三相异步电机matlab电磁设计、温度场分析与ansoft磁场仿真学习资料

高温异步电机设计与性能分析
High Temperature Induction Motor Design and Performance
Analysis
学院：电气工程学院
专业班级：
学号：
学生姓名：
指导教师：（教授）
2012年 6 月
摘要
Abstract
目录
摘要 (I)
Abstract ............................................................................................................................ I I 目录 (I)
第1章绪论 (1)
1.1 引言 (1)
1.2 课题背景及意义 (1)
1.2.1课题研究背景、目的及意义 (1)
1.2.2课题国内外研究现状及趋势 (4)
第2章三相单鼠笼异步电动机电磁计算 (6)
2.1 额定数据及主要尺寸 (6)
2.1.1参数的选择 (6)
2.1.2电机的主要尺寸 (7)
2.1.3定子绕组的计算 (9)
2.1.4定子槽型的计算 (10)
2.1.5转子绕组的计算 (11)
2.2 磁路计算 (13)
2.3 参数计算 (18)
2.3.1线圈长度计算 (18)
2.3.2电机定子绕组漏抗计算 (19)
2.3.3电机转子绕组漏抗的计算 (21)
2.3.4有效材料的计算 (22)
2.3.5空载特性 (24)
2.4 工作性能计算 (26)
2.4.1电负荷计算 (26)
2.4.2电机损耗计算 (27)
2.4.3主要性能计算确定 (29)
2.5 起动性能计算 (30)
2.5.1起动时定子参数 (30)
2.5.2起动时转子参数 (31)
2.5.3起动参数的确定 (33)
2.6 MATLAB语言结构 (34)
第3章异步电机通过matlab的温度场分析 (35)
3.1 matlab在电机设计和仿真中的应用 (35)
3.2温度对异步电机的性能影响 (36)
3.2.1. 温升 (36)
3.2.2 发热 (37)
3.2.3 环境温度对电动机的影响 (38)
3.3 异步电动机温度场特性仿真结果 (38)
第4章异步电机的ansoft仿真 (40)
4.1. ansoft maxwell的介绍 (40)
4.1.1 三维静电场分析(3D Electrostatic Field) (40)
4.1.2 三维直流磁场分析(3D DC Magnetic) (40)
4.1.3 涡流场分析(Eddy Current Field) (40)
4.1.4 瞬态场(Transient Field） (40)
4.2 Maxwell 仿真一般步骤 (40)
4.3 Maxwell的仿真结果与分析 (41)
4.3.1建立电机模型 (41)
4.3.2 Rmxprt导入至Maxwenll 2D有限元模块 (42)
4.4本章小结 (43)
第5章结论 (44)
参考文献 (45)
致谢 (48)
附录 (49)
5.1 附录1 (49)
5.2 附录2 (61)
第1章绪论
1.1 引言
随着四个现代化的发展，工业生产的自动化程度提高，还需要大量各种各样具有高性能的控制电机作为自动化系统的控制元件或执行元件。

在生活各个行业中，电机的应用也越来越广泛。

电机是各个行业生产过程及日常生活中普遍使用的基础设备，它是进行电能量和机械能量转换的主要器件。

它在现代工业、现代农业、现代国防、交通运输、科学技术、信息传输和日常生活中都得到最广泛的应用。

随着电机设计的日益成熟，以及冷却方式、材料和制造工艺的改进，作为电力生产和使用的主要设备，起单机容量呈现增大的趋势。

随着单机容量的增大，电机对人们的日常生活、社会经济活动的影响作用日益增大，人们对电机的安全、可靠和经济运行提出了越来越高的要求。

对电机运行行为的研究已逐步成为电机学科领域里的重要课题。

随着电气化和自动化程度的不断提高，异步电动机将占有越来越重要的地位。

而随着电力电子技术的不断发展，由异步电动机构成的电力拖动系统也将得到越来越广泛的应用。

异步电动机与其它类型电机相比，之所以能得到广泛的应用是因为它具有结构简单、制造容易、运行可靠、效率较高、成本较低和坚固耐用等优点。

众所周知，电机单机容量的增加，主要是通过大幅度提高电机电磁负荷和改善冷却条件来实现的。

随着现代计算机技术的迅猛发展和新型计算机技术的不断涌现，应用现代电磁场数值计算方法解决电机运行中存在的一系列重要理论和技术难题已成为可能。

现代电磁场数值技术的出现已有30多年的历史，现已逐步发展成为一个独立的学科分支。

该学科分支之所以能够迅速发展，主要基于以下两个重要事实：一方面是电磁场数值计算能从定量角度解决经典电磁学所无法解决的电机内部复杂电磁场计算问题，在对实际问题的计算上可以得到相当高精度的解，能为提高和改善电机运行性能提供重要的理论参考依据，从而满足实际工程应用的需要；另一方面，随着计算机技术迅速发展、应用与普及，应用现代物理场数值计算方法可以仿真电机的性能，缩短研制周期，减少试制成本。

