三相鼠笼式异步电动机设计毕业设计 本文简介：
本科生毕业设计任务书（工科及部分理科专业适用）题目：Y100L-23kW三相鼠笼异步电动机的设计题目来源：□省部级以上□市厅级□横向■自选题目性质：□理论研究■应用与理论研究□实际应用研究学院：信息工程系：电气工程及其自动化专业班级：电机与电器班学生姓名：学号起讫日期：2011.03.07——201
三相鼠笼式异步电动机设计毕业设计 本文内容：
本科生毕业设计任务书
（工科及部分理科专业适用）
题目：Y100L-2
3
kW
三相鼠笼异步电动机的设计
题目来源：□省部级以上
□市厅级
□横向
■自选
题目性质：□理论研究
■应用与理论研究
□实际应用研究
学院：
信息工程系：
电气工程及其自动化
专业班级：
电机与电器班
学生姓名：学号起讫日期：2011.03.07——2011.06.09
指导教师：
职称：副教授
指导教师所在单位：
XX大学
学院审核（签名）：
审核日期：
二0
一一年制
说明
1.
毕业设计任务书由指导教师填写，并经专业学科组审定，下达到学生。
2.
进度表由学生填写，至少每两周交指导教师签署审查意见，并作为毕业设计工作检查的主要依据。进度表中的周次是指实际的毕业设计进程中的周次。
3.
学生根据指导教师下达的任务书独立完成开题报告，于3周内提交给指导教师批阅。
4.
本任务书在毕业设计完成后，与论文一起交指导教师，作为论文评阅和毕业设计答辩的主要档案资料，是学士学位论文成册的主要内容之一。
一、毕业设计的主要内容和基本要求
a)
原始数据
①
型号：
Y
200L1-6
②
额定功率：PN=18.5kW
③
额定电压：
④
额定转速：
⑤
额定频率：
b)
主要性能指标
①
效率：η=89%
②
功率因数：
cosφ=0.83
③
最大转矩倍数：倍
④
起动转矩倍数：倍
⑤
起动电流倍数：倍
c)
设计中选用的基值
①
电压基准值：
为电动机额定相电压
②
功率基准值：PN=18.5kW
为电动机额定功率
③
电流基准值：，为电动机每相的功电流
④
阻抗基准值：
⑤
转矩基准值：为电动机额定转矩
d)
设计指标要求
①
效率：
—计算值，′—修改值
②
饱和系数：
FT′—修改值，
Fт—计算值，
③满载电势标么值：（1-εl）′—修改值，（1-εL）—计算值
④起动电流倍数：
Ist′—修改值，Ist—计算值
e)
电磁设计中若干参数的选择及经验数据
f)
①
槽满率：
sf=75%
~80%
②
槽绝缘厚：采用聚脂薄膜和聚脂无纺布复合材料（DMD，DMD+M和DMDM）
H80—H112Ci=0.25(mm)
H132—H160
Ci=0.3（mm）
H180—H280
Ci=0.35（mm）
③
槽楔厚h：
槽楔采用新型软槽楔和3240环氧玻璃布压板，计算时厚度h=2mm：
④
叠压系数：H80-H160
定子冲片不涂漆时
=0.95
H180-H280
定子冲片涂漆时=0.92
⑤
冲剪余量：δ=0.5cm⑥
转子斜槽：为一个定子齿距
⑦
定子绕组型式：H160及以下全部采用单层软绕组；H180及以上采用双层迭绕组
⑧
硅钢片材料：采用D23硅钢片，
⑨
导电材料：定子绕组采用QZ-2型高强度聚脂漆包圆铜线；
转子铸铝，采用AL-1；
线径为0.63-1.0(mm)时，漆膜双面厚度计算时取0.06mm;
线径为1.0-1.6(mm)时，漆膜双面厚度计算时取0.08mm;
⑩
设计时杂散损耗假定值：
g)
设计要求
①
复算原设计方案；
②
上机设计三个方案：
在原复算方案的基础上节省材料；
在原复算方案的基础上提高性能；
在原复算方案的基础上既节省材料，又提高性能；
③
将最好的一个方案的全部设计步骤、计算过程写出来（要有文档、电子版本及幻灯片）；
④
将三个方案进行比较，并用已学过的理论进行分析。
二、毕业设计图纸内容及张数
1、三相异步电动机总装备图
1张
2、定子冲片图
1张
3、绕组联接图（只画一相）
1张
三、毕业设计应完成的软硬件的名称、内容及主要技术指标
（例如：软件、电路板、机电装置、新材料、新制剂、结构模型或其他）
（1）
三相异步电动机手算设计程序，主要是根据电机的额定数据及主要尺寸进行电机基本的磁路计算和参数计算及起动性能计算，要求计算结果误差在允许范围内。
（2）
编制程序进行调试并在此基础上综合设计。
（3）
提出电动机的效率优化设计方案，采用程序进行优化。
（4）
绘制电机定子冲片图，定子绕组图，电机总装配图纸。
四、毕业设计进度计划
序号
各阶段工作内容
起讫日期
实施地点
1
选择课题，查阅资料，撰写开题报告
2
复算原设计方案，反复检查设计中存在的问题
3
设计调试三个新方案1.省材料
2.提高性能
3.最优化
4
AutoCAD绘图
5
整理资料，完成毕业论文
6
毕业答辩
五、主要参考资料（备注：供参考，可根据自己的实际情况填写）
⑴：《电机设计》清华大学出版社
戴文进等编著
⑵：《中小型三相异步电动机电磁计算程序》
第一机械工业部上海电器科学研究所
⑶：《三相异步电动机设计原理与实验》
沈阳工业大学电机系
⑷：《电机学》
航空工业出版社戴文进等
编著
⑸：《电机设计》
机械工业出版社
陈世坤
主编
⑹：《电机设计与计算》龙门联合书局程福秀译
⑺：《中小型三相异步电动机电磁设计手算程序》
南昌大学电气自动化系
电机教研室
⑻：《电机绕组手册》
辽宁科学技术出版社彭友元主编
⑼：《中小型电机设计手册》
机械工业出版社
上海电器科学研究所编著
(10)《小型三相异步电动机技术手册》
机械工业出版社
季杏法
主编
六、毕业设计进度表（本表至少每两周由学生填写一次，交指导教师签署审查意见）
第一、二周
（
月
日至
月
日）
学生主要工作：指导教师审查意见：签名：
年
月
日
第三、四周
（
月
日至
月
日）
学生主要工作：指导教师审查意见：签名：年
月
日
第五、六周
（
月
日至
月
日）
学生主要工作：指导教师审查意见：签名：年
月
日第七、八周
（
月
日至
月
日）
学生主要工作：指导教师审查意见：
签名：年
月
日
第九、十周
（
月
日至月
日）
学生主要工作：指导教师审查意见：
签名：年
月
日
第十一周至毕业
设计工作结束
（
月
日至
月
日）
学生主要工作：指导教师审查意见：
签名：年
月
日七、其他（学生提交）
1．开题报告1份
2．外文资料译文1份（2000字以上，并附资料原文）
3．论文1份（8000字以上）
指
导
教
师：
学科组负责人：
学生开始执行任务书日期：
学生姓名：
送交毕业设计日期：
本科生毕业设计（论文）开题报告
题
目：Y100L-2
3
kW
三相鼠笼异步电动机的设计
学院：
信息工程学院
系
电气工程及其自动化
专业：
电机电器
班级：
电机电器
学号：
姓名：
指导教师：
填表日期：
2011
年
3
月
日一、
选题的依据及意义
现在社会中，电已经和空气一样，融入到我们的日常生活中。在日常生活中，我们不仅使用电灯照明，还使用如空调、冰箱、洗衣机等众多家用电器。最近，随着生活中自动化技术应用的发展，越来越多的产品和设备作用使用了电机。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。二、
