畢業設計說明書論文學生姓名學號學院專業電氣工程及其自動化題目YX1602IP44高效節能型三相感應電動機的電磁設計指導教師評閱教師2006年6月目錄1引言111電機發展112高效節能電機22設計任務及設計過程521設計任務522設計過程53手算電磁計算程序831額定數據和主要尺寸832磁路計算1333參數計算1634工作性能計算2035起動性能計算254計算機輔助設計說明2841計算機輔助設計的發展2842計算機輔助設計在電機設計中的應用2943設計一般過程2944C語言簡介3045符號對照表3246程序流程圖375方案比較及選優4051方案一4052方案二4153方案三4254方案四43結論44致謝45參考文獻46圖1定子沖片圖圖2轉子沖片圖圖3繞組展開圖引言眾所周知，電機行業是一個傳統的機電制造行業，其發展已經有二百多年的歷史，對整個國民經濟的發展起著相當重要的作用。電的產生、傳輸、使用都離不開電機，尤其是現代技術的發展、人們生活水平的改善、自動化技術的提高及機器人等都需要大量的電機。11電機的發展縱觀世界電機產品的發展歷程，它始終跟隨著工業技術的發展，在相互競爭、相互促進中完善著自身，發生著變革。電機產品的發展過程大約可以劃分為四個發展階段。從19世紀30年代到80年代為直流電機時代，19世紀末葉，出現了交流電，隨之交流電動傳動在工業中逐步得到了廣泛應用，20世紀50年代以后，隨著電力電子學理論、微電子技術和現代控制理論的發展，使電機產品進入快速發展時期，先進的制造技術使傳統的電機產業煥發出了勃勃生機，交流電機代替直流電機也成為了必然的趨勢。近十年來，隨著科學技術的發展，國外中小型異步電機的發展方向大致可歸納為八個字“高效、低噪、調速、智能”。由于人類社會必須直面能源危機和解決環境污染問題，開發并使用高效率電機已逐漸成為全球的共識。目前，我國中小型電機約有300個系列，1500個品種，產品量大面廣，應用于工業、農業、國防、公共設施、家用電器等各個領域，廣泛用于驅動各種風機、水泵、壓縮機、機床、起重運輸機械、城市交通及工礦電動車輛、建筑機械、冶金、有色金屬、紡織、印刷、造紙、石油化工、橡膠、食品等工業設備和農業機械。電動機作為最重要的動力設備之一，將電能轉換成機械能。以電機作為驅動的動力源，其耗用的電能占全國總發電量的60以上。當今的電動機一般都是按照最大負載下能正常工作為條件來選擇的，但在實際使用中，電機卻經常是在中載、輕載，甚至在空載狀態下運行。因此，電動機的負載率低，效率不高，電能浪費現象十分嚴重。出于能源節約和環境保護的考慮，當前世界上包括我國在內的不少國家對電動機系統的節能都給予了高度重視，均把電動機節能的重點放在075KW以上的電動機上。因此，今后電機行業發展方向之一將為高效、節能型電機。12高效節能電機高效節能電動機是指在運行中將電能轉換為動力時具有較高的轉換效率或較小的轉換損耗而節約電能的電動機。從字面上解釋，就是效率值高的電機，即有效輸出功率比輸入功率的百分值高的電機。121我國發展高效節能電機的意義我國正處在深化經濟體制改革和國民經濟高速發展時期，企業面臨宏觀經濟調控、能源與環保政策的規范。檢驗機構出臺的法規明確了節電產品技術標準，企業通過政府制定的節能技術產品的標準生產產品。同時，政府對節能產業實施政策引導，強化執法管理力度，為企業建立良好的市場環境。隨著政府對節能產業的扶持，節能觀念的深入普及，打造健康有序的節電產業只是時間問題。目前，電機行業已形成比較完整的產業體系，中小型電機產品的品種、規格、性能和產量基本上滿足市場需要。在經濟全球化的背景下，當今世界已進入相互競爭、相互依存的時代，如何增強我國企業的國際競爭力，推動節能型企業建立，加強工業節能管理和技術改造，引導節能產業發展，不斷提高節能意識，資源意識和環境意識，充分發揮我國企業的優勢，持續、快速、協調、健康地發展，已為形勢所迫，成為企業必須要面對的問題。我國GDP占全球38，但能源消耗卻占到了全球的11，這表明我國經濟運行仍是高投入、高消耗、高排放、不協調、低效益、難循環的粗放型經濟增長方式，尚未轉變為低投入、高產出、低消耗、少排放、能循環的集約型和節約型經濟增長方式。近年來，我國經濟可持續發展受到能源瓶頸制約，日益加劇，2002年下半年開始全國有11個省市缺電，2004年缺電擴大到24個省市，各地相繼出現不同程度的電荒、煤荒、油荒。且我國電動機每年所耗電能相當于兩億多噸原煤的能量，若電動機效率提高1，則我國每年可節約的原煤量約為200多萬噸。這也告誡企業在新產品開發、工業技術、設備效率等方面仍有較大空間，應深挖節能潛力。鑒于我國電力緊張,應大力推廣節能電機。目前國內電動機產量大，使用面廣，在當前能源和環境問題極為嚴峻的形勢下，我們有必要開發節能電機或高效率電機，以使電動機本身消耗的電能進一步下降,從而減少我國電動機系統的用電量。122高效節能電機的特點YX系列高效率電機是在Y系列電機電磁設計的基礎上略作改動，如沖片槽形、鐵心長度、繞組型式等方面進行調整，使電機具有高效率特性而產生的電氣派生系列。