，,參考資料得，則每極磁通為： (2) 齒部截面積定子齒截面積：轉子齒截面積：其中，為

34、定子齒部計算寬度；、為轉子齒部計算寬度，一般取靠近齒最狹小的處的寬度。(3) 軛部截面積定子軛部截面積：轉子軛部截面積：(4) 空氣隙截面積(5) 波幅系數(shù)從這里開始進行飽和系數(shù)計算，一般需要進行多次的循環(huán)。這里先假設飽和系數(shù)，對應的波幅系數(shù)。(6) 定子齒磁密(7) 轉子齒磁密(8) 定子軛磁密(9) 轉子軛磁密(10) 空氣隙磁密(11) 各部分磁路的磁場強度根據(jù)計算出的各部分磁密，按照磁化曲線可查出各部分磁場強度如下：21.9A/cm，20.1A/cm，5.792A/cm，11.42A/cm，15.66A/cm。(12) 有效空氣隙長度其中氣隙系數(shù)計算詳見附錄B中(3)。(13) 定、轉

35、子齒部磁壓降定子齒部磁壓降：轉子齒部磁壓降：其中，定、轉子齒部磁路計算高度、和的計算詳見附錄B中(4)。(14) 定、轉子軛部磁壓降定子軛部磁壓降：轉子軛部所需安匝數(shù)：其中，定、轉子軛部磁路計算長度和的計算詳見附錄B中(5)；定、轉子軛部磁路長度校正系數(shù)、按文獻6中圖2-15查取。(15) 空氣隙磁壓降(16) 飽和系數(shù)由于上述計算出的飽和系數(shù)值與假設值較為接近，即滿足，故可以繼續(xù)計算，否則必須返回重新計算直至滿足要求。(17) 每極磁勢(18) 滿載磁化電流(19) 滿載磁化電流標幺值(20) 勵磁電抗標幺值 (21) 定子槽漏抗標幺值 (22) 定子諧波漏抗標幺值 (23) 定子端部漏抗標

36、幺值(24) 定子漏抗標幺值(25) 轉子槽漏抗標幺值 (26) 轉子諧波漏抗標幺值 (27) 轉子端部漏抗標幺值其中，轉子導條長度；端環(huán)直徑。(28) 轉子斜槽漏抗標幺值 (29) 轉子漏抗標幺值(30) 定、轉子總漏抗標幺值(31) 定子繞組直流電阻 (32) 定子相電阻標幺值(33) 有效材料用量定子銅的重量：其中，為考慮導線和引線質量的系數(shù)，漆包圓銅線C=1.05；為銅的密度。硅鋼片的重量：(34) 轉子電阻導條電阻：端環(huán)電阻：其中， ；對于鑄鋁轉子。導條電阻標幺值：端環(huán)電阻標幺值：轉子電阻標幺值：3.5 性能計算在主要尺寸、氣隙以及定轉子繞組和鐵心設計好以后，就要進行工作性能的計算和

37、起動性能的計算，以便與設計任務書或技術任務書或技術條件中規(guī)定的性能指標相比較，在此基礎上對前面的設計進行必要的調整。多速繞組大多具有不規(guī)則的繞組排列，因此產生遠較普通單繞組為多的諧波，從而影響電機的起動、振動、噪聲、溫聲等性能，繞組的設計需兼顧幾個速度下的性能要求，并根據(jù)電機的工作狀態(tài)，是接近恒功率還是恒轉矩來決定各個轉矩下的輸出，因此，工作性能的計算和起動性能的計算尤為重要。3.5.1 工作性能計算(1) 滿載電流有功分量標幺值從這里開始進行效率的計算，一般需要進行多次的循環(huán)。這里先假定效率初值，則(2) 滿載電抗電流標幺值其中，。(3) 滿載電流無功分量標幺值(4) 滿載電勢系數(shù) (5)

38、空載電勢系數(shù)(6) 空載定子齒磁密(7) 空載轉子齒磁密(8) 空載定子軛磁密(9) 空載轉子軛磁密(10) 空載氣隙磁密根據(jù)上述計算出的各部分空載磁密，按照熱軋硅鋼片DR510牌號磁化曲線，查取各部分磁路所對應的磁場強度，然后繼續(xù)進行計算。所查得的結果為：A/cm，A/cm，A/cm，A/cm，A/cm。(11) 空載時定子齒部磁壓降(12) 空載時轉子齒部磁壓降(13) 空載時定、轉子軛部磁壓降(14) 空載氣隙磁壓降(15) 空載時每極磁勢(16) 空載磁化電流(17) 定子電流(18) 定子電流密度(19) 線負荷(20) 轉子電流導條電流：端環(huán)電流：(21) 轉子電流密度導條電密：端