1.2 课题背景及意义
1.2.1课题研究背景、目的及意义
异步电动机(asynchronous motor) 又称感应电动机，是由气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩，从而实现机电能量转换为机械能量的一种
交流电动机。

异步电动机按照转子结构分为两种形式:有鼠笼式、绕线式异步电动机。

因其转子绕组电流是感应产生的，又称感应电动机。

异步电动机是各类电动机中应用最广、需要量最大的一种。

在中国，异步电动机的用电量约占总负荷的60%多[1]。

异步电动机的转子绕组不需与其他电源相连，其定子电流直接取自交流电力系统；与其他电机相比，异步电动机的结构简单，制造、使用、维护方便，运行可靠性高，重量轻，成本低。

以三相异步电动机为例，与同功率、同转速的直流电动机相比，前者重量只及后者的二分之一，成本仅为三分之一。

异步电动机还容易按不同环境条件的要求，派生出各种系列产品。

它还具有接近恒速的负载特性，能满足大多数工农业生产机械拖动的要求。

其局限性是，它的转速与其旋转磁场的同步转速有固定的转差率（见异步电机），因而调速性能较差，在要求有较宽广的平滑调速范围的使用场合（如传动轧机、卷扬机、大型机床等），不如直流电动机经济、方便。

此外,异步电动机运行时,从电力系统吸取无功功率以励磁，这会导致电力系统的功率因数变坏。

因此，在大功率、低转速场合（如拖动球磨机、压缩机等）不如用同步电动机合理[2]。

异步电动机的种类很多，从不同的角度有不同的分类法。

按定子相数分有单相异步电动机、三相异步电动机；按转子绕组形式，一般可分为绕线式和鼠笼式两种类型。

鼠笼式异步电动机中，又有单鼠笼、双鼠笼和深槽式之分；按电机尺寸或功率，分为大型、中型、小型和小功率电机；按电机的防护形式分为开启式、防护式、封闭式[3]。

异步电机主要用作电动机，其功率范围从几瓦到上万千瓦，是国民经济各行业和人们日常生活中应用最广泛的电动机，为多种机械设备和家用电器提供动力。

例如机床、中小型轧钢设备、风机、水泵、轻工机械、冶金和矿山机械等，大都采用三相异步电动机拖动；电风扇、洗衣机、电冰箱、空调器等家用电器中则广泛使用单相异步电动机。

异步电机也可作为发电机，用于风力发电厂和小型水电站等。

1985年我国大部分地区迅速推广了全封闭自冷式鼠笼型三相异步电动机y 系列及其派生系列产品，其功率范围为0.55~250Kw，机座中心高为80~315mm。

通过引进消化美国西屋公司和瑞士BBC公司的技术，自行研发的Y系列6kv、220~2800Kw中型高压三相异步电动机，采用新颖的箱式结构，是目前国内中型高压电机的主导产品，以后又随着我国电网电压由6Kv升高到10Kv，又研发了10Kv 系列中小型高压异步电动机。

1996年以电科所为首组织有关厂家完成了Y2系列的开发，功率范围为0.12~315Kw，机座中心高为63~355mm。

该系列产品显著降低了空载噪声，有效抑制了负载噪声。

2003年电科所组织有关厂家又完整地建立了全系列采用冷轧硅钢片的Y3系列，其能耗达到国标GB18163－2002中能耗限
定值的规定，同时也达到欧洲eff2效率标准，并且主要性能指标达到国际同类产品的先进水平[4]。

1992年美国能源部发布了新的能源法规，提出了高效率三相异步电动机的效率标准，并规定从1997年10月24日开始，凡制造和进口一般用途电动机效率必须符合这一标准。

以后又更进一步提出超高效率电机。

1999年欧洲电机和电力电子制造商协会制定了eff1、eff2、eff3三个等级的效率标准，并决定到2003年削减50％低于eff3标准水平的电机生产，2006年以后不再生产[11]。

我国也于2002年8月正式实施《中小型三相异步电动机能效限定值及节能评定值》的国标（GB18163-2002）。

因此借着节能的规划和“以冷代热”的法令，应该大力推广Y3新系列，使之成为我国低压三相异步电动机的主导产品，且新一轮的派生系列产品也应在Y3新系列上展开[5-7]。