国内外研究现状及发展趋势（含文献综述）
电机研究现状
电动机是作为使用电能的动力源进步和发展起来的，在今天，电动机技术仍然是支撑人们日常生活的关键技术。电动技术机械设备的关键组成部分。
随着使用领域的发展和进步，对电动机的要求越来越搞高，电动机作为许多机器的内部动力源，电机的性能越来越受到重视。对电动机的恒速特性、调速特性、控制特性、振动、噪音、电气噪音、寿命、可靠性、多功能化、精密控制、节能、维护方便等指标。稳定并且高可靠性地满足用户的需求。这都是电动机现在技术的评价基准。同时，设计、评价技术、测量技术，半导体、半导体控制技术，轴承、绝缘材料技术，制造、加工技术等所有技术都等到了提高和进步。与这些提高相关联的电机小型轻量化、高效率化，大转矩、低价格、低噪音等技术的进步，使电机向高效率、精密控制、高性能的发展及利用可再生材料等技术成为社会的需求。电机发展趋势
纵观世界电机产品的发展历程，它始终跟随着工业技术的发展，在相互竞争、相互促进中完善着
自身，发生着变革。电机产品的发展过程大约可以划分为四个发展阶段。从
19世纪30年代到80年代为直流电机时代，19世纪末叶，出现了交流电，随之交流电动传动在工业中逐步得到了广泛应用，20世纪50年代以后，随着电力电子学理论、微电子技术和现代控制理论的发展，使电机产品进入快速发展时期，先进的制造技术使传统的电机产业焕发出了勃勃生机，交流电机代替直流电机也成为必然的趋势。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。
高性能化
社会的高速发展要求未来的电机产品不仅要具备宽调速范围、高稳速精度和快速动态响应及四象限运行等
良好的技术性能，而且要具备优
良的动、静态品质
。
智能化
随着模糊控制技术、专家系统技术、神经网络技术和智能工程技术的发展，电机产品智能必将取得重大的突破，未来的电机产品必将能够
自行进行
自我诊断、参数识别和
自动设置，其功能更高，适应性更强。
微型化
现代的机电一体化产品发展的趋势向着微型机器和微观领域发展，其最小体积正在向着纳米、微米的范畴进发，作为其传动部件的电机，也必然向着微型化的方向发展。现在已有超小型静电电机产生，其直径仅
1．4
m，轴颈
1．0
m，长约l0
m，转速达
lOOr／rain；转速可达240000r／mr的70ram3v：d-~静电电机
已经投入使用
，微型电机已在许多科学领域发挥着巨大作用。
网络化
计算机网络技术的推广和应用，必将把所有的单个电机与计算机网络相连接，并通过网、络进行远程控制，使
电机资源得到更加合理的有效利用。三、
本课题研究内容
本课题主要是研究设计Y200L1-6三相鼠笼式异步电动机---设计计算.
首先根据给定的功率，功率因数，相数，频率及额定相电压确定异步发电机的主要规格。
本课题的主要计算过程如下：
1.额定数据及主要尺寸计算
2.磁路计算
3.参数计算
4.起动计算
根据Y200L1-6三相鼠笼式异步电动机各性能指标：效率，功率因数
，最大转矩倍数
，起动转矩倍数
，起动电流倍数
计算出各个参数。四、
本课题研究方案
（1）
核算原设计方案；
（2）
上机调整以上两种方案：
u
节省材料
u
提高效率五、
研究目标、主要特色及工作进度
研究目标：
应用中小型三相鼠笼式感应电动机电磁计算程序来设计三相异步电动机的，以求得更优方案。....
主要特色：在各项性能指标都满足的前提下，利用计算机进行辅助设计和绘图.
第1周：收集有关的参考文献，了解各方面的有关资料，完成开题报告。
根据你们学校的安排填写时间安排
第2—4周：经过初步计算，确定完成初始设计数值。
第5—9周：进行优化方案的设计，节省材料和提高性能。
第10—11周：用绘图工具绘制各部件图。
第12周：总结设计过程，完成实习报告。
第12周（约在6月20日）：写出毕业论文并答辩。六、参考文献
[1]
杜志俊
机电产品市场
2000
[2]
海老原大树
电动机技术
2006
[3]
陈世坤
电机设计
2000
[4]
李发海
电机学
?
1995目
录
摘要
I
ABSTRACT
II
前
言
1
第1章
概
述
2
1.1我国电机制造工业发展近况与发展趋势
2
1.2
异步电机在国外的发展状况
3
1.3
电机的分类
4
1.4三相异步电动机的结构和原理
5
1.4.1.定子的结构组成
5
1.4.2.转子的结构组成
5
1.4.3工作原理
6
1.5异步电动机存在的缺点
6
1.5.2.绕线型感应电动机
7
1.6三相异步电动机的工作特性
8
1.7
三相异步电动机的起动与调速
9
1.8
感应电动机的主要性能指标和额定参数
10
第2章
三相异步电机的基本结构与工作原理
12
2.1
电机的分类
12
2.2三相异步电动机的结构和用途
12
2.3三相异步电动机的基本工作原理和运行特性
13
2.4
三相异步电动机的起动与调速
15
第3章
三相鼠笼式电动机电磁设计与方案调整
17
3.1鼠笼式电动机电磁方案的设计
17
3.2电机调整方案
37
3.3
方案结果分析
39
3.4
提高电机工作性能的其他措施
41
总结
42
致
谢
43
参考文献
43Y100L-2
3kW三相鼠笼式异步电动机设计专业：
电机电器071学号：6100307111
学生姓名：
陈巍
指导教师：杨莉摘要
本文介绍了Y系列三相鼠笼异步电动机的一些基本情况及其设计方法和优化方案。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、分类、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。并着重阐述了三相异步电动机的设计计算过程及其优化依据和方案，并通过优化设计的结果和理论分析提出了今后研究的方向。
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
Y100L-2
3KW
Three-phase
Squirrel-cage
Abstract
In
this
paper,
Y
series
three-phase
squirrel-cage
induction
motor
design
method
and
.The
article
first
of
all,
from
the
basic
theory
of
induction
motor
characteristics
and
the
work
to
proceed,
briefly
introduced
the
latest
development
of
the
induction
motor,
the
basic
characteristics,
type,
structure,
purpose,
technical
indicators,
the
working
principle
and
operation
characteristics,
designed
for
the
motor
to
make
the
necessary
preparations
for
the
theory.