39、環(huán)電密：(22) 定子銅耗(23) 轉子鋁耗(24) 雜散損耗雜散損耗的大小與設計參數(shù)和工藝情況有關，目前尚難以準確計算，故以推薦值為主。這里推薦：=0.02(25) 機械損耗根據(jù)經驗，一般按類比法選取機械損耗。這里參照文獻6中表2-15選取，其取值如下：(26) 鐵耗定子軛部鐵耗：定子軛部重量：定子齒部鐵耗：定子齒部重量：其中， 和可根據(jù)和查資料可得，按經驗取=2.5，=2。(27) 總鐵耗 (28) 總鐵耗標幺值(29) 總損耗標幺值(30) 輸入功率標幺值 (32) 效率由于上述計算出的效率值與假設的效率初值相差很小，即滿足，故可繼續(xù)計算，否則需要重新假設初值，直到滿足要求為止。(33)

40、 功率因數(shù)(34) 轉差率旋轉鐵耗：(35) 轉速(36) 最大轉矩倍數(shù)3.5.2 起動性能計算三相異步電機的起動性能主要是指起動轉矩和起動電流對相應額定值的倍數(shù)。與正常運行時比較，異步電機起動時有兩個顯著特點：一是起動電流很大，這使定轉子的漏磁路高度飽和；二是轉子電流頻率等于電源頻率，比正常運行時高很多；使轉子屠要中的電流產生集膚現(xiàn)象。(1) 起動電流假定初值從這里開始進行電流的循環(huán)計算，一般需進行多次的循環(huán)，起動電流假定初值為：(2) 起動時定子槽漏抗標幺值 (3) 起動時定子諧波漏抗標幺值其中，起動時漏磁路飽和系數(shù)取0.417。(4) 定子起動漏抗標幺值(5) 起動時轉子槽漏抗標幺值 (

41、6) 起動時轉子諧波漏抗標幺值(7) 起動時轉子斜槽漏抗標幺值(8) 轉子起動漏抗標幺值(9) 起動時定、轉子總漏抗標幺值(10) 轉子起動電阻標幺值其中，電阻增加系數(shù)取4.79。(11) 起動總電阻標幺值(12) 起動總阻抗標幺值(13) 起動電流起動電流倍數(shù)：由于上述計算出的起動電流倍數(shù)與假設的初值相差很小，即，故可以繼續(xù)計算，否則需要重新假設起動電流倍數(shù)的初值，直至滿足要求。(14) 起動轉矩 第四章 電機轉動軸的工藝分析4.1 轉動軸的加工工藝分析確定主要表面的加工方法：傳動軸大都是回轉表面，主要采用車削與外圓磨削成形。由于該傳動軸的主要表面M、N、P、Q的公差等級(IT6)較高，表面

42、粗糙度Ra值較小，故車削后還需磨削。外圓表面的加工方案可為： 粗車半精車磨削。粗基準選擇：有非加工表面，應選非加工表面作為粗基準。對所有表面都需加工的鑄件軸，根據(jù)加工余量最小表面找正。且選擇平整光滑表面，讓開澆口處。選牢固可靠表面為粗基準，同時，粗基準不可重復使用。精基準選擇：要符合基準重合原則，盡可能選設計基準或裝配基準作為定位基準。符合基準統(tǒng)一原則。盡可能在多數(shù)工序中用同一個定位基準。盡可能使定位基準與測量基準重合。選擇精度高、安裝穩(wěn)定可靠表面為精基準。合理地選擇定位基準，對于保證零件的尺寸和位置精度有著決定性的作用。由于該零件的幾個主要配合表面(Q、P、N、M)及軸肩面(H、G)對基準軸