在年運行時間長，負載率較高的場合，采用YX系列高效率電動機可較大幅度的節約電能。與標準電機相比，使用高效率電機的優點是A效率高，節能效果好。YX系列電機與Y系列電機相應規格相比，效率平均提高3,功率因數平均提高約0004，總損耗平均下降288，其中各項損耗下降的百分比為繞組損耗約20，鐵耗約10，雜散損耗約30，風靡損耗約40。B運行時間越長的設備或裝置，節能效果越明顯，產品的經濟性提高。YX系列電機在負載率50100范圍內，具有比較平坦的效率特性，且在75負載率時的效率最高。最高效率與額定負載時的效率相比，約提高0207，全系列平均提高04，這有助于提高電機實際運行時的節能效果。C因為采取了降低損耗的設計，溫升小，進而延長設備的使用壽命，提高設備的可靠性。D大大減少對環境的污染。例如一臺全封閉自扇冷式電機，規格為22KW，4極，200V，50HZ，負載率100。若1年運行5000小時，則大約可以節電400KWH。高效率感應電動機，因具有輸出效率高、功率范圍廣、價格低、堅固性和維修性好的特點，已在生產生活中被廣泛用作節能電動機。123效率的提高從電動機的主要構造出發，當電動機把從電源輸入的電能轉換成機械能時,有一部分能量以熱能形式消耗在電機內部。這種不能在電動機軸上作為輸出功率所使用的能量叫做損耗。如果損耗大,電動機的溫升就會提高,由此可見電動機中的損耗,不僅會縮短絕緣壽命,還將消耗掉很多電能。為了提高效率,節省電力節能,最好辦法是盡量降低電動機的損耗。電機的損耗主要包括以下四類定轉子電氣損耗，基本鐵損耗，機械損耗，雜散損耗。提高電機的效率,主要就是如何降低以上各種損耗。定轉子電氣損耗包括定子繞組銅耗和轉子鋁耗。定子繞組銅損耗W約占總損1CUP耗的40，主要為滿載時定子繞組在運行溫度下的電阻損耗。定子銅耗在電動機損耗中占有相當大的比例。如何降低定子銅耗，對提高電動機的效率非常關鍵。降低定子銅耗可采用以下措施提高槽滿率，縮短繞組端部長度；減薄絕緣，提高槽利用率；降低電磁線的電阻率，可采用新材料。降低轉子鋁耗的措施采用大截面積的轉子槽形和加大端環截面；提高鋁的純度，降低轉子電阻。鐵心損耗W占總損耗的20，由交變主磁通在定子或轉子鐵心分別計算中產FEP生的磁滯損耗和渦流損耗組成。降低鐵心損耗可采取如下措施A采用低損耗的優質冷軋硅鋼片，采用較薄硅鋼片，減少電機的渦流損耗；B調整槽形，選用合理的磁密，減少基波鐵損耗；C增加鐵心長，用較多的硅鋼片，減少磁密來降低損耗。機械損耗W約占總損耗的5，包括風扇及通風系統的損耗，電機轉子表面即FWP冷卻介質的摩擦損耗、軸承摩擦損耗、密封圈摩擦損耗等。風摩損耗的產生與電機轉速、通風方式、風扇形式、風扇外徑、轉子外徑、軸承類型、潤滑特性、機械加工精度及裝配質量等有關。降低機械損耗可選用與電機轉速相匹配的高效風扇及合理風路，選用優質低磨擦軸承、摩擦阻力小的潤滑脂、密封圈。雜散損耗W約占總損耗的10，是除上述四種損耗以外的全部損耗。雜散損耗SP包括由槽漏磁引起的導體中電流集膚效應產生的損耗，定子諧波磁通在轉子繞組中感應諧波電流產生的損耗，以及斜槽籠型轉子導條間的橫向電流在導條與疊片鐵心之間構成回路產生的損耗。這些損耗與繞組形式、節距、槽形、槽數、槽配合、槽絕緣、氣隙長度、繞組端部與端蓋距離、槽中導體高度、生產制造工藝的控制水平等因素有關。降低雜散損耗大致可采取如下措施A定子槽采用多槽數，節距采用5/6；B減小定子、轉子槽口寬度；C鐵心兩端采用非導磁材料；D調整電磁設計方案，選用合理槽形、槽配合，采用“正弦“繞組以削弱合成磁場中的高次諧波，削弱附加損耗和附加轉矩；E適當增大氣隙；F轉子采用少槽。2設計任務及設計過程21設計任務電機設計的任務是根據用戶提出的產品規格如功率、電壓、頻率等、技術要求如效率、功率因數、起動電流倍數、溫升限度等，結合技術經濟方面國家的方針政策和生產實際情況，運用有關的理論和計算方法，正確處理設計時遇到的各種矛盾，從而設計出性能好、體積小、結構簡單、運行可靠、制造和使用維修方便的先進產品。電機設計是個復雜的過程，需要考慮的因素和確定的尺寸、數據很多，因此設計人員必須全面地、綜合地看問題，并能因時因地制宜，針對具體情況采取不同的解決方法。本次設計電機的型號為YX160L2IP44高效節能型三相感應電動機。額定數據額定功率185KW額定電壓380VNPNU額定頻率50HZ定子相數M3接F技術要求效率92功率因數089NCOS最大轉矩倍數22起動轉矩倍數20MTSTT起動電流倍數7STI22設計過程221準備階段首先熟悉國際標準和國家標準，收集并查看相近電機產品的發展狀況、趨勢、技術資料，并閱讀一定量的外文專業資料，然后完成開題報告及外文翻譯。222確定電機的主要尺寸電機主要尺寸的確定主要是參考國際上已制成的同類型電機的主要尺寸，并結合所設計電機的主要性能指標來確定。A定轉子沖片的設計定轉子沖片的內、外徑尺寸參考國際上同類型電機的沖片尺寸確定。因為電機為高效節能型電機且功率較小，所以定子采用梨形槽。