计算机控制技术和现代控制理论应用与交流调速系统后为其发展创造了更加有利的条件。

使交流调速系统成为当前发展和研究的重点。

采用微机控制后用软件实现矢量控制算法。

使硬件电路规范化。

从而降低了成本，提高了可靠性。

而且还有可能进一步实现更复杂的动力。

交流传动正逐步取代支流传动而成为机电传动的主流。

异步电动机的调速方法：
1)绕线式电动机转子串电阻调速方法：绕线式异步电动机转子串入附加电阻，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。

2)变极对数调速方法这种调速方法是用改变定子绕组的接线方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的，本方法适用于不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。

3)定子调压调速方法：当改变电动机的定子电压时，可以得到一组不同的机械特性曲线，从而获得不同转速。

由于电动机的转矩与电压平方成正比，因此最大转矩下降很多，其调速范围较小，使一般笼型电动机难以应用。

为了扩大调速范围，调压调速应采用转子电阻值大的笼型电动机，如专供调压调速用的力矩电动机，或者在绕线式电动机上串联频敏电阻。

为了扩大稳定运行范围，当调速在2：1以上的场合应采用反馈控制以达到自动调节转速目的。

调压调速的主要装置是一个能提供电压变化的电源，目前常用的调压方式有串联饱和电抗器、自耦变压器以及晶闸管调压等几种。

晶闸管调压方式为最佳。

调压调速一般适用于100Kw以下的生产机械。

4)串级调速方法：串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电势来改变电动机的转差，达到调速的目的。

大部分转差功率被串入的附加电势所吸收，再利用产生附加的装置，把吸收的转差功率返回电网或转换能量加以
利用。

根据转差功率吸收利用方式，串级调速可分为电机串级调速、机械串级调速及晶闸管串级调速形式，多采用晶闸管串级调速，本方法适合于风机、水泵及轧钢机、矿井提升机、挤压机上使用。

5)变频调速方法：变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。

变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流－直流－交流变频器和交流－交流变频器两大类，目前国内大都使用交－直－交变频器。

本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合[8-12]。

1.2.2课题国内外研究现状及趋势
耐高温材料包括耐火材料和耐热材料，有无机化合物，也有高分子聚合物材料。

耐火材料通常是指能耐1580℃以上温度的无机物材料。

它们是修建窑炉、燃烧室和其他需耐高温的建筑材料。

一般用石英砂、粘土、菱镁矿、白云石等作原料而制成，耐高温隔热保温涂料志盛，是一种组份无机涂料，耐温幅度在-80—1800℃，可抑制高温物体和低温物体的热辐射和传导热，对于高温物体可以保持70%的热量不损失。

志盛涂料在1100℃的物体表面涂上8mm耐高温隔热保温涂料，物体表面温度就能从1100℃降低到100℃以内。

另外耐高温隔热保温涂料还有绝缘、重量轻、施工方便、使用寿命长等特点，也可用做无机材料耐高温耐酸碱胶联剂使用，附着物体牢固。

如耐火水泥、镁砖等[13]。

从广义上讲，无机耐火、耐热材料是指这些化合物的硬度高、脆性好、耐化学腐蚀性能好，而且熔点在1500以上。

主要分金属与非金属化合物和非金属间化合物两类。

前者如钨、钼、钽、铌、钒、铬、钛、锆等难熔金属以及稀土金属的硼化物、碳化物、氮化物、硅化物、磷化物和硫化物等；后者如碳化硼、碳化硅、氮化硼、氮化硅、磷化硼、磷化硅等。

后者有极重要的用途，可用作高温耐火材料（如磨料、铸模、喷嘴、高温热电偶套管）、耐热材料（如火箭的结构元件、核工程材料、电热元件）、电工材料（如高温热电偶、引燃电极），此外还用作耐化学腐蚀材料和硬质材料等。

耐热聚合物可用作耐高温薄膜绝缘材料、耐高温纤维、耐高温涂料、耐高温粘合剂等。

按照耐高温的时间，又分瞬间耐高温材料和较长时间的耐高温材料。

前者在1000～10000℃能耐几秒到几分钟。

其中烧蚀材料也是耐高温材料。

例如在300～600℃，在空气中能保持它的机械强度、耐化学腐蚀等。

高温异步电机其在运行中产生的损耗转变为热能，以传导的方式从热源传导到电机的各个表面，各部分发热情况不均匀，散热条件也相差悬殊，热源之间又存在一定的热交换，所以该电机内部的热场比较复杂[14]。

由于这些原因,用传统的分析方法很难对该电机的热场建立一个准确的模型, 而目前的设计方法也缺乏对该电机定子温升的准确地分析计算, 所以也无法把握该电机定子温升的情况。

