电动机毕业设计

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，电

气化与自动化水平不断提高，国民经济各部门对异步电动机的需求量日益增加，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，对异

步电动机品种，必须适时实地做出更新与发展，以适应各个新兴工业领域不同

的特殊要求，特别是对需求量最大的中小型异步电动机，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。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

不断提高，噪声低，重量轻，电机外形美观，绝缘等级采用F级和H级，而且

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80年代初期国际水平，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

1）发展派生、专用系列电机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。

2）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

应国家节能政策、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。

3) 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，国家政策的鼓励、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。

目录

摘要 ..........................................................

前言......................................................

第1章概述.......................................................

1.1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.........................................

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 (3)

1.3.2异步电动机用途...............................

1.4三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 (5)

1.4.2三相异步电动机的工作特性 (6)

1.5三相异步电动机的调速..................................

1.5.1变极调速

1.5.2变频调速

1.5.3转子回路串电阻调速

第2章电动机的运行维护

2.1电动机启动前的准备

2.2 起动时注意的问题

第3章主要尺寸、气隙长度的选取及绕组型式的选择

3.1气隙长度的选取及确定

3.2铁心尺寸

3.3定子绕组形式和节距的选择

致谢

参考文献

Y802-4 0.75 kW三相鼠笼式异步电动机设计

摘要

本文介绍了Y系列三相鼠笼异步电动机的设计方法,文章首先从异步电机的基本理论及工作特性着手，简单介绍了异步电机的发展近况、基本特性、类型、结构、用途、技术指标、工作原理及运行特性等，为电机设计的做好必要的理

论准备。电机设计是个复杂的过程，因此需要考虑的因素、确定的尺寸和数据

很多。同时本文也详细阐述了三相鼠笼异步电动机的设计改进调整方案，以及

计算机辅助工具的应用，这给电机设计和优化带来了新的契机。

关键词 :三相异步电动机；设计；电磁路参数；工作性能；优化方案

前言

现在社会中，电能是使用最广泛的一种能源，在电能的生产、输送和使用

等方面，作为动力设备的电机是不可缺少的一部分。中小型电机行业是机械工

业的重要组成部分，在国民经济中起着举足轻重的作用。发电机主要用于移动

电源、风力发电、小型发电设备中；三相异步电动机在生产和交通运输中得到

广泛使用，例如，在工业方面，它被广泛用于拖动各种机床。水泵、压缩机、

搅拌机、起重机械等。在农业方面，他被广泛用于拖动排灌机械、脱粒机及各

种农产品的加工机械。在家用电器和医疗器械和国防设施中，异步电动机也应

用十分广泛，作为拖动各种机械的动力设备。随着科学技术的不断创新和工农

业的迅猛发展，电气化与自动化水平不断提高，国民经济各部门对异步三相异

步电动机的需求量日益增加，对其性能，质量，技术经济指标也相应地提出了

越来越高的要求。因此，对三相异步电动机性能提出了许多新的更新的要求，

必须适时实地做出更新与发展，以适应各个新兴工业领域不同的特殊要求，特

别是对需求量最大的中小型三相异步电动机，在保证其质量运行，寿命长和能

满足使用要求的同时，进一步节约铜、铁等材料，提高效率和功率因数，以提

高其经济技术指标与降低耗电。三相异步电动机已有近20年多年的研制开发、设计和生产史。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。

第一章概述

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。

解放五十多年来，国内的电机制造业通过广大工程技术人员的不懈努力，在非常落后的基础上逐步建立起较为完整的电机制造工业体系，无论是在发展品种、提高产品质量方面，还是在数量方面，都取得了世人瞩目的成绩，为工业的发展和人民生活水平的提高做出了巨大的贡献。我国已能独立自主地生产各种中小型电机，国内产品已经发展到100 多个系列，500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：根据电动机按转子的结构不同，可分为笼型感应电

动机和绕线转子感应电动机。

4)按用途分类：可分为驱动用电动机和控制用电动机。我国目前生产的三相异步电动机月100个系列额，500多个品种，500多个规格。按电机尺寸分成大、中、小型。

大型：中心高H > 0.63m,定子铁心外径iD> 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iD =（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iD =（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iD =（0.12——0.445）m，共11个机座，功率范围为（0.55——90）KW，电压380V。