梨形槽可以減少鐵心表面損耗和齒內脈振損耗，使有效氣隙長度減小，功率因數得到改善；且槽面積EF利用率較高，沖模壽命較長，槽絕緣的彎曲程度較小，不宜損傷。定子槽形尺寸在考慮以下條件下進行設計1槽滿率一般控制在7580左右，機械化嵌線時槽滿率控制在75以下。因為槽滿率太高，會使嵌線困難、嵌線工時增加，且嵌線時極易引起絕緣損傷。2齒部和軛部的磁密要適當。定子齒部磁密多在140T160T之間；因軛部磁路較長，體積較大，所以一般定子軛部磁密比定子齒部磁密略低，以保證合理的鐵心損耗和空載電流，一般在11T15T之間。3齒部有足夠的機械強度，軛部有足夠的剛度。4還應注意槽形尺寸特別是其深寬比對電機參數（主要為漏抗的參數）的影響。綜上，定子槽口寬25MM40MM，為嵌線方便，應比線徑大12MM16MM；01B01B定子槽口高度05MM20MM。01H由于所設計電機為功率較小的兩極電機，因此轉子使用平行槽，這樣可以增加集膚效應，改善起動性能。轉子槽形尺寸對電機的一系列性能參數（如起動電流、起動轉矩、最大轉矩、轉子銅耗、功率因數、效率、溫升等）都有相當大的影響，其中起動電流、起動轉矩、最大轉矩和轉子槽形尺寸的關系最為密切。轉子槽形尺寸的確定和定子槽形尺寸的確定相類似。但轉子齒磁密一般在125T16T之間。定、轉子槽形尺寸還要在上述估算的基礎上通過CAD畫圖來最終確定。另外，為了減小附加損耗，定轉子槽數一般選擇少槽近槽配合，即定、轉子槽數相近，而轉子槽數略小于定子槽數。同時，定、轉子槽數得選擇還要避免在起動過程中產生較強的同步附加轉矩、異步附加轉矩、振動和噪聲。B端環的設計端環的外徑通常比轉子外徑小3MM8MM，以便鑄鋁模定位，端環內徑一般略小于轉子槽底所在圓的直徑。C）繞組的選擇由于所設計電機為高效率電機，且功率為185KW，因此電機定子繞組采用正弦繞組。正弦繞組不僅可以減小電機的相帶諧波，改善氣隙磁勢曲線以接近正弦分布，而且提高了繞組的基波分布系數，從而可減小電機的雜散損耗約30，且使銅耗下降，效率可提高5左右。正弦繞組有Y串聯和Y并聯兩種形式，由于Y并聯繞組內部回路多，會產生渦流損耗，為了降低損耗,提高效率，因此設計中采用Y串聯繞組。但Y繞組必須滿足以下三個條件時才能達到以上的效果1繞組Y接部分的感應電勢在時間上滯后于接部分的感應電勢電角度。302繞組Y接部分的相電流在時間上滯后于接部分的相電流電角度。3繞組兩部分產生的磁勢幅值相等，便可以完全消除或大大削弱5、7、17、19、等（奇數）次諧波磁勢，改善氣隙磁場波形，使諧波引起的附加損耗下降。61KD風扇的選擇風扇的作用在于產生足夠的壓力，以驅送所需的氣體通過電機，帶走電機散發的熱量，使電機的溫度降低。因為高效電機為了提高效率，各項損耗都減小了，這使得電機的溫升比普通電機要低，發熱量少，所以可以選擇軸流式風扇，且軸流式風扇具有效率高（可達08）的優點，可使風扇功耗降低，電機的效率提高。223手算核算電機的性能電機的性能指標主要包括電機的效率、功率因數、起動電流、起動電流倍數、起動轉矩倍數、最大轉矩倍數等。電機性能的計算過程主要包括額定數據及主要尺寸的確定、磁路計算（定轉子齒部、軛部磁密、磁場強度、磁壓降，電機總磁壓降，電機滿載磁化電流等的計算）、參數計算（定轉子各部分漏抗，定轉子電阻，端環電阻，定子導線重量、硅鋼片重量的計算）、工作性能計算（定轉子電氣損耗，附加損耗，機械損耗，定子鐵耗，功率，功率因數，最大轉矩倍數等的計算）和起動性能計算（起動時總電阻、總漏抗、總阻抗，起動電流，起動電流倍數，起動轉矩倍數的計算）五部分。通過手算電機的性能，使我了解了電機設計的計算過程，電機各個量、參數的意義、選擇計算方法，明白了影響電機各項性能指標的參數，循環量的循環條件、過程和循環公式，為下一步電機性能計算程序的編寫、調試奠定了基礎。224計算機輔助設計根據電機性能的手算過程，編制計算機輔助設計程序，并核算電機性能，得出四套合格方案，并從中選出最優方案。該部分在下文第4部分中將作詳細的說明。3手算電磁計算程序31額定數據和主要尺寸1額定功率185KWNP2額定電壓380V（接）U轉換為Y接相電壓220VN3803功電流28158AKWINUMP1351204效率按照任務書規定取925功率因數COS按照任務書規定取0896極對數1P相數31M7定轉子槽數每極每相槽數取整數，6。1Q則231636。再按文獻1表108取28，并采用轉子斜槽。1Z12P2Z8定轉子每極槽數定子每極槽數181PZ236轉子每極槽數142P89定轉子沖片尺寸定子外徑260MM1D定子內徑150MMI氣隙長度068MM轉子外徑14864MM2150268I轉子內徑60MMID定子沖片尺寸（如圖311所示）0125B18019HH226R轉子沖片尺寸（如圖312所示）0210162323R圖311定子沖片圖圖312轉子沖片圖定子齒寬21TB1102ZHDI1R598026364724MM4780MM1TB102ZHDI1B5091836齒部基本平行，齒寬4752MM（平均值）1T轉子齒壁不平行的槽形尺寬計算如下12021212233TDHBBZ60808MM486630362導條截面積（轉子槽面積）BA221210RHBB21063260M241062M端環面積430端環直徑10462MMRA2RD端環尺寸如圖313所示。