在
试制中通过改变电机的散热结构和冷却介质等方法加以解决, 无疑增加了新产品的开发周期和费用。

并且该电机定子采用不同的冷却结构或冷却介质时, 其壳体的温度分布图是不一样的, 但又很难获得。

利用ANSOFT 软件就可以快捷方便地计算出电机定子壳体的温度分布[15]。

ANSOFT软件是目前应用最为广泛、使用最方便的通用有限元分析软件之一，具有强大的前处理、求解和后处理功能。

应用ANSOFT 软件分析高功率密度异步电机定子温度场具有较高的计算精度。

但是当采用ANSOFT 软件的图形用户界面(GUI) 操作方式时，每次对电机定子壳体的建模、网格划分、施加载荷、求解以及查看计算结果等都需要人工进行重复操作，使用起来非常繁琐, 并且效率低[16]。

因此, 采用ANSOFT 软件编写的软件对36Kw 高功率密度异步电机定子壳体的温度场进行分析，可实现了该电机定子壳体的自动建模、自动网格划分、自动施加载荷以及自动求解等功能。

该电机定子壳体的整个瞬态热分析过程无需人工进行干预，使用方便，便于修改，并且大大提高了计算速度，为电机的设计带来了极大的便利，缩短了新产品的开发周期，降低了开发费用[17-18]。

第2章 三相单鼠笼异步电动机电磁计算
2.1 额定数据及主要尺寸
2.1.1参数的选择
通过给出的已知参数、查找资料和对任务书的要求选定了以下的参数来作为我的三相单鼠笼异步电动机设计。

(1) 额定功率
P N =11Kw (2-1)
(2) 额定电压
380N N U U V φ==（△接） (2-2)
(3) 功电流
1KW I 9.64N
m P A U φ
N =
= (2-3)
(4) 效率η'，按照技术条件规定取η'=84％ (5) 功率因数cos ϕ'，按照技术条件规定取cos ϕ'=0.89 (6) 极对数p=2
(7) 定转子糟数Z 1=36，Z 2=26 每极每相糟数取整数。

参考类似规格电机取q 1=3，则Z 1=2m 1*p *q 1=36。

选Z 2=26，并采用转子斜槽。

(8) 定转子每极槽数
1
P1Z 92Z p
=
= (2-4)
2
P2Z 6.52Z p
=
= (2-5) 2.1.2电机的主要尺寸
设计一台电机时，必须确定许多尺寸,但其中起主要与决定作用的是电机的主要尺寸。

主要尺寸确定后，其它尺寸也就可以大体确定。

电机的工作特性和运行可靠性也都和主要尺寸以及它们的比值有密切关系。

所以确定主要尺寸是电机设计的第一步。

(1) 由经验公式可得满载电动势：0.931B
K '= (2) 功率：
313.9510cos N
E
P P K w ηϕ''==⨯''
(2-6)
(3) 初选0.68p a '=， 1.10Nm K '=，10.96dp K '=，取26000/A A m '=，取0.68B T δ
'=，假设1450/min n r '=，于是有
316.110.0047P
Nm dp p V m A K K A B n δ'=
⨯⨯='''''' (2-7)
(4) 取λ=1.4，代入得
10.1622i D '=
= (2-8)
(5) 定子冲片外径：
()'1110.2535i i D D D D '== (2-9)
据标准直径最后确定10.25D m =。

于是
11110.17i i D D D m D ⎛⎫=⨯≈ ⎪⎝⎭
(2-10)
(6) 铁心的有效长度：
21
0.162ef i V
l m D =
= (2-11) 取铁心长0.155i l m =。

(按生产要求，铁心长通常采用5mm 进位) (7) 气隙的确定
电机的定子内径与转子的外径之间存在着一定的间隙，我们称之为气隙。

30.510m δ-≈⨯ (2-12)
(8) 于是铁心有效长度：
20.156ef i l l m δ=+= (2-13)
(9) 转子外径：
2120.1691i D D m δ=-= (2-14)
(10) 转子内径先按转轴直径决定（以后再校验转子轭部磁密）：20.06i D m =。

(11) 极距：
1
0.13352i D m p
πτ=
= (2-15)
(12) 定子齿距：
1
11
0.0148i D t m Z π=
= (2-16)
(13) 转子齿距:
2
22
0.0204D t m Z π=
= (2-17)
(14) 定子绕组采用单层绕组，交叉式，节距1至9，2至10，11至18 为了削弱齿皆波磁场的影响，转子采用斜槽，一般斜一个定子齿距1t ，于是转子斜槽宽0.0148sk b m =。

(1) 每相串联导体数：
111358i KW
com D A N m I φ
ηϕπ'''
'== (2-18)
取并联支路11a =，可得每槽导体数 1111128.26s m a N N Z φ
''=
= (2-19)
取128s N =，于是每线圈匝数为28。