43、線A-B均有徑向圓跳動和端面圓跳動的要求，它又是實心軸，所以應選擇兩端中心孔為基準，采用雙頂尖裝夾方法，以保證零件的技術要求。粗基準采用熱軋圓鋼的毛坯外圓。中心孔加工采用三爪自定心卡盤裝夾熱軋圓鋼的毛坯外圓，車端面、鉆中心孔。但必須注意，一般不能用毛坯外圓裝夾兩次鉆兩端中心孔，而應該以毛坯外圓作粗基準，先加工一個端面，鉆中心孔，車出一端外圓；然后以已車過的外圓作基準，用三爪自定心卡盤裝夾(有時在上工步已車外圓處搭中心架)，車另一端面，鉆中心孔。如此加工中心孔，才能保證兩中心孔同軸。劃分加工階段：對精度要求較高的零件，其粗、精加工應分開，以保證零件的質量。該傳動軸加工劃分為三個階段：粗車(粗車外

44、圓、鉆中心孔等)，半精車(半精車各處外圓、臺階和修研中心孔及次要表面等)，粗、精磨(粗、精磨各處外圓)。各階段劃分大致以熱處理為界。頂尖孔的研磨：因熱處理、切削力、重力等的影響，常常會損壞頂尖孔的精度，因此在熱處理工序之后和磨削加工之前，對頂尖孔要進行研磨，以消除誤差。常用的研磨方法有以下幾種。（1）用鑄鐵頂尖研磨（2）用油石或橡膠輪研磨（3）用硬質合金頂尖刮研（4）用中心孔磨床磨削工序的確定要按加工順序進行，應當掌握兩個原則：（1） 工序中的定位基準面要安排在該工序之前加工。例如，深孔加工所以安排在外圓表面粗車之后，是為了要有較精確的軸頸作為定位基準面，以保證深孔加工時壁厚均勻。（2）對各表

45、面的加工要粗、精分開，先粗后精，多次加工，以逐步提高其精度和粗糙度。主要表面的精加工應安排在最后。為了改善金屬組織和加工性能而安排的熱處理工序，如退火、正火等，一般應安排在機械加工之前。為了提高零件的機械性能和消除內應力而安排的熱處理工序，如調質、時效處理等，一般應安排在粗加工之后，精加工之前。熱處理工序安排：軸的熱處理要根據(jù)其材料和使用要求確定。對于傳動軸，正火、調質和表面淬火用得較多。該軸要求調質處理，并安排在粗車各外圓之后，半精車各外圓之前。綜合上述分析，該傳動軸的工藝路線如下：下料車兩端面，鉆中心孔粗車各外圓調質修研中心孔半精車各外圓，車槽，倒角車螺紋劃鍵槽加工線銑鍵槽修研中心孔磨削檢

46、驗。加工尺寸和切削用量：車削用量的選擇，單件、小批量生產時，可根據(jù)加工情況由工人確定；一般可由機械加工工藝手冊或切削用量手冊中選取。傳動軸磨削余量可取0.5mm，半精車余量可選用1.5mm。加工尺寸可由此而定，見該軸加工工藝卡的工序內容。工件的裝夾方法：粗加工時，由于切削余量大，工件受的切削力也大，一般采用卡頂法，尾座頂尖采用彈性頂尖，可以使工件在軸向自由伸長。但是，由于頂尖彈性的限制，軸向伸長量也受到限制，因而頂緊力不是很大。在高速、大用量切削時，有使工件脫離頂尖的危險。采用卡頂法可避免這種現(xiàn)象的產生。精車時，采用雙頂尖法（此時尾座應采用彈性頂尖）有利于提高精度，其關鍵是提高中心孔精度。擬定

47、工藝過程：定位精基準面中心孔應在粗加工之前加工，在調質之后和磨削之前各需安排一次修研中心孔的工序。調質之后修研中心孔為消除中心孔的熱處理變形和氧化皮，磨削之前修研中心孔是為提高定位精基準面的精度和減小錐面的表面粗糙度值。擬定傳動軸的工藝過程時，在考慮主要表面加工的同時，還要考慮次要表面的加工。在半精加工52mm、44mm及M24mm外圓時，應車到圖樣規(guī)定的尺寸，同時加工出各退刀槽、倒角和螺紋；三個鍵槽應在半精車后以及磨削之前銑削加工出來，這樣可保證銑鍵槽時有較精確的定位基準，又可避免在精磨后銑鍵槽時破壞已精加工的外圓表面。在擬定工藝過程時，應考慮檢驗工序的安排、檢查項目及檢驗方法的確定。工藝規(guī)