圖313端環截面圖10極距235619MMPDI215011定子齒距1309MM1TZI3612轉子齒距16666MM2TD1485213定子繞組采用單層正弦繞組，同心式，節距121,220，319并聯之路數11A14為了消弱齒諧波磁場的影響，轉子采用斜槽，一般斜一個定子齒距，于是轉子斜槽寬1309MM。SKB15每槽導體數10171SYN1SN16每相串聯導體數60103621SYNZMA102173S17繞組線規設計在文獻1附錄二中選用銅線高強度漆包線。Y接部分1，16，絕緣后直徑168，TYNYD1YD6，15，絕緣后直徑158；2T212接部分1，16，絕緣后直徑168，T14，130，絕緣后直徑138；2TN2D2D18槽滿率槽面積SA2211RHBRS260860802419812M按附錄三，槽絕緣采用DMDM復合絕緣，03MM，槽楔為H2MM層壓板，則槽絕I緣占面積為17553。IA21RHS03182062M槽有效面積224428EFSI49752M槽滿率07932222111068154SYTTYFNDSAEF0791222211738STTFF19鐵心長200MMTL鐵心有效長度20136MM2068EFTL20繞組系數短距系數11PYK136010Z2YQ分布系數09901DYK310SINSI2NYQ繞組系數0989910990111DPYDPDYPK21每相有效串聯導體數117691NDPK11160902933YDPDPN32磁路計算1每極磁通初設（1）0952，EKL（1）0952220V210V1NU58841116010299233DPYDPDPK初設127，由文獻1圖35查得1092。SKNM0016WB14FNEDPM04925842每極下齒部截面積09520047521816252101TA1TPIFEZBLK2M09520060701416145122TA2TPIFEZBLK2M3定子軛部計算高度1JH3211RHDSI6056091833018MM轉子軛部計算高度2JH322RHDSI60148533122645MM定子軛部導條截面積0952003018573421JAFEKTL1JH2M轉子軛部導條截面積0952002645502552JFETL2J24空氣隙截面積2356192013647444331AEFL2M5磁路計算所選的回路是通過磁極中心線的閉合回路，該回路上的氣隙磁密是最大值。為此，先由文獻1圖35，找出計算極弧系數0703，由此求的波幅系數BP1422SFAV1P0736定子齒磁密1436T1TBT420165SA7轉子齒磁密T1445T2TTSF8定子軛磁密1431T1JJBA016573429轉子軛磁密1633T2JJ10空氣隙磁密T04908TBAFS142067311從文獻1附錄五的D23磁化曲線上找出對應上述的磁密的磁場強度14558A/CM；15184A/CM；14263A/CM；47712A/CM1THT2H1JHJ2H12齒部磁路計算長度2183MM1213TLHR80633572MM22T1613軛部磁路計算長度18050MM21PHDLJ1J038267898MMJI2J2645114有效氣隙長度112690680766MMEFK其中氣隙系數110881012475TB230946807510163202TK2614087501108810163112691215齒部磁壓降1455831781A11TTFHL230181518454238A22TT57016計算軛部磁壓降，其中軛部磁壓降校正系數見文獻1圖附13A。0128，1431T，于是0500J1H30825691JB1JC050014263128720A11JJJFCHL2308500112，1633T，于是0500J2H43569J2J2050047712161972A22JJJFCHL231067891017空氣隙磁壓降299253A0KB619084318飽和系數128112TTSF9531785423與初設值127相比較，誤差0141，合格。SK19總磁壓降299253317815423812872016197201212TTJJFF672404A20滿載磁化電流8465A019MDPINK6740935821滿載磁化電流標幺值03002MKWI22勵磁電抗標幺值1MXI37033參數計算1線圈平均半匝長定子線圈節距MM250Y直線部分長度MM12530BTLD其中是線圈直線部分伸出鐵心的長度，取15MM。1D平均半匝長520MM306CBCYLK式中是經驗系數，2極取116。