1.3三相异步电动机的结构和用途

1.3.1异步电动机结构

（1）固定部分有定子绕组、定子铁心、机壳、端盖、风罩。定子绕组是电动机的电路部分，通入三相交流电产生旋转磁场的绕组。由三个在空间互隔120°电角度、队称排列的结构完全相同绕组连接而成，这些绕组的各个线圈按一定规律分别嵌放在定子各槽内。定子铁心是电机磁路的一部分，并在其上放置定子绕组。通常是用轧成厚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DR510-50DR280-35。转子鼠笼起转子绕组的作用转子的导条均由鼠笼的端环所短路，形成一个多相的电路（如图2）。鼠笼的材料一般采用高纯铝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、全电流定律、电路定律和电磁

力定律等基础上的，当磁极沿顺时针方向旋转，磁极的磁力线切割转子导条，

导条中就感应出电动势。电动势的方向由右手定则来确定。因为运动是相对的，假如磁极不动，转子导条沿逆时针方向旋转，则导条中同样也能感应出电动势来。在电动势的作用下，闭合的导条中就产生电流。该电流与旋转磁极的磁场

相互作用，而使转子导条受到电磁力F，电磁力的方向可用左手定则确定。由

电磁力进而产生电磁转矩，转子就转动起来。异步电动机的工作原理用箭头式

子可以简单的表示如下：

定子绕组通入三相交流电流→产生旋转磁场→切割转子绕组→转子绕组→

产生感应电势→转子中产生感应电流→转子电流与磁场作用→产生电磁转矩→

运行。

1.4.2三相异步电动机的工作特性

异步电动机的工作特性是指在额定电压及额定频率下，电动机的主要物理

量转差率，转矩电流，效率，功率因数等随输出功率变化的关系曲线。

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=;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)倍额定

效率处。

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。

1.5三相异步电动机的调速

异步电动机的调速主要有三种方法

1.5.1变极调速

，异步电动机正常运行时，转子转速n略低于，所以，一旦p 改变，改变，n也随着改变。

1）Y→YY 变极调速属于恒转矩调速方式

2）Δ→YY变极调速属于恒功率调速方式

1.5.2变频调速

异步电动机的转速：n=(1-s)。当转差率S变化不大时，n近似正比于

频率，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

1.5.3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：=，

电磁转矩为：，保持不变，即属于恒转矩调速。

第二章电动机的运行维护

2.1电动机启动前的准备

为了保证电动机正常安全地启动，一般启动前应作好下述准备：

（1）检查电源是否有电，电压是否正常，若电源电压过高或过低，都不宜

启动。

（2）启动器是否正常，如零部件有无损坏，使用是否灵活，触头接触是否

良好，接线是否正确、牢固等。

（3）熔丝规格大小是否合适，安装是否牢固，有无熔断或损伤。

（4）电动机接线板上接头有无松动或氧化。

（5）检查传动装置，如皮带轻紧是否合适，连接是否牢固，联轴器的螺丝、销子是否紧固等。

（6）传动电动机转子和负载机械的转轴，看其转动是否灵活。

（7）检查电动机及启动电器外壳是否接地，接地线有无断路，接地螺丝是

否松动、脱落等。

（8）搬开电动机周围的杂物并清除机座表面灰尘、油垢等。

（9）检查负载机械是否妥善地作好了启动准备。

（10）对正常运行中的绕线式电动机，应经常观察电动机滑环有无偏心摆动现象；观察滑环的火花是否发生异常现象。滑环上碳刷是否要更换。

2.2 起动时注意的问题

（1）接通电源后，如果电动机不转，应立即切断电源，绝不能迟疑等待，

更不能带电检查电动机发故障，否则将会烧毁电动机和发生危险。

（2）启动时应注意观察电动机、传动装置、负载机械的工作情况，以及线路上的电流表和电压表的指示，若有异常现象，应立即断电检查，待故障排除后，载行启动。

（3）利用手动补偿器或手动星三角启动器启动电动机时，特别要注意操作顺序。一定要先将手柄推到启动位置，待电动机转速稳定后再拉到运转位置，

防止误操作造成设备和人身事故。

（4）同一线路上的电动机不应同时启动，一般应由大到小逐台启动以免多太电动机同时启动，线路上电流太大。电压降低过多，造成电动机启动困难引

起线路故障或使开关设备跳闸。

（5）启动时，若电动机的旋转方向反了，应立即切断电源，将三相电源线中的任意两相互换一下位置，即可改变电动机转向。

第三章主要尺寸、气隙长度的选取及绕组型式的选择

3.1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限制，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。

3.2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（IC0104）产品的相同时，若维持相同的输出功率，应选比后者高2——3个功率等级的电机铁心尺寸。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。若维持功率不变，可

据此近似地推算出铁心尺寸。

3.3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同一槽内的导线都属于同一相，在槽内不会发生相间击穿。

3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；

参考文献