48、程制訂得是否合理，直接影響工件的質量、勞動生產率和經濟效益。一個零件可以用幾種不同的加工方法制造，但在一定的條件下，只有某一種方法是較合理的。因此，在制訂工藝規(guī)程時，必須從實際出發(fā)，根據(jù)設備條件、生產類型等具體情況，盡量采用先進加工方法，制訂出合理的工藝規(guī)程。4.2 選擇設備和加工工序設備的選擇：數(shù)控車床，是一種高精度、高效率的自動化機床。它具有廣泛的加工工藝性能，可加工直線圓柱、斜線圓柱、圓弧和各種螺紋。具有直線插補、圓弧插補各種補償功能，并在復雜零件的批量生產中發(fā)揮了良好的經濟效果。合理選用數(shù)控車床，應遵循如下原則：   確定典型零件的工藝要求、加工工件的批量。 滿足典

49、型零件的工藝要求  典型零件的工藝要求主要是零件的結構尺寸、加工范圍和精度要求。根據(jù)精度要求，即工件的尺寸精度、定位精度和表面粗糙度的要求來選擇數(shù)控車床的控制精度。  根據(jù)可靠性來選擇 可靠性是提高產品質量和生產效率的保證。數(shù)控機床的可靠性是指機床在規(guī)定條件下執(zhí)行其功能時，長時間穩(wěn)定運行而不出故障。即平均無故障時間長，即使出了故障，短時間內能恢復，重新投入使用。選擇結構合理、制造精良，并已批量生產的機床。本論文根據(jù)被加工零件的外形和材料等條件，選用CK400數(shù)控車床。確定加工順序及進給路線：加工順序的確定按由內到外、由粗到精、由近到遠的原則確定，在一次裝夾中盡可能加工出較多

50、的工件表面。結合本零件的結構特征，可先加工內孔各表面，然后加工外輪廓表面。由于該零件為單件小批量生產，走刀路線設計不必考慮最短進給路線或最短空行程路線，外輪廓表面車削走刀路線可沿零件輪廓順序進行。對刀具的要求： 數(shù)控車床能兼作粗、精加工。為使粗加工能以較大切削深度、較大進給速度地加工，要求粗車刀具強度高、耐用度好。精車首先是保證加工精度，所以要求刀具的精度高、耐用度好。為減少換刀時間和方便對刀，應可能多地采用機加工車刀。數(shù)控車床還要求刀片耐用度的一致性好，以便于使用刀具壽命管理功能。在使用刀具壽命管理時，刀片耐用度的設定原則是以該批刀片中耐用度最低的刀片作為依據(jù)的。在這種情況下，刀片耐用度的一

51、致性甚至比其平均壽命更重要。修改程序：這種方法主要用于控制程序中的部分的尺寸誤差較大的。按程序加工出來的如出現(xiàn)與實際編程數(shù)值誤差較大的現(xiàn)象，我們就要把數(shù)值修改與實際相近，修改時切記不要一次修改太多，同時為了節(jié)約時間，然后利用跳段的方法加工從新加工直到合格為止。4.3 成品的最后工序尺寸檢測：零件最終檢測時，用千分尺進行檢測，各項結果要在公差范圍之內。若公差范圍之內，光潔度達標則合格，若尺寸有誤差則分析超差的主要原因，再進行重新加工。淬火：將成形工件進行淬火，完成后進行工件硬度檢測 達到規(guī)定要求。 小結與致謝三相鼠籠式異步電動機的電磁設計是決定該電機電磁性能好壞的重要因素，也是整個電機設計中最重要的環(huán)節(jié)。電機的電磁設計不同于結構設計，首先，需要確定電機的主要參數(shù)，參數(shù)的確定對整個電磁設計很重要，決定電機主要性能指標。其次，應該嚴格按照電磁計算步驟進行計算，在計算過程中，反復調整相關參數(shù)，使性能指標滿足要求。本設計是對Y2-160M1-2型異步電動機的電磁設計。通過查閱相關技術手冊，確定該電機的主要參數(shù)，包括定、轉子內外徑，氣隙和鐵心長度，節(jié)距和繞組型式，槽形、槽形尺寸和槽配合，以及所