2單層線圈端部平均長320MM115620ECYLDK3漏抗系數2014DPEFNXFKLPCMU00708623350584016851034定子槽比漏磁導因為是單層繞組，整距，節距漏抗系數10ULK10071811008421560111SULK其中071810112HB09285由，查得08422186R120736BR1L5定子槽漏抗0263412TSSXDPEFMLXCZK231056936XCX6定子諧波漏抗取00025S0176012XEFDPSMXCK2235619078XCX7定子端部漏抗054291210674EEYXEFDPLL206306425219XXC8定子漏抗標幺值09823007011SEXX06347054XCX9轉子槽比漏磁導1269303693022SUL其中102HB1由500，查得2R3126103BR267L269301220LLHB1627010轉子槽漏抗標么值07856122TSSXEFMPLXCZ31269308XCX11轉子諧波漏抗標幺值取000308R0212512XEFSMXCK2356190387XCX12轉子繞組端部漏抗標幺值019662E0750514623RXXEFDLPX13轉子斜槽漏抗00655205SKSKBXT21095156XCX14轉子漏抗標幺值22SESKX12602009040785610965XCX15總漏抗00700090401604216定子繞組直流電阻0048411YCYTNLRAA6322601705188001404112CTL632261141其中6027MA則定子直流電阻為00952111480433YR17定子繞組相電阻標幺值0012241KWNIRU09528118有效材料感應電動機的有效材料是指定子繞組導電材料和定轉子鐵心導磁材料，電機的成本主要由有效材料的用量決定。定子導線重量11WYCSYCTYGCLNZA22363616815805200912122288KG11WCSCTGCLNZA223636168138052740912121925KG其中，C是考慮導線絕緣和引線重量的系數，漆包圓銅線C105；38910/KGM是銅的密度。122288121925244214KGWYWG硅鋼片重量21FETFEKLD1040735KG2330950657810其中5M是沖剪余量；是硅鋼片密度。31FE3781/KGM19轉子電阻取104，BK6041A導條電阻折算值為262116404310423584BDPKLMNRAZ00639端環電阻折算值263221640431021845RDZMNKDPA00698導條電阻標幺值00082206392815KWBNIRU端環電阻標幺值000898KRI轉子電阻標幺值000822000898001722BR34工作性能計算1滿載時定子電流有功分量標幺值1PI10845922滿載時轉子電流無功分量標幺值2211XPPIXII019872058904106589104其中系數102111732MX3滿載時定子電流無功分量標幺值030001987049871QMXII4滿載電勢標幺值11ELPQKIRX095180845204987與初設值比較，誤差05，合格09231功率因數090841COSPI08459332額定轉差率12ANFERSFWSP1970987501283式中FERP312464105185JRFETRNP00082733額定轉速601NNFNSP6051097241/MINR34最大轉矩倍數2831321NMSTRX22109724160435起動性能計算1起動電流假定值25STI3MKWTI2983125348A2起動時定轉子槽磁勢平均值2111007SSTTUDPNZFIKA374585A23632489197843孔氣隙中漏磁場的虛擬磁密3400T02STLCFB610374589其中修正系數10179120680645139CT4起動時漏抗飽和系數由文獻1圖1018查出ZK0595，10405ZZ5齒頂漏磁飽和引起的定子齒頂寬度的減小MM101SZCTBK3092540296齒頂漏磁飽和引起的轉子齒頂寬度的減小MM202SZT616357起動時定子槽比漏磁導1111STUULKK07841082570其中040401110585SUHCBB9592420158起動時定子槽漏抗11STSTSX57026340195XXC9起動時定子諧波漏抗059511STZK07XX10起動時定子漏抗08536005961111STSTSTEXX9540135429XCX11考慮集膚效應的轉子導條相對高度329870BSBFH2557433650116141其中，為導條電阻率。