It
put
forward
the
end
of
the
optimized
design,
and
gives
the
theoretical
analysis
which
is
about
the
direction
of
research.Keyword:
Three-phase
asynchronous
motor;
design;
electromagnetic
parameters;
performance;
optimization
program前
言
电动机是作为使用电能的动力源进步和发展起来的，在今天，电动机技术仍然是支撑人们日常生活的关键技术。电动技术机械设备的关键组成部分。
三相异步电动机又称为三相感应电动机，感应电动机是基于气隙旋转磁场与转子绕组中感应电流相互作用产生电磁转矩，从而实现能量转换的一种交流电动机。由于转子绕组电流是感应产生的，因此称为感应电动机。感应电动机与其它电动机相比，具有结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠及重量轻成本低等优点。此外感应电动机还还便于派生各防护型式以使用不同环境条件的需要，也有较高的效率和较好的工作特性。由于感应电动机具有上述许多优点，它是电动机领域中应用最广泛的一种电动机。例如:中小型轧钢设备,矿山机械,机床,起重运输机械,鼓风机,水泵,和农副产品加工机械等都大部分采用三相异步电动机来拖动。
第1章
概
述1.1我国电机制造工业发展近况与发展趋势
随着我国改革开放的进一步深入以及WTO的加入，我国小功率电机又迎来了一个全新的发展阶段，这一阶段大量的外资企业进入我国，在为我们带来先进的管理经验的同时也带来了先进的技术和生产设备。国内企业借机吸收引进国外先进的技术，投入大量资金进行技术改造，引进不少先进制造设备和测试设备，大大提升了国内小功率电机行业的技术水平。
随着CAD/CAM等软件进行计算机辅助设计、辅助制造技术的大量应用以及以计算机控制的柔性制造系统、主体仓库、机器人进行装配等的组合，由计算机控制材料、部件的供应管理达到全厂高效率、高质量的全自动化均衡生产的实现，产品研发和生产周期大大缩短，制造成本显著降低；电子计算机和电力电子技术的发展使小功率电机产品进入了一个新时期，交流变频调速已经逐步取代直流电机调速，逆变器与异步电机结合一体，有标准的电机安装尺寸、调速比10∶1的逆变器电动机已经工业化生产，有程序控制功能的智能电动机、开关磁阻电动机等已经应用于各个领域，显示出显著的技术优势，无刷直流电动机、盘式永磁直流电动机、薄型稳速电动机等产品也以较高速度发展；再加上新型稀土磁钢的使用，使小功率电机本机制作体积越来越小；再则电机与整体结构一体化技术的引
入进一步缩小了体积，简化了结构，提高了系统精度和可靠性，集电子技术、微电子技术、传感器技术于一体的小功率电机不仅可实现多功能，而且可借助计算机记忆、运算、处理功能提高电机控制精度和灵敏度，成为智能化产品。所有这些新材料、新技术的应用都不断促使小功率电机日益朝着薄型化、智能化和机电一体化方向发展。
据统计，我国电机耗电占全国耗电量的60%以上，其中小型三相异步电机耗电约占35%，中国各类电动机的装机容量已超过4亿kW，其中异步电动机约占90%，中小型电动机约占80%，拖动风机水泵及压缩机类机械的电动机约1.3亿kW。所以在我国开发推广高效电机是提高能源利用率的重要措施之一，也符合国际发展趋势。
????我国目前已具备了生产高效电机的技术条件，但由于市场条件不够成熟，产量和市场容量都较小。1999年高效电机国内市场占有率仅2%，2000年为4.7%；2001年也只有6.5%，其中70%以上为出口。
异步电机的种类：
(1)
Y(IP44)系列异步电动机
电动机容量从0.55～200kW，B级绝缘，防护等级IP44，达到国际电工委员会(IEC)标准，产品达到20世纪70年代末国际水平，全系列加权平均效率比JO2系列提高0.43%，年产量约2000万kW。
(2)
Yx系列高效电动
该类电机由上海电器科学研究所组织电机行业研制成功，容量1.5～90kW，有2，4，6等3种极数。全系列电动机效率平均比Y(IP44)系列高3%左右，接近国际先进水平。适用于单方向运行，年工作时间在3000h以上。负载率大于50%的场合，节电效果显著。该系列电动机产量不高，年产量约1万kW。
近十多年来，国家致力于推广电动机调速技术，各行各业都在一定程度上采用了电动机调速。据石油、电力、建材、钢铁、有色、煤炭、化工、造纸、纺织等部门最近对企业抽样调查结果，石油、建材、化工行业电动机调速应用较好。在目前4亿kW的电机负载中，约有50%是负载变动的，其中的30%可以通过电机调速解决其负载变动问题。因此仅就目前的市场容量考虑，约有6000万kW的调速电机市场。
国家已明令不再生产JO2系列异步电机，“九五”期间将生产Y系列、Yx系列及其它通用或专用高效节能电动机约1.5亿kW(未包括更换现有JO2型用的新型电动机)。估计2000年和2010年Y和Yx系列电机的市场占有率将分别达到50%，90%和10%，30%左右。由高
效电机替代JO2电机所形成的节电量将分别为，114亿kW·h和366亿kW·h。1.2
异步电机在国外的发展状况
????欧洲市场的中国电机销售主要以小型电机为主，功率最大是100多千瓦，最小功率甚至还不到1千瓦，而大型电机还是一个空缺。
欧洲市场对电机效率的标准要求高于西亚，东南亚而低于美国，不但适合于我国企业生产和出口，而且在合理和有序开发的前提下还能保证出口企业获得适当的利润，同时该市场多以欧元结算，在目前欧元坚挺的情况下应该是出口企业首选的开发目标。取得了一定的成效。这些节能产品主要分成两大类：一类是提高电动机效率的高效电动机，另一类是调速电动机。调速电动机的代表产品根据其调速方式可以划分为：
(1)
变极调速电机
主要产品有已批量生产的YD(90.45～160kW)，YDT(0.17～160kW)，YDB(0.35～82kW)，YD(0.2～24kW)，YDFW(630～4000kW)等8个系列产品，达到国际平均应用水平。
(2)
电磁滑差调速电机
国外已批量生产YCT(0.55～90kW)，YCT2(15～250kW)，YCTD(0.55～90kW)，YCTE(5.5～630kW)，YCTJ(0.55～15kW)等8个系列产品，达到国际平均应用水平，其中YCTE系列的技术水平最高，最有发展前途。
(3)
变频调速电机
主要用于风机、水泵、压缩机等负载变化较大场合和精密机械等需要过程控制的场合。
高效电机
以Y系列交流异步电动机替代JO2型电机基本不受机型限制，因此，所有应用交流异步电动机的场合都可以用Y系列电机取代JO2系列电机。Yx系列电机的市场潜力受到其容量的制约。原则上，90kW以下的交流异步电动机可以由Yx系列的高效电机取代。90kW以下的交流异步电动机装机容量约占交流异步电动机总量的30%左右。1.3
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
>
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