(2) 每相串联导体数：
11
111
336s N Z N m a φ== (2-20)
每相串联匝数：
1N =12
N φ=168 (2-21)
(3) 绕组线规设计
初选定子电密21 4.8J A mm '=，计算导线并绕根数和每根导体截面积的乘积。

11111
2.6889i c
I N A a J '
'==' (2-22)
其中定子电流初步估算值
112.47KW
I I A com ηϕ'=
=''
(2-23)
选用截面积相近的铜线：高强度漆包线，并绕根数1i N =2，线径1d =1.3mm ，
绝缘后直径d=1.38mm ，截面积1c A '=1.342mm ，11i c
N A '=2.6882mm 。

(1) 因定子绕组圆导线散嵌，故采用梨型槽，齿簿平行，初步取1 1.49i B T '=，估计定子齿宽
11
1
0.0070i Fe j t B b m K B δ'
=
=' (2-24)
(2) 初步取1j B '=1.30T ，估计定子轭部计算高度：
11
0.13350.680.68
0.0246220.95 1.29
p j Fe j a B h m m K B δτ''
⨯⨯'=
=
='⨯⨯ (2-25)
图2-1 定子槽形尺寸
(3) 按齿宽和定子轭部计算高度的估算值作出定子槽型如图2-1，槽口尺寸参考类似产品决定，取1o b =3.8mm ，1o h =0.8mm 。

齿宽计算如下：
()
11121211
2220.0074i o i D h h b r m Z π++=
-= (2-26)
()
11111111
220.0075i o i D h h b b m Z π++=
-= (2-27)
齿部基本平行，根据电机设计第十章例题的计算步骤，需要去两个齿宽的平均值，即齿宽10.00745i b m =（平均值）
(4) 槽面积
()2
62211121
21591022
s s r b r A h h m π-+'=-+
=⨯ (2-28)
槽绝缘采用DMDM 复合绝缘，槽楔为2h mm =压层板，槽绝缘占面积：
()6221213.9310i i s A h r m π-'=∆+=⨯ (2-29)
(5) 槽有效面积
()6215913.9310ef s i A A A m -=-=-⨯ (2-30)
(6) 槽满率：
()2
32
116
229 1.38100.734145.0710
i s f sf
N N d
s A --⨯⨯⨯===⨯ （符合要求） (2-31)
(7) 绕组系数：11P K =，20a =︒
1sin
20.95982
d q K qsim
α
α=
= (2-32)
1110.9598dp d p K K K == (2-33)
2.1.5转子绕组的计算
(1) 设计转子槽形与转子绕组 转子导条电流：
11
2
112
3=427.43dp N K I K I A Z φ''= (2-34)
(2) 初步取转子导条电密23.14/B
J A mm '=，于是导条截面积
22
136.12
B
B
I A mm J ''==' (2-35)
(3) 初步取2 1.3,t B T '=估算转子齿宽
222
0.0105t Fe t t B b m K B δ
''==' (2-36)
(4) 同理 初步取2 1.27j B T '=，估算转子轭部计算高度 11
0.02522p j Fe j a B h m K B δτ''
'==' (2-37)
图2-2转子槽形尺寸
为获得较好的起动性能，采用平行槽，作槽形图2-2所示，取槽口尺寸
02021,0.5.b mm h mm ==
(5) 齿壁不平行的槽形的齿宽计算如下：
()18
2021222212
2
2
230.0114t D h h h b b m Z π⎡⎤-⨯
++⎢⎥⎣
⎦=
-= (2-38)
(6) 导条截面积（转子糟面积）：
23221222121222136.131022o B b b r A h b h m π-+⎛⎫
=++
=⨯ ⎪⎝⎭
(2-39)
(7) 估计端环电流：
2
28842R
Z I I A P
π''== (2-40)
(8) 端环所需面积：
22884469.41.88R
R
R
I A mm mm J ''===' (2-41) 其中，端环电密20.6 1.88/R
B J J A mm ''==。