04BM12集膚效應引起的轉子電阻增加系數和電抗減小系數從文獻1圖423查出FKXK2498，0597FKX13起動時轉子槽比漏磁導的減小084370202SUHCB16350于是起動時轉子槽比漏磁導17638222STUXLK184375926314起動時轉子槽漏抗22STSTSX76309XXC15起動時轉子諧波漏抗22651239STZXXK16起動時轉子斜槽漏抗SKTZSKX004XXC17起動時轉子漏抗2222STSTSTSKTEXXX005260375190419607539XXC18起動時總漏抗00596005260112212STSTSTXX19起動時轉子總電阻00295249802089FBRSTRK20起動時總電阻0012240029500417512STST21起動時總阻抗011972STSTSTZRX220417522起動電流235287AKWSTTI850197誤差3233165起動電流倍數7，滿足要求1STTII587936223起動轉矩倍數20202STSTNRTSZ20951074計算機輔助設計說明在設計過程中，利用計算機作為工具，幫助工程師進行設計的一切實用技術的總和稱為計算機輔助設計。計算機輔助設計包括的內容很多，如概念設計、優化設計、有限元分析、計算機仿真、計算機輔助繪圖、計算機輔助設計過程管理等。在工程設計中，一般包括兩種內容帶有創造性的設計（方案的構思、工作原理的擬定等）和非創造性的工作，如繪圖、設計計算等。創造性的設計需要發揮人的創造性思維能力，創造出以前不存在的設計方案，這項工作一般應由人來完成。非創造性的工作是一些繁瑣重復性的計算分析和信息檢索，完全可以借助計算機來完成。一個好的計算機輔助設計系統既能充分發揮人的創造性作用，又能充分利用計算機的高速分析計算能力，即要找到人和計算機的最佳結合點。41計算機輔助設計的發展計算機輔助設計作為一門學科始于60年代初，一直到70年代，由于受到計算機技術的限制，計算機輔助設計技術的發展很緩慢。進入80年代以來，計算機技術突飛猛進，特別是微機和工作站的發展和普及，再加上功能強大的外圍設備，如大型圖形顯示器、繪圖儀、激光打印機的問世，極大地推動了計算機輔助設計技術的發展，計算機輔助設計技術已進入實用化階段，廣泛服務于機械、電子、宇航、建筑、紡織等產品的總體設計、造型設計、結構設計、工藝過程設計等環節。早期的計算機輔助設計技術只能進行一些分析、計算和文件編寫工作，后來發展到計算機輔助繪圖和設計結果模擬，目前的計算機輔助設計技術正朝著人工智能和知識工程方向發展。另外，設計和制造一體化技術即CAD/CAM技術以及計算機輔助設計作為一個主要單元技術的CIMS技術都是計算機輔助設計技術發展的重要方向。在工業化國家如美國、日本和歐洲，計算機輔助設計已廣泛應用于設計與制造的各個領域如飛機、汽車、機械、模具、建筑、集成電路中，基本實現100的計算機繪圖。計算機輔助設計系統的銷售額每年以3040的速度遞增，各種計算機輔助設計軟件的功能越來越完善，越來越強大。國內于70年代末開始計算機輔助設計技術的大力推廣應用工作，已經取得可喜的成績，計算機輔助設計技術在我國的應用方興未艾。42計算機輔助設計在電機設計中的應用在電機設計中應用電子計算機是從50年代開始的，至今仍在進行廣泛的研究和探索。利用計算機進行電機設計的程序可以分成“設計分析”、“設計綜合”、和“設計優化”三種類型。“設計分析”程序是按設計人員事先估計好的若干設計參量，依一定程序步驟來計算產品的性能，相當于通常的設計核算。計算機僅用來對設計方案進行設計分析，而對計算結果的評價以及設計方案的調整仍需由設計者決定。“設計綜合”程序是根據已知的性能要求，決定電機各設計參量的程序。它可在規定的產品性能和技術條件下，自動選擇適當的技術參數和結構尺寸，從而得出可行的設計方案。“設計綜合”程序實質上就是自動修改并重復分析設計，最終得到適合給定要求的設計方案的程序。因此在設計綜合程序中，大大縮短了設計時間。但要得到一個較典型的、通用性較強的設計綜合程序并不是輕而易舉的，因此從60年代就已開始發展的這類程序，至今仍在不斷完善之中。“設計優化”程序是對設計問題提出明確的數學模型，然后依據現代數學的尋優理論并采用優化方法，自動得到較優或最優方案的程序。這是近10年才開始在實際問題中應用且仍在進行多方面探索的一種程序。應用電子計算機設計電機大致可分為以下幾個步驟選定目標、數學描述、數值處理、編織程序、整理輸入數據、檢驗程序和輸出結果分析。對優化設計程序，首要的是明確優化目標，其次是選定優化方案。對于綜合設計程序則必須確定以哪些參數作為主要變量，其變化范圍以及性能的合格標準和容差。無論是哪一種類型的設計程序，計算過程中都不可避免的要出現按試湊法進行迭代運算的情況，如中小型感應電動機電磁設計中的滿載電勢系數、磁路飽和系數、效率等。為了使一個多重循環的程序更為合適、簡練，在編制程序時不僅需要慎重考慮設計的邏輯性，而且應比較準確地確定迭代初值、迭代方法以及迭代的收斂條件。43設計一般過程431圖表的處理由手算轉變到機算的最突出問題就是曲線和圖表的處理。在工程設計中經常要根據曲線或圖表查定某一設計參量的數值。手算時這一問題可以很方便的用尋找坐標的辦法來實現，但目前在計算機上尚無法直接按這樣的步驟去工作。所以必須對曲線或圖表進行必要的處理，使其邏輯能為機器所接受。A插值法。對于函數關系曲線，在使用計算機時不可能將無限多組的對應數據都存儲于計算機內，因此只能將曲線“離散化”，輸入有限個對應數據，它們分別和曲線上有限個離散點相對應，相鄰離散點間的數據依人為選定的函數關系來表示，這就是插值法的實質。