=（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
=（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
=（0.12——0.445）m，共11个机座，功率范围为（0.55——90）KW，电压380V。
1.4三相异步电动机的结构和原理
三相异步电动机由两个基本部分构成：固定部分—定子和转子，转子按其结构可分为鼠笼型和绕线型两种。
1.4.1.定子的结构组成
定子由定子铁心、机座、定子绕组等部分组成，定子铁心是异步电动机磁路的一部分，一般由0.5毫米厚的硅钢片叠压而成，用压圈及扣片固紧，各片之间相互绝缘，以减少涡流损耗。
定子绕组是由带有绝缘的铝导线或铜导线绕制而成的，小型电机采用散下线圈或称软绕组，大中型电机采用成型线圈，又称为硬绕组。
图1
定子铁心
1.4.2.转子的结构组成
转子由转子铁心、转子绕组、转子支架、转轴和风扇等部分组成，转子铁心和定子铁心一样，也是由0.5毫米硅钢片叠压而成。鼠笼型转子的绕组是由安放在转子铁心槽内的裸导条和两端的环形端环连接而成，如果去掉转子铁心，绕组的形状象一个笼子；绕线型转子的绕组与定子绕组相似，做成三相绕组，在内部星型或三角型。图2
鼠笼转子1.4.3工作原理
当定子绕组接至三相对称电源时，流入定子绕组的三相对称电流，在气隙内产生一个以同步转速n1旋转的定子旋转磁场，设旋转磁场的转向为逆时针，当旋转磁场的磁力线切割转子导体时，将在导体内产生感应电动势e2，电动势的方向根据右手定则确定。N极下的电动势方向用表示，S极下的电动势用表示，转子电流的有功分量i2a与e2同相位，所以既表示电动势的方向，又表示电流有功分量的方向。转子电流有功分量与气隙旋转磁场相互作用产生电磁力f
em,根据左手定则，在N极下的所有电流方向为的导体和在S极下所有电流流向为的导体均产生沿着逆时针方向的切向电磁力fem,在该电磁力作用下，使转子受到了逆时针方向的电磁转矩Mem的驱动作用，转子将沿着旋转磁场相同的方向转动。驱动转子的电磁转矩与转子轴端拖动的生产机械的制动转矩相平衡，转子将以恒速n拖动生产机械稳定运行，从而实现了电能与机械能之间的能量转换，这就是异步电动机的基本工作原理。
1.5异步电动机存在的缺点
1.5.1.笼型感应电动机存在下列三个主要缺点
（1）起动转矩不大，难以满足带负载起动的需要。当前社会上解决该问题的多数办法是提高电动机的功率容量（即增容）来提高其起动转矩，这就造成严重的“大马拉小车”，既增加购买设备的投资，又在长期的应用中因处于低负荷运行而浪费大量电量，很不经济。第二种办法是增购液力偶合器，先让电动机空载起动，在由液力偶合器驱动负载。这种办法同样要增加添购设备的投资，并因液力偶合器的效率低于97%，因此至少浪费3%的电能，因而整个驱动装置的效率很低，同样浪费电量，更何况添加液力偶合器之后，机组的运行可靠性大大下降，显著增加维护困难，因此不是一个好办法。
（2）大转矩不大，用于驱动经常出现短时过负荷的负载，如矿山所用破碎机等时，往往停转而烧坏电动机。以致只能在轻载状况下运行，既降低了产量又浪费电能。
（3）起动电流很大，增加了所需供电变压器的容量，从而增加大量投资。另一办法是采用降压起动来降低起动电流，同样要增加添购降压装置的投资，并且使本来就不好的起动特性进一步恶化。
1.5.2.绕线型感应电动机
绕线性感应电动机正常运行时，三相绕组通过集电环短路。起动时，为减小起动电流，转子中可以串入起动电阻，转子串入适当的电阻，不仅可以减小起动电流，而且由于转子功率因数和转子电流有功分量增大，起动转矩也可增大。这种电动机还可通过改变外串电阻调速。绕线型电动机虽起动特性和运行特性兼优，但仍存在下列缺点：
（1）由于转子上有集电环和电刷，不仅增加制造成本，并且降低了起动和运行的可靠性，集电环和电刷之间的滑动接触，是这种电动机发生故障的主要原因。特别是集电环与电刷之间会产生火花，使传统绕线型电动机在矿山、井下、石油、华工等防爆要求的场所，对于灰土、粉尘浓度很高的地方，也不敢使用，这就限制了其应用范围。
（2）当前的传统绕线型电动机为了提高可靠性，多数不提刷，因此运行时存在下列电能浪费：集电环和电刷间的摩擦损耗和接触电阻上的电损耗，电刷至控制柜短路开关间三根电缆的电损耗，若电动机与控制柜之间距离很长，则该损耗将非常严重。并且由于集电环与电刷产生碳粉、电火花和噪声，长期污染周围环境，损害管理人员和周围居民健康。
（3）传统绕线型电动机的起动转矩比笼型电动机的有所提高，但仍往往不能满足满载起动的需要，以至仍然需要增容而形成“大马拉小车”。
上述传统感应电动机存在的严重缺点的根本原因在于“起动”、“运行”和“可靠性”三者之间存在难以调和的矛盾，因此势必顾此失彼，不可兼优。1.6三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。
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：；如果两者转向相反，则：。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。
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）。
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。
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。
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。
1.7
三相异步电动机的起动与调速
1.7.1三相异步电动机的起动
（1）直接起动
直接起动是用闸刀开关或接触器把电机的定子绕组直接接到具有额定电压的电源上。是一种最简单而应用广泛的起动方法。
1）优点：无需附加起动设备，操作方便；
2)缺点：起动电流大，起动转矩小，须足够大的电源；
3)适用条件：小容量电动机带轻载的情况起动。
（2）降压起动
用降低电机端电压的方法限制制动起动电流，待电机转速接近正常转速后，再将端电压升高到额定电压。
如果电源容量不够大，可采用降压起动。即起动时，降低加在电动机定子绕组电压，起动时电压小于额定电压，待电动机转速上升到一定数值后，再使电动机承受额定电压，可限制起动电流。
1)
Y-Δ降压起动
2)
自耦变压器降压起动
3)
电阻降压或电抗降压起动
4)
延边三角形降压起动
（3）软起动
软起动就是在电动机(鼠笼式)
定子回路串入有限流作用的电力器件来实现电机的起动。通过这种方法降低起动电流。软起动是采用软件控制方式来平滑起动电动机，一方面在控制方式上以软件控制强电，另一方面在控制结果上将电动机的起动特性由“硬”平滑变为“软”。软起动过程中产生高次谐波，对周边环境要求比较高，同时起动设备投资非常大；但它起动时无冲击电流，可保持平滑起动，并且可根据负载情况实现自由无级的起动。软起动方式：
液阻式软起动
磁控式软起动
智能式软起动。
1.7.2三相异步电动机的调速
三相异步电动机转速公式为：
从上式可见，改变供电频率f、电动机的极对数p及转差率s均可太到改变转速的目的。异步电动机的调速主要有三种方法.