2.2 磁路计算
当绕组中通过电流，在电机的有效部分、端部及部分零件中就激发了磁场。

为了简化物理图象及电磁计算，把电机中的磁场部分为主磁场及漏磁场。

磁路计算的目的在于确定产生主磁场所必须的磁化力，并进而计算励磁电流以及电机的空载特性。

(1) 计算满载电势：
初设()10.927B L K ε''=-=，得()11352.26L N E U V φε'=-= (2) 计算每极磁通：
0.60
0.640.680.720.760.800.841.121.101.081.061.041.021.00
K NM 1.0
2.0
3.0
K
a 'p
图2-3 电机的()p a f K δ'=及()NM k F K δ=曲线
(3) 初设 1.21s K '=，由图2-3查得 1.0945Nm K =，所以有
1
11
0.014Nm dp E Wb K K fN Φ== (2-42)
为计算磁路各部分磁密，需先计算磁路中各部分的导磁截面： (4) 每极下齿部截面积
62111990010i Fe i i p A K l b Z m -==⨯ (2-43)
622221090010i Fe i i p A K l b Z m -==⨯ (2-44)
(5) 定子轭部计算高度由式
311211124.61023
i j s D D r
h h m --'=
-+=⨯ (2-45)
(6) 转子轭部计算高度由式
322222225.21023
i j s D D r
h h m --'=
-+=⨯ (2-46)
(7) 轭部导磁截面积
62
11330010j Fe i j A K l h m
-'==⨯ (2-47)
62
22
390010j Fe i j A K l h m -'==⨯ (2-48)
(8) 一极下空气隙截面积
622080010ef A l m δτ-==⨯ (2-49)
(9) 磁路计算所选的是通过磁极中心线的闭合回路，该回路的气隙磁密是最大
值B δ。

由图2.3先找出计算极弧系数0.68p a '=，由此求得波幅系数
11
1.470.68
s V p B F B a δδα====' (2-50)
(10) 气隙磁密的计算
0.6998s
F B T A δδ
== (2-51)
(11) 对应与气隙磁密最大值的定子齿部磁密
111111
1.4753ef p s i Fe i i p i B l t Z F B T K l b Z A δΦ
=⨯==' (2-52)
(12) 转子齿部磁密
22
1.3398s i i F B T A Φ
== (2-53)
(13) 在D23磁化曲线中找出对应上述磁密的磁场强度
1219.6;11.5i i H A cm H A cm == (2-54)
(14) 有效气隙长度
30.5410fe K m δδδ-==⨯ (2-55)
(15) 气隙系数的计算
()
()1112
111
4.40.75 1.8864.40.75o o o t b K t b b δδδ+==+- (2-56)
()
()2212
222
4.40.75 1.0174.40.75o o o t b K t b b δδδ+==+- (2-57)
12 1.1897K K K δδδ== (2-58)
(16) 齿部磁路计算长度
()311121211
16.9103
i L h h r m -=++=⨯ (2-59)
()311222221
26.8103
i L h h r m -=++
=⨯ (2-60)
(17) 计算轭部磁路长度
()11311
90.81022
j j D h L m p
π-'-'=⨯=⨯ (2-61)
()22321
33.91022
i j j D h L m p
π-'+'=⨯=⨯ (2-62)
(18) 计算气隙磁压降
306.98K B F δδδδ
μ==A (2-63)
(19) 齿部磁压降
11133.17i i i F H L ==A (2-64)
22230.81i i i F H L ==A (2-65)
(20) 饱和系数计算
12
1.21i i s F F F K F δδ
++=
= (2-66)
与初值相比s K '=1.21相比较，合格。

(21) 定子轭部磁密
11
1 1.51882j j B T A φ
=⨯
= (2-67)
(22) 转子轭部磁密
22
1 1.28162j j B T A φ
=⨯
= (2-68)
(23) D23磁化曲线找出对应上述磁密的磁场强度：
122j H A cm =； 28.4j H A cm =
(24) 计算轭部磁压降，其中轭部磁位降矫正系数
1
0.0256
0.16710.1335
j h τ'=
=； 1 1.5188j B T =,于是10.65j C =
111143.72j j j j F C H L A '== (2-69)
2
0.0264
0.1980.1335
j h τ'=
=； 2 1.2816j B T =,于是20.225J C =
2222 6.415j j j j F C H L A '== (2-70)
(25) 每极磁势
01212507.2i i j j F F F F F F A δ=++++= (2-71)
(26) 满载磁化电流
111
2 4.160.9m dp pF I A m N K =
= (2-72)
(27) 磁化电流标幺值
* 4.16
0.08648
m m
KW I I I === (2-73)
(28) 磁力电抗计算
()2
1110494.66dp ms ef s ef
N K m X f l K p τμπδ==Ω (2-74)
2.10KW
ms
ms N I X X U φ
*
== (2-75)
工厂设计计算时，往往采用近似值的计算方法 ()1N E U φ≈:
*
1*11
2.070.416
N KW KW KW KW ms ms
N m N m N m m U I I I I E X X U I U I U I I φφφφ==⨯≈⨯==== (2-76)
可见误差不太大, 但却简单得多。