利用插值法可以將曲線轉化為一組對應的離散化的點，再將其作為一個二維數組輸入到計算機中。這樣在計算機中讀數時，就可以利用循環語句查找所要值的范圍，在利用一個插值公式得到所求的值。這種方法對所有的曲線都可以應用，因此是一種通用的方法。B公式法。在電機設計所用的曲線中，有的曲線或圖表是可以用某個公式來表示的。這樣，在將曲線輸入計算機中時，可以用公式代替曲線，即將曲線公式化。這樣不僅可以使設計程序簡單化，而且可以得到較準確的數值，提高計算精度。但這種方法適用性不如插值法廣泛，且有時尋找曲線的公式比較費力、不易找到。432循環量的迭代在電機設計中，有些量是需要按試湊法進行迭代運算的。這樣一來就不可避免的要用到初設值和迭代公式，例如電機的效率、起動電流、滿載電勢標幺值、飽和系數。下面就列出在設計中以上值采用的初值和迭代公式。效率初值為092，允許誤差絕對值為0005，迭代公式為；00/5起動電流初值為23238，允許誤差絕對值為003，迭代公式為；00/8STTSTTII滿載電勢標幺值初值為0952，允許誤差絕對值為0005，迭代公式為；00/EEKK飽和系數初值為127，允許誤差絕對值為001，迭代公式為；00/3SSS44C語言簡介C語言是目前世界上最流行、使用最廣泛的高級程序設計語言。它具有繪圖能力強，可移植性的優點，并具備很強的數據處理能力，因此適于編寫系統軟件。441C語言的發展C語言是一種高效的編譯型結構化程序設計語言。它最早由貝爾實驗室的DENNISRITCHIE在B語言的基礎上開發出來，并于1972年在一臺DECPDP11計算機上首次實現。C語言是作為UNIX操作系統的開發語言開始為人們所接受的，現代的系統級軟件基本上都是用匯編語言和C語言編寫的。C語言通常稱為中級計算機語言。C語言之所以被稱為中級語言，是因為它把高級語言的成分同匯編語言的功能結合起來了。在過去20年里，C語言已經能夠應用于絕大多數類型的計算機上了，同時C語言的發展也導致不同的C語言版本的出現。這些不同版本的C語言通常是不兼容的。為了明確定義一種與機器無關的C語言，改變這種情況，美國國家標準研究所ANSI為C語言制定了一套ANSI標準，成為現行的C語言標準。442C語言的特點C語言具有以下優良的特點使得它得以風靡全球A由于C語言的嚴謹設計，使得用C語言編寫的程序具有很好的可移植性，一般認為C語言與硬件無關。B語言簡潔、緊湊，使用方便、靈活。與其他語言相比，用C語言編寫的代碼更為簡練，程序的書寫更為自由。CC語言有極為豐富的數據類型和運算符，可以實現在其它高級語言中難以實現的運算，且計算功能、邏輯判斷功能強大。C語言提供指針，可以直接訪問內存，能進行位操作，從而使其能夠勝任開發操作系統的工作。DC是結構式語言。結構式語言的顯著特點是代碼及數據的分隔化，即程序的各個部分除了必要的信息交流外彼此獨立。這種結構化方式可使程序層次清晰，便于使用、維護以及調試。C語言是以函數形式提供給用戶的，這些函數可方便的調用，并具有多種循環、條件語句控制程序流向，從而使程序完全結構化。EC語言語法限制不太嚴格，程序設計自由度大。一般的高級語言語法檢查比較嚴，能夠檢查出幾乎所有的語法錯誤，而C語言允許程序編寫者有較大的自由度。FC語言生成的目標代碼質量高，程序執行效率高。由于C語言有以上優點，所以用C語言編寫電機設計程序簡單方便，易于操作、調試。45符號對照表電機設計程序中符號對照表見表451。表451符號對照表名稱符號程序代碼名稱符號程序代碼輸出功率NPPN外施電壓NUUN功電流KWIIKW頻率FFN電機相數MM極對數PP定子槽數1ZZ1轉子槽數2ZZ2每極每相槽數QQ1定子每極槽數1PZP1轉子每極槽數2PZP2外施相電壓NUUN1定子外徑1DD1定子內徑1IDDI1氣隙長度C轉子外徑2D2轉子內徑2IDI2導條截面積BAAB01BB0102BB02B111B1201HH0102HH02H111H1221H212H22RR21RR22定子槽形1TBBT1轉子槽形2TBBT2定子軛部計算高度JHHJ11轉子軛部計算高度JHHJ21極距T定子齒距1TT1名稱符號程序代碼名稱符號程序代碼轉子齒距2TT2斜槽寬SKBBSK接每槽導體數1SNANS12每相串聯導體數Y1YNN11并聯之路數AA1Y接每槽導體數SNS11每相串聯導體數1N12鐵心長度TLLT鐵心有效長度EFLLEF槽楔高度HH槽面積SAAS槽絕緣面積IAAIY接槽滿率FYSSF1接槽滿率FSSF2槽距角A每極每相槽數YYQQ11每極每相槽數QQ12分布系數Y1DKKD11分布系數1DKKD12短距系數YPYKP11短距系數PKP12繞組系數Y1DKDP11繞組系數1DKDP12滿載電勢標幺值EKKE1飽和系數SKKS1磁場波形系數NMKNM定子滿載相電勢1EE1每極磁通Q極弧系數PAP定子每極齒部截面積1TAAT1轉子每極齒部截面積2TAAT2鐵心疊壓系數FEKKFE定子軛部截面積1JAJ1轉子軛部截面積2JAJ2空氣隙面積AC波幅系數SFS定子齒磁密1TBBT1轉子齒磁密2TBBT2定