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
2、变频调速
异步电动机的转速：。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
。
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。
1.8
感应电动机的主要性能指标和额定参数
感应电动机的主要性能指标、基准值和额定参数。
性能指标
基准值
额定参数与标么值
额定功率
电压基准值：额定相电UNF
效率
额定电压
电流基准值：每相功电流IKW
功率因数
额定频率
功率基准值：额定功率PN
最大转矩倍数
额定转速
阻抗基准值：ZKW=UNF/IKW
起动转矩倍数转矩基准值：额定转矩TN
起动过程中的最小转矩
绕组和铁心温升
起动电流倍数第2章
三相异步电机的基本结构与工作原理2.1
电机的分类
电机是指电磁感应作用而运行的电气设备，用于机械能和电能之间的转换、不同形式电能之间的变换，或者信号的传递与转换。
电机的用途广泛，种类很多，按照电机在应用中的能量转换功能来分，可分为发电机、电动机、变换器以及控制电机等。
按所应用的电流种类，又可分为直流电机和交流电机。
按照运动方式来分，可分为静止设备和旋转设备，前者为变压器，后者包括直流电机、异步电机和同步电机。
2.2三相异步电动机的结构和用途
异步电动机也称感应电机，与其他电动机相比，异步电动机具有结构简单、坚固耐用、使用方便、运行可靠、易于制造和维修、价格低廉并有适用于多种机械负载的工作特性。其缺点是调速性能差，功率因数低。下面介绍下三相异步电动机的基本结构、工作原理和运行特性等。
2.2.1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，由若干线圈按照一定规律嵌放在定子铁心槽中并联结起来构成。定子绕组在交变4的磁场中感应电动势、流过电流，从电网吸收或向电网发出功率。定子铁心是电机磁路的一部分，通常是用轧成厚0.5或0.35毫米的硅钢片叠成的。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）。
（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，通常也用厚度为0.5mm的硅钢片叠压而成。
转子绕组是转子的电路部分，在交变的磁场中感应电动势、流过电流并产生电磁转矩。转子绕组分为笼型绕组和绕线型绕组两种。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2-1
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2-2
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
2.2.2异步电动机用途
异步电机主要作用作电动机，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。异步电动机也可以作为发电机，用于风力发电场和小型水电站等。
2.3三相异步电动机的基本工作原理和运行特性
2.3.1
基本工作原理
三相异步电动机运行时的基本点此过程主要分为以下三个阶段：
定子绕组通入对称的三相交流电，便在其中形成圆形旋转磁动势，从而产生基波旋转磁场。
若转子不转，该气息磁场与转子绕组有相对运动，便切割转子绕组，转自绕组产生电动势。由于转子电路是闭合的，在转子绕组中产生相应的电流。
转子带电导体在变化磁场中会受电磁力的作用，因此产生电磁转矩，这样转子便旋转起来，转数为n，只要n小于同步转速，转子导条与磁场仍有相对运动，产生与转子不转时相同方向的电动势、电流和电磁转矩，转子继续旋转，直至电磁转矩与负载转矩平衡，才进入稳定运行状态。
2.3.2三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。图2-4
异步电动机的工作特性曲线
（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，即它在用上式计算时，若令>0，则当与方向相同时，>0；否则，<0。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，因此转差率随输出功率增大而增大，因此它是一条上翘的曲线。
（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）。当用标幺值时，
=1,
=1,曲线通过此点。
（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
根据效率的定义可得其中，为电动机的总损耗，=。
空载时，输出功率为0，故效率也为0。随着负载增加，总损耗增加较慢，则上升较快，当负载增大到可变损耗与不变损耗相等时，达到最高。随着负载继续增大，也将下降。
（5）功率因数特性
三相异步电动机运行时，必须从交流电网吸收滞后性无功功率来满足励磁和漏电抗的需要，因此永远小于1.空载运行时，提高，一般在额定负载附近达到最大值。若负载继续增加，则转差率较大，转子回路阻抗角变大，开始下降。
2.4
三相异步电动机的起动与调速
2.4.1三相异步电动机的起动
三相异步电动机的启动方式有全压启动和降压启动。
（1）全压起动
将额定电压直接加到定子绕组上，称为直接起动。
直接启动时，启动瞬间的转数为0，转差率为1，短路阻抗很小，因而起动电流很大，容易引起电机发热影响其寿命。
（2）降压起动
降压启动是指在启动时，降低定子电压，这就是降压起动。下面介绍三种常用的降压起动方法。
1)
电抗器起动
2)
Y-Δ降压起动
3)
自耦变压器降压起动
2.4.2三相异步电动机的调速
三相异步电动机转速公式为：
可知，可以从以下三个方面来调节异步电动机的转速：
1）改变转差率调速；
2）改变极对数调速，称为变极调速；
3）改变电动机供电电源频率调速，称为变频调速。
第3章
三相鼠笼式电动机电磁设计与方案调整
本章详细阐述Y200L1—6
18.5
kW异步电动机的设计，该电机为一般用途的鼠笼式全封闭自扇冷式三相异步电动机，定子绕组为铜线，绝缘等级为B级，其基本结构防护要求达到国家电工委员会外壳防护等级IP44的要求。满足国内标准，向某些国际表准及某些发达国家标准靠拢，贯彻“三化”——标准化、系列化及通用化的要求。
3.1鼠笼式电动机电磁方案的设计
一、
额定数据及主要尺寸
1．输出功率
=3kW
=3
kW
2．外施相电压
=220V
=220
V
3．功电流
==4.5454A
=4.5454A
4．效率
=0.8394
=0.8394
5．功率因数
=0.885
=0.885
6．极数
=2
=2
7．定子槽数
=24
=24
转子槽数
=20
=20
8．定子每极槽数
==12
=12
转子每极槽数
==10
=109．定、转子冲片尺寸见右图8，图9
单位（mm）图
8
定子冲片尺寸
图
9
转子尺寸
10．极距
==13.1943
=13.1943cm
11．定子齿距
==1.099525
=1.099525cm
12．转子齿距
==1.306864
=1.306864cm
13．节距
=12
=12
14．转子斜槽宽
=1.099525
=1099525cm
15．每槽导体数
=40
=40
16．每相串联导体数
==320
=320
式中：
=1
=1
17．绕组线规（估算）
式中：
导线并绕根数·截面积（）==1.18
=1.18
定子电流初步估算值
==6.15定子电流密度查表得=5.2A/MM
=5.2A/mm
18．槽满率
（1）槽面积=
=0.88627
=0.88627cm2
（2）槽绝缘占面积
=0.025（2*0.97++0.66）=0.083694cm2
=0.083694cm2
（3）槽有效面积
=0.88627-0.083694=0.802576
=0.802576cm2
（4）槽满率
===0.7912522
=0.7912522
绝缘厚度
=0.025
=0.025cm
导体绝缘后外=0.126
=0.126cm
槽契厚度h=0.2
h=0.2cm
19．铁心长
铁心有效长无径向通风道
=20+0.04*2
=20.08
=20.08cm
净铁心长无径向通风道
=0.95*20=19
=19cm
铁心压装系数
20．绕组系数
=0.9576*1=0.9576
=0.9576（1）分布系数
=
=0.9576
=0.9676
式中：
=
=4=15（2）短距系数
=1式中：
=121．每相有效串联导体数
=320*0.9576
=306.432
=306.432
二、
磁路计算
22．每极磁通=0.00094
=0.00094
Wb
式中：
=205.04
=205.04
V
23．齿部截面积
（1）定子=0.7814*17.48*9
=122.93
=122.93
cm2
（2）转子=1.172*17.48*
=150.23
=150.23
cm2=0.9913*17.48*
=127.07
=127.07
cm2
24．轭部截面积
（1）定子=2.45*17.48
=42.826
=42.826
cm2
式中：定子轭部磁路计算高度
圆底槽
（2）转子=70.27
式中：转子轭部磁路计算高度
=4.02*17.48
=70.27
平底槽25．空气隙面积
=12.042*19.1
=230
=230
26．波幅系数
=1.497
=1.497
27．定子齿磁密*10
=14273
GS
=14273
GS28．转子齿磁密*10
=11679
GS*10
=13808
GS
=11679
GS
=13808
GS
29．定子轭磁密*10=13667.4
GS
=13667.4
GS
30．转子轭磁密*10=8339.8
GS
=8339.4
GS
31．空气隙磁密*10=7628.3
GS
=7628.3
GS
32．查附录Vl得=14.039
=5.9664=11.732
=11.1696=2.669533．齿部磁路计算长度
定子:
半开口平底槽
=0.8+2.05+*0.4=2.263
cm
=2.263
cm
转子:平底槽
=3.68
cm
=3.68
cm
34．轭部磁路计算长定子:
=5.38
cm
转子:
=3.016
cm
35．有效气隙长度
式中：
定、转子卡氏系数、
=0.05
*
1.234
*
1.03863
=0.06409
=0.06409
半闭口槽和半开口槽即
=1.278
式中：
齿距为
=1.234
=1.234
槽口宽
=1.03864
=1.03864
36．齿部所需安匝
定子:
=14.039×2.236=31.77
A
=31.77
转子:
=6.1064*1.08+11.732*2.6=36.95
A
=36.95
37．轭部所需安匝
定子=0.43*11.1696*5.38
=25.84
A
=25.84轭部磁路长度校正系数
=0.43
=0.43
转子=0.7*2.67*3.016
=
5.636
A
=5.636=0.7
=0.7
38．空气隙所需安匝
=0.8
*
7628.3
*
0.06409
=391.144
A
=391.144
39．饱和系数
=1.17568
40．总安匝=31.77+36.95+25.84+5.636+391.144
=491.337
=491.337
41．满载磁化电流
==8.0138
A
=8.0138
A
42．满载磁化电流标么值=
=
0.4938
0.4938
43．激磁电抗
==
2.025
2.025
三、
参数计算
44．线圈平均半匝长（估算）
双层线圈
36.36
cm
=23+2*6.7689=36.36
式中：
=19+2*2=23
==6.7689
=6.7689
=
11.957
cm
=11.957
cm
式中：
d1=2
cm
d1=2
cm
=
0.88323
=0.88323=0.469
=0.469
45．双层线圈端部轴向投影长
=6.7689
*
0.469
=3.1745
cm
3.1745
cm
47．漏抗系数
=0.0397
=0.0397
48．定子槽单位漏磁导=0.912
*
0.402+0.934*1.32
=1.6
1.6
式中：
0.912
0.9120.934
0.934
0.402
0.4021.32
1.32
49．定子槽漏抗
=0.0236
=0.0236
式中：
无径向通风道时
=
19
cm
=19
cm
50．定子谐波漏抗=0.022042
=0.02253
式中：
0.0102
0.0102
51．定子端部漏抗
单层链形绕组
=0.008957
=0.008957
52．定子漏抗
=(0.0236+0.022042+0.008957)
=0.05459
=0.0550789
53．转子槽单位漏磁导
=4.2041
式中：
0.5333
0.5333
3.67072
3.67072
54．转子槽漏抗
0.067992
55．
=0.02896
=0.0296
式中：
0.015
0.015
56．转子端部漏抗
==0.00498
=0.0049818.97
cm
18.97
cm
57．转子斜槽漏抗
=0.0099
58．转子漏抗=0.067992+0.02896+0.00498+0.0099
=0.1116303
=0.1116303
59．总漏抗
=0.05459+0.1116303
=0.16622228
=0.1662222860．定子相电阻
=0.537
61．定子相电阻标么值
=0.537*=0.0293
=0.0293
62．有效材料=1.05*36.36*32*54*2.1162*8.9*=12.4247
kg
=12.4247
kg=150.2838
kg
=150.2838
kg
式中：
C=1.05
C=1.05=8.9
=8.9=2.1162
mm
=2.1163
mm
式中：
=
0.92
=0.92
=
0.5
cm
=
0.5
cm
63．转子电阻导条电阻
=0.385
=0.385
端环电阻
=0.0593
=0.0593式中：=22.231
=22.231=1.04
=1.04
转子导条面积
=5.46
cm
=5.46
cm
端环截面积
=1.187
cm
=1.187
cm
转子导条或端环的电阻系数
=0.0434
=0.0434
=0.0434
=0.0434
导条电阻标么值=0.385*
=0.01644
=0.01644
端环电阻标么值
=0.0593*
=0.00253
=0.00253
转子电阻标么值
=0.01644+0.00253
=0.01897
=0.05974
64．满载电流有功部分
==1.1161
=1.1161
65．满载电抗电流部分=0.2203
=0.2203
式中：
=1.027
1.027
66．满载电流无功部分
=0.71417
=0.7141767．满载电势=0.9354
=0.9354
68．空载电势
=0.97304
=0.97304
69．空载定子齿磁密
=*14273
=14847.1
GS
=14847.1
GS
70．空载转子齿磁密
=*11679
=12148.7
GS
=*13807.9
=14363.26
GS
=12148.77
=14363.26
71．空载定子轭磁密
=*13667.4
=14217.2
GS
=14217
72．空载转子轭磁密
=*8339.8
=8675.2
GS
=8675.2
73．空载气隙磁密=*7628.3
=7935.1
GS
=7935.174．空载定子齿安匝
=18.572*2.263=42.03=42.03
75．空载转子齿安匝
=6.827*1.08+14.58*2.6
=45.28
=45.28
76．空载定子轭安匝
=0.43*13.702*5.38=31.69
=31.69
77．空载转子轭安匝
=0.7*2.855*3.016=6.027
=6.03
78．空载空气隙安匝
=0.8*0.0639*7935.13=406.87
=406.87
79．空载总安匝
=42.03+45.28+31.69+6.027+406.87
=531.9
=491.3366
80．空载磁化电流=
=8.6756
=8.6756
81．定子电流标么值
=1.325
=1.325
定子电流实际值
=1.325*16.228
=21.5
=21.5
A82．定子电流密度
(安/毫米)
=5.08
=5.08
83．线负荷
(安/厘米)
=257.1
=257.1
84．转子电流标么值=1.1376
=1.1376
转子电流实际值
=342.65
A
=342.65
A
端环电流实际值=799.96
A
=799.86
A
85．转子电流密度
导条密度
=
=
2.887
2.887
端环密度
=
=
1.465
1.465
86．定子铜损耗
=
0.040256
0.040256
=0.040256*18500=744.74
744.74
87．转子铝损耗=
0.024556
0.024556
454.28
=0.024556*18500=454.2888．附加损耗
铸铝转子
=0.02
0.02
89．机械损耗
=
114.34
114.34
机械损耗标么值
=
0.00618
0.00618
90．定子铁耗
（1）
定子齿重量=6*122.93*2.263
=1669.1415
1669.1415
（2）
定子轭重量=2*6*42.878*5.38
=2768.232
2768.232
（3）
损耗系数=0.044236
=0.0357854
=0.044236
=0.0357854
（4）定子齿损耗
=73.64
=73.84
（5）定子轭损耗
=99.062
=99.062
（6）总铁耗
=382.715
=382.715
铁耗校正系数
=2.5
=2.5=2
=2铁耗标么值
=0.020687
0.020687
91．总损耗标么值=0.042025+0.024556+0.020687+0.02+0.00618
=0.111679
0.1106
92．输入功率
=1+0.111679=1.110679
1.111679
93．
总损耗比
=0.10046
0.10046
94．效率
=0.89954
0.89954
95．功率因数
=0.839
0.839
96．转差率=0.02312
0.023147
97．转速=
=
976.88
rad/min
976.88
98．最大转矩=2.56
2.56
四、起动计算
99．起动电流假定值
=135.07
135.07
100．起动时漏磁路饱和引起漏抗变化的系数
=39573.7
39573.7=3052.586
3052.586
=0.9642
0.91637
101．齿顶漏磁饱和引起定子齿顶宽度的减少=0.484143
0.484143
102．齿顶漏磁饱和引起转子齿顶宽度的减少=0.727654
0.727654
103．起动时定子槽单位漏磁导=0.912*(0.402-0.173658)+0.934*1.32
=1.441128
=1.441128
式中：
=
0.173658
=0.17366
104．起动时定子槽漏抗
=*0.0236=0.02125680.02126
105．起动时定子谐波漏抗
=0.51
*
0.022042=0.011241
0.01124
106．定子起动漏抗=（0.02125682+0.011241+0.008957）
=
0.0414553
0.04146
107．考虑到挤流效应的转子导条相对高度=2.428
2.428
式中：
转子导条高，对于铸铝转子不包括槽口高
=3.6
转子导条宽对槽宽之比值，对于铸铝转子1
导条电阻系数。
对A、E、B级绝缘
铝为4.34（浇铸）
=4.34
108．转子挤流效应系数
=2.58
=2.58
查转子挤流效应系数图得
=0.64
=0.64
109．起动时转子槽单位漏磁导=0.0981+1.7585
=1.8566
1.8566
式中：
=0.533-0.4352=0.0981
0.0981=0.4352
=0.4352
=0.64*2.7477=1.75851.7585
110．起动时转子槽漏抗
=*0.068
=0.030027
=0.030027
111．起动时转子谐波漏抗
=0.51*0.0296=0.01477
=0.01477
112．起动时转子斜槽漏抗
=0.51*0.0096978=0.004946
=0.004946
113．转子起动漏抗
=0.030027+0.016477+0.004980.004946
=0.0547227
=0.0547227
114．起动总漏抗=0.096178
=0.0414553+0.0547=0.096178115．转子起动电阻
=0.045
=0.06011
116．起动总电阻=0.02293+0.045=0.06788
0.06788
117．起动总阻抗=0.11772
=0.11772
118．起动电流
==137.8529
=137.8529=
=6.411
119．起动转矩
=3.169
3.2电机调整方案
电机的重要数据可以通过前面的章节初步确定，但是欲得到合理的方案设计数据，则需要通过计算机调试来获得，实验结果如果不能满足要求，则需要进行再次方案调整，直至符合国家标准和用户要求。电机方案的调整和优化是一项非常复杂的工作。下面我们把计算中可能遇到的问题、调整方法以及调试方案所得分析介绍如下。
现象
原因
调整方法
注意事项一、效率η低
1、定子铝（铜）损耗大
降低定子绕组电阻：
（1）增大导线面积（2）减少每相串联导体数（即减少每槽导体数）（1）槽满率增高，嵌线困难
（2）用铝（铜）量增加
（1）漏抗减小，起动电流增高
（2）齿、轭部磁密增高，铁耗增加，功率因数可能下降
（3）减少绕组端部长度
（1）嵌线困难
2、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
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（特别是设法增加净铁心长，如采取氧化膜、退火等工艺措施，注意提高涂漆质量）
降低旋转铁耗：
（3）减少定转子槽口宽度以及采用闭口槽（一般用于转子）和磁性楔（一般用于定子）
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、最大转矩下降
（1）铝（铜）损耗增加
4、机械损耗大
（1）减小风扇尺寸
（2）轴承润滑油适合
（3）提高装配质量
（1）温升升高
5、杂散损耗大
（1）工艺处理（转子脱壳、硅钢片退火等）减少横向电流损耗
（2）选择合适槽配合
（3）适当增大气隙
（4）选用合适的绕组型式，如双层绕组、Δ-Y混合连接绕组
（5）采用磁性槽楔、闭口槽和合适的转子槽斜度等
（1）注意附加转矩、振动和噪声
（1）功率因数下降（1）漏抗增加，起动转矩、最大转矩下降
二、功率因数低
1、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
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α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
四、起动转矩和最大转矩小
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
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
五、温升高
1、线负荷A大
（1）减小每槽导体数
（1）起动电流增加
（2）功率因数下降
2、电流密度过大
（1）增大导线面积
（1）槽满率增高
（2）用铝（铜）量增加
3、损耗大
调整方法如前述3.3
方案结果分析
方案一
节省材料
方法：减小铁心长，由原核算时的L=
19cm18.5cm；线径由原核算d=1.12mmd=1.08mm，每槽导体数有3233。结果数据：
项目
核算时
调整后
节约材料
原因
Gfe(kg)
150.2838
146.329
3.955
kg
铁心长减少；
Gcu(kg)
12.4247
12.3945
0.03
kg
每槽导体数加大，线径减小；槽满率
76.245%
76.22%线径减小，每槽导体数增加
分析：线径减小，使用铜量减少，槽满率也减小，槽满率过小可以通过增加每槽导体数改善。但此时用铜量会相应增加；减小铁心长，使漏抗降低，导致起动转矩，起动电流和最大转矩都增大，同时用铁量也减少，但是磁密增加太多，若要通过增加每槽导体数来减小磁密，则用铜量有要增加。此方案中线径减小时槽满率降为73.9%，不满足标准。于是增加了每槽导体数，由32增加为33.方案二：提高效率
增加铁心长，由原核算时的L=
19cm
19.5cm；线径由原核算时d=1.12mmd=1.16mm
结果数据：
主要指标
核算时
调整后
偏差百分比
原因0.839
0.845
0.715%
满载无功电流减小
效率
0.90
0.9013
0.144%
损耗减小
Ist
6.411
6.377
0.53%
起动阻抗增加3.169
3.08
2.81%
起动阻抗增加
Tm
2.56
2.51
1.95%
漏抗增加
Gfe(kg)
150.2838
154.239
6.24%
铁心长增加
Gcu(kg)
12.4247
12.8452
3.07%
线径加大分析原因：
1）增加铁心长，从而引起漏抗减小，使满载电抗电流减小，进而使转子损耗减小，效率有所提高；起动电流倍数由原核算时的6.22下降为6.15；齿部、轭部、气隙的磁密有所下降,分别由原来的Bt1=1.4273T,
Bt2=1.1679T、1.3807T,
Bc1=1.3667T,
Bc2=0.8339T分别降低为Bt1=1.3972T,
Bt2=1.1432T、1.3516T,
Bc1=1.3316T,
Bc2=0.8126T。
2）铁心长增加，使用铁量由15.2838kg增加为154.239kg，线径增大，铜损耗Pcu有所下降，由原来的744.7W下降为707.7W。线径增大，用铜量上升，由原来的12.4727kg增为12.8452kg，槽满率上升，由原核算时的Sn=76.24%Sn=78.66%,从而使槽的利用率得到了提到，但相应嵌线难度加大过高嵌线困难，劳动量及工时增加，容易损伤绝缘。
方案三：提高功率因数和效率，并且减少材料
调整方法：气隙长度由0.05cm减小为0.04cm，铁芯长度由19cm减小为18.5cm。调整结果：
主要指标
核算时
调整后
偏差百分比
原因0.839
0.8587
2.35%
满载无功电流减小
效率
0.90
0.902
0.2222%
损耗减小
Ist
6.41
6.441
0.484%
起动阻抗增加3.169
3.037
4.165%
起动阻抗增加
Tm
2.56
2.48
3.125%
漏抗增加
Gfe(kg)
150.2838
146.32897
3.63%
铁心长增加
Gcu(kg)
12.4247
12.4247
0%分析：气隙减小，旋转磁场对转子的作用力加大，但由于铁芯长度增加，使得自动转矩减小了；.转子对线圈的反电动势加大，导致电流减小，耗电减小，电机发热减小。气隙减小，由于轴承的磨损，转子铁心容易与定子铁心产生摩擦，一旦产生摩擦，就会破坏铁心的绝缘，产生涡流，电机发热，使电机寿命降低。这次优化能有效提高电机的效率和功率因素，但起动转矩减小了和起动电流增大了，对电机的运行有一定影响。
3.4
提高电机工作性能的其他措施
提高电机工作性能还可以采用一些其他措施。
1.