2.3 参数计算
电阻、电抗是电机的重要参数。

电阻的大小不仅影响电机的经济性，并且与电机的运行性能亦有极密切的关系。

绕组电抗的大小亦对所设计的经济性及运行性能有很大的影响。

因此正确选定及计算这些参数是极其重要的。

2.3.1线圈长度计算
1) 定子线圈节距
()10111212120.12922i v D h h h r m P
πτβ++++⎡⎤⎣⎦
=
= (2-77)
其中节距比0.852β=是平均值。

直线部分长度：
120.185B i l l d m =+= (2-78)
其中1d 是线圈直线部分伸出铁心的长度，取10~30mm, 机座大、极数少者取较大值。

平均半匝长：
000.0.34B v l l K m τ=+= (2-79)
式中0K 是经验系数，2极取1.16,4、6极取1.2,8及取1.25。

2) 端部平均长
120.185E c v l d K m τ=+= (2-80)
2.3.2电机定子绕组漏抗计算
1)电机定子绕组的漏抗为
2
110114ef N X f l pq σπμλ=∑ (2-81)
阻抗除以基值2
1N KW KW
N
U mU Z I P φφ
==
,便可得定子漏抗标幺值
1112112x dp m p X C Z K σλ*
⎛⎫
=∑
⎪ ⎪⎝⎭
(2-82)
式中1111s E δλλλλ∑=++，x C 为漏抗系数
()2
0112
140.0404dp ef N
x N f N K l p C m pU φ
πμ=
= (2-83)
2) 定子糟比漏磁导。

因为是单层绕组，整踞，节距漏抗系数11 1.0v L K K ==
11111 1.172s U U L L K K λλλ=+= (2-84)
其中：
111
11111
20.4070o U o o h h b b b λ=
+=+ (2-85)
10.765L λ= (2-86)
21
21
1.382h r = (2-87)
11217.7
0.75522 5.1
b r ==⨯ (2-88)
3) 只在铁心部分有槽漏抗，因而计算槽漏抗时要乘上i
ef
l l ：
1112
11
20.6806i
s s x x dp ef l m p X C C Z K l λ*=
⨯= (2-89)
4) 考虑到饱和的影响，定子谐波漏抗计算：
1122
10.939s x x ef
dp s
m s
X C C K K τ
πδ*∑=
= (2-90)
其中, 0.01291s ∑=，得 13q =,1β=。

5) 单层交叉式绕组的端部漏抗与分组的单层同心式绕组的相近，得
()121
0.47
0.640.3350E E
y x x ef dp X l C C l K τ*
=
-= (2-91)
6) 定子漏抗标幺值
1111 1.53390.0652s E x X X X X C σδ****=++== (2-92)
7) 定子绕组直流电阻的计算
1111120.92c
i c
N l R N A a ω
ρ==Ω' (2-93)
8) 定子绕组相电阻标幺值
11
0.0234KW
N I R R U φ
*== (2-94) 2.3.3电机转子绕组漏抗的计算
1) 转子漏抗标幺值的计算与定子漏抗标幺值的计算相似，但要将转子漏抗折算到定子边。

将转子数据20.5N =,22120.5pq Z m ==带入式24o ef X f N pql σπμλ=∑，乘以阻抗折算系数()2
11124dp K m N K Z =和除以阻抗基值，便有
1222
2x m p
X C Z σλ*
=
∑ (2-95)
2) 转子糟比漏磁导的计算
222 2.783s U L λλλ=+= (2-96)
其中：
2
22
0.5o U o h b λ=
= (2-97)
12
2212
2 2.239L L o h b b λλ=
+=+ (2-98)
3) 转子槽漏抗标幺值
1222
112 1.4167i
s s x x dp ef
l m p X C C Z K l λ*=
⨯= (2-98)
4) 考虑饱和影响的谐波比漏磁导，于是转子谐波漏抗标幺值
122 1.083x x ef ef
m R
X C C δτπδδ*∑=
= (2-99)
其中 0.0195R ∑=查得
226 6.524
Z p == 5) 转子绕组端部比漏磁导的计算，于是转子绕组端部漏抗标幺值
21220.252320.118922R
E x
x ef Z D m p X C C pl p
Z *⎛⎫⎛⎫
== ⎪ ⎪ ⎪⨯⎝⎭
⎝
⎭ (2-100)
6) 转子斜糟漏抗的计算
2
220.50.7857sk s k
x b X X C t σ**
⎛⎫== ⎪⎝⎭
(2-101)
7) 转子漏抗标幺值
22220.0992s E s k X X X X X σδ*****=+++= (2-103)
8) 定转子漏抗标幺值之和
120.06520.09920.1644X X X σσσ***=+=+= (2-104)
其中60.021710m ωρ-=⨯Ω•为B 级绝缘平均工作温度75°C 时铜的电阻率。