子軛磁密JBJ1轉子軛磁密JBJ2名稱符號程序代碼名稱符號程序代碼空氣隙磁密BBC定子齒部磁場強度1THHT1轉子齒部磁場強度2THHT2定子軛部磁場強度JHJ1轉子軛部磁場強度JHJ2定子齒部磁路計算長度1TLLT1轉子齒部磁路計算長度2TLLT2定子軛部磁路計算長度JLJ11轉子軛部磁路計算長度JLJ21定子氣隙系數1KKC1轉子氣隙系數2KKC2有效氣隙長度EFCEF定子齒部磁壓降1TFFT1轉子齒部磁壓降2TFFT2定子軛部磁壓降JFJ1轉子軛部磁壓降JFJ2定子軛部磁壓降校正系數1JCCJ1轉子軛部磁壓降校正系數2JCCJ2空氣隙磁壓降FFC總磁壓降0FF0滿載磁化電流MIIM滿載磁化電流標幺值MIIMY勵磁電抗標幺值XXMY線圈平均半匝長CLLC單層線圈端部平均長ELLE漏抗系數XCCX定子槽比漏磁導1SJS1定子槽漏抗1SXXS1Y定子諧波漏抗XXC1Y諧波比漏磁導系數S1定子端部漏抗1EXE1Y定子漏抗1X11Y轉子槽比漏磁導2SJS2轉子槽漏抗2SXXS2Y轉子諧波漏抗XXC2Y轉子諧波比漏磁導系數RR轉子端部漏抗2EXE2Y轉子斜槽漏抗SKXSKY轉子漏抗X12Y總漏抗XX1Y名稱符號程序代碼名稱符號程序代碼端環半徑RDDR效率G功率因數COSCOS端環電流RIIR1端環面積RAAR端環電密JJR導條電密BJJBY接定子電阻1YR11接定子電阻1R12定子直流電阻RR1定子相電阻標幺值RR1Y導線密度P1Y接定子導線重量WYGGW1接定子導線重量WGGW2定子導線重量WGGW沖剪余量C1硅鋼片重量FEGFE電阻率PD導條電阻折算值BRRB1端環電阻折算值RRR1導條電阻標幺值RBY端環電阻標幺值RRY轉子電阻標幺值2R2Y滿載時定子電流有功分量標幺值1PII1PY滿載時轉子電流無功分量標幺值XIIXY滿載時定子電流無功分量標幺值QI1QY空載電勢標幺值0EKKE0空載定子齒磁密10TBBT10空載轉子齒磁密2TBBT20空載定子軛磁密JBJ10空載轉子軛磁密0JBJ20空載氣隙磁密0BC0空載定子齒磁壓降1TFFT10空載轉子齒磁壓降2TFFT20空載定子軛磁壓降0JFJ10空載轉子軛磁壓降0JFJ20空載氣隙磁壓降FC0空載總磁壓降F00空載定子齒部磁場強度10THHT10空載轉子齒部磁場強度20THHT20名稱符號程序代碼名稱符號程序代碼空載定子軛部磁場強度10JHJ10空載轉子軛部磁場強度20JHJ20空載定子軛部磁壓降校正系數JCCJ10空載轉子軛部磁壓降校正系數JCCJ20空載磁化電流0MIIM0定子電流標幺值1II1Y定子電流實際值1I1Y接定子電流密度YJJ11接定子電流密度JJ12線負荷1AA1轉子電流標幺值2II2Y轉子電流實際值2II2端環電流實際值RIR定子電氣損耗標幺值1CUPPCU1Y定子電氣損耗實際值1CUPPCU1轉子電氣損耗標幺值2ALPAL2Y轉子電氣損耗實際值2ALPPAL2附加損耗標幺值SPPSY附加損耗實際值SPS機械損耗標幺值FWPFWY機械損耗實際值FWPFW定子齒重量TGGT定子軛重量JGGJ定子損耗系數HETPPHET轉子損耗系數HEJPPHEJ定子齒損耗FTPFET定子軛損耗FJPFEJ定子鐵耗EPFE定子鐵耗標幺值EPPFEY總損耗標幺值PPY輸入功率1NPPN1Y轉差率NSSN轉速NNN最大轉矩MTTMY起動電流假定值STIIST1起動時定轉子槽磁勢平均值STFFST空氣隙中漏磁場的虛擬磁勢LBBL定子齒頂寬度的減少1SCCS1轉子齒頂寬度的減少2SCCS2起動時定子槽比漏磁導STJU11名稱符號程序代碼名稱符號程序代碼起動時定子槽漏抗1STXXS1TY起動時定子諧波漏抗1STXXC1TY起動時定子漏抗1STX1STY轉子導條相對高度SS轉子電阻增加系數FKKF轉子電抗減少系數XKKX起動時轉子槽比漏磁導2STJS2T起動時轉子槽漏抗2STXXS2TY起動時轉子諧波漏抗2STXXC2TY起動時轉子斜槽漏抗SKTXSKTY起動時轉子漏抗2STX2STY起動時總漏抗STXXSTY起動時轉子總電阻2STRR2STY起動時總電阻STRRSTY起動時總阻抗STZZSTY起動電流STIIST起動電流倍數STIIST起動轉矩倍數STTTSTY46程序流程圖程序流程圖如圖46所示常用數據計算，假定初值總磁通量計算氣隙及齒磁路計算飽和系數計算值與假定值比是否小于允許差值否總磁化電流計算漏抗計算是有功無功電流計算損耗計算電勢系數計算值與假定值比是否小于允許差值運行性能計算效率計算值與假定值比較是否小于允許差值是否輸入數據起動性能計算常用數據起動電流假定初值起動性能計算起動電流計算值與假定值比是否小于允許差值輸出各項性能結束否是5方案比較及選優51方案一額定數據額定功率185KW額定電壓380VNPNU額定頻率50HZ定子相數M3F定子尺寸MMMMMMMM1260D150I0125B18BMMMMMMMM9H82H8H260R轉子尺寸MMMMMMMM2486I021MMMMMMMM0112323R鐵心長度MM氣隙長度MM端環面積TL740