合理选取近槽配合，采用少槽-近槽配合，同时增加定转子槽数，可以降低电机系数损耗。
2.
采用较好的导磁材料，可以降低电机的铁耗。
3.
合理设计风扇，进一步解决温升的问题，可以提高电机的效率。
4.
采用正弦绕组，可减少电机的相带谐波，改善气隙磁势曲线，以接近正弦分布，提高基波分布系数，从而减少电机导致损耗，提高效率。总结
经过将近三个月的努力，本次毕业设计和论文撰写终于接近尾声，在此做个总结。
毕业设计是教学计划的重要环节，是大学最后的学习阶段和综合训练阶段，是对学生学习与实践成果的全面总结，更是对大学四年教学计划和培养目标的全面检验。毕业设计不仅对所学知识起到深化和提高的作用，也是毕业资格认定的重要依据。通过这次毕业设计，使我对所学的专业知识得到了一个总结，也解决了许多以往学习中还不太明白的问题，让我对异步电动机的设计有了一个更直观的认识，也提高了我对所学专业知识的应用能力。
世上无难事，只怕有心人。这次做毕业设计也是断断续续，没有一气呵成，主要也是因为我自己的一点点惰性，而且面对诸多公式和数据，每每算到头都大了，便打退堂鼓，可是事情总是要完成，又不得不逼自己抓紧时间好好做，反反复复好多次，终于还是把它做完了，所以，人还是不要虚啊。
在毕业设计过程中，我发现我对以往所学知识的掌握还不够彻底，还存在着许多问题，于是又反复看了几遍《电机学》、《电机设计》等基本专业书籍，对于这几门专业课程有了更深的认识。
通过毕业设计的学习和实践，我收获了很多，也扩大了我的视野，进一步认识到自己的水平。通过毕业设计，夯实了我在学校所学的专业基础知识，提高了实践能力，使我能尽快地处理和解决做毕设过程中遇到的问题，提高自学能力和独立思考解决问题的能力。
致
谢
在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。
在此更要感谢我的导师和专业老师，是你们的细心指导和关怀，使我能够顺利的完成毕业论文。在我的学业和论文的研究工作中无不倾注着老师们辛勤的汗水和心血。老师的严谨治学态度、渊博的知识、无私的奉献精神使我深受启迪。从尊敬的导师身上，我不仅学到了扎实、宽广的专业知识，也学到了做人的道理。在此我要向我的导师致以最衷心的感谢和深深的敬意。参考文献
［1］陈世坤
电机设计-2版.北京：机械工业出版社，2000
［2］戴文进，张景明
电机设计
.北京：清华大学出版社，2010
［3］电气工程CAD，刘增良、刘国亭主编，中国水利水电出版社
［4］张植保
电机原理及其运行与维护
［M］.北京：化学工业出版社，1994.7
［5］杨万青，刘建忠
实用异步电动机设计安装、与维修
.第5版［M］.北京：高等教育出版社，1999
［6］季杏法
小型三相异步电动机技术手册
.北京：机械工业出版社，1994.7
［7］中小型三相异步电动机电磁计算程序
第一机械工业部上海电器科学研究所，
1971
［8］三相异步电动机设计、原理与试验沈阳机电学院，1977
［9］Recursive
identi?cation
of
induction
motor
parameters
,2004附图
Recursive
identi?cation
of
induction
motor
parameters
Abstract
The
use
of
linear
parameter
estimation
techniques
to
determine
the
rotor
resistance,
self-inductance
of
the
rotor
winding,
as
well
as
the
stator
leakage
inductance
of
a
three-phase
induction
machine
is
investigated
in
this
paper.
In
order
to
obtain
results
with
maximum
accuracy,
some
speci?c
procedures
to
reduce
the
e?ect
of
the
operating
conditions
on
the
quality
of
the
estimates
are
investigated.
For
analytical
identi?cation,
a
model
is
developed
from
the
steady-state
equations
of
induction
motor
dynamics.
The
identi?cation
procedure,
based
on
a
simple
algorithm
derived
from
least
squares
techniques,
uses
only
the
information
of
stator
currents
and
voltages
and
rotor
angular
speed
as
input–output
data.
The
computer
simulation
as
well
as
the
experimental
results
are
used
to
anchor
the
main
conclusions
issued
from
this
study
and
to
demonstrate
the
practical
use
of
the
identi?cation
method.
?
2004
Elsevier
B.V.
All
rights
reserved.
Keywords:
Linear
parameter
estimation;
Induction
motor;
Least
squares
techni-ques
1.
Introduction
The
development
of
a
high-performance
induction
motor
drive
system
is
very
important
in
industrial
applications.
Generally,
it
starts
by
the
characterization
of
the
induction
machine
selected
by
the
designer.
This
previous
task
aims
to
identify
the
parameters
that
are
relevant
to
the
subsequent
design
steps.
A
mismatch
in
parameters
is
prone
to
create
control
errors.
In
torque
control
applications,
torque
is
estimated
using
measurements
of
currents
and
estimations
of
?uxes.
A
mismatch
in
parameters
will