2.3.4有效材料的计算
1) 单鼠笼异步电动机的有效材料是指定子绕组导电材料和定转子铁心导磁材料，电机的成本主要由有效材料的用量决定。

定子铜的重量。

11118.6123Cu o s o
i Cu G Cl N Z A N kg ρ'== (2-105)
其中，C 是考虑导线绝缘和引线重量的系数，漆包圆铜线 1.05C =；
338.910Cu kg m ρ=⨯是铜的密度。

2) 硅钢片重量：
()2
174.0631Fe Fe i Fe G K l D kg δρ=+= (2-106)
其中0.005m δ=是冲剪余量；3
37.810Fe kg m ρ=⨯，是硅钢片密度。

3) 转子电阻的折算值
()2
11122
22
42dp B B B B R R B m N K K l Z D R R R A P A Z ωρπ⎛⎫'''≈++ ⎪⎝⎭ (2-107)
其中B K 是考虑铸铝转子因叠片不整齐，造成槽面积减小，导条电阻增加，通常取 1.04B K =。

0.6167B
R '=Ω；*
0.157KW
B B N I R R U φ
'== 0.1801R
R '=Ω；*
0.0046KW
R B N I R R U φ
'== 其中60.043410ωρ-=⨯Ω·m 是B 级绝缘平均工作温度75℃时铝的电阻率。

20.0202B R R R R ***
=+= (2-108)
4) 定子电流有功分量标幺值的计算
11
1.1235p I η
*==' (2-109)
5) 转子电流无功分量标幺值的计算
()()()
22111110.2611X p p I X I X I σσσσ*****⎡⎤=+=⎢⎥⎣⎦
(2-110)
其中系数
110.0652
11 1.02712.404
ms X X σσ**=+=+= (2-111)
6) 定子电流无功分量标幺值的计算
10.4290.23040.7133Q m X I I I ***
=+=+= (2-112)
7) 满载电势标幺值的计算
()
1111110.927E L P Q K I R I X σε****
=-=-+= (2-113)
2.3.5空载特性
1) 计算空载电势标幺值
1110.9685o m I X σε**
-=-= (2-114)
2) 假定饱和系数s K 不变，波幅系数s F 不变，于是空载时定子齿部磁密及磁场
强度
111 1.5411o
i o i L
B B T εε-==-；113.2i o H A cm = (2-115)
3) 空载时转子齿部磁密及磁场强度
221 1.39951o
i o i L
B B T εε-==-；208.45i H A cm = (2-116)
4) 空载时定子轭部磁密及磁场强度
111 1.58641o
j o j L
B B T εε-==-；107.05j H A cm = (2-117)
5) 空载时转子轭部磁密及磁场强度
221 1.33861o
j o j L
B B T εε-=
⨯=-；28.02j o H A cm = (2-118) 6) 空载气隙磁密
10.73101o
o L
B B T δδεε-=
=- (2-119)
7) 空载时定子齿部磁压降
11122.34i o i o i F H L ==A (2-120)
8) 空载时转子齿部磁压降
22222.64i o i o i F H L ==A (2-121)
9) 空载时定子轭部磁压降
10.65j C =
111147.32i o j j o j F C H L '==A (2-122)
10) 空载时转子轭部磁压降
20.225j C =
2222 5.38i o j j o j F C H L '==A (2-123)
11) 空载时气隙磁压降
320.64o
o o
K B F δδδδμ==A (2-124)
12) 空载时每级磁势
1212418.34oo o i o i o j o j o F F F F F F δ=++++=A (2-125)
13) 空载磁化电流
111
2 3.840.9oo
mo dp pF I m N K ==A (2-126)
鼠笼异步电机的空载电流o I 可认为近似等于空载磁化电流。

鼠笼异步电动机从空载到额定负载，感应电势变化不大，不必计算整条空载特性曲线，只要计算额定负载和空载两种状态下的磁化电流就可以了。

2.4 工作性能计算
在主要尺寸、气隙以及定转子绕组和铁心设计好以后，就要进行工作性能的计算和起动性能的计算，以便与设计任务书或技术条件中规定的性能指标相比较，好对设计进行必要的调整。

2.4.1电负荷计算
1) 定子电流标幺值
1 1.3309I *===A (2-127)
11 1.33099.6512.84KW I I I A A *==⨯= (2-128)
2) 定子电流密度
21
111 4.77/i o
I J A mm aN A ==' (2-129)
3) 定子线负荷
111
11
24238i m N I A A m D φπ== (2-130)
4) 转子电流标幺值
2
1.1470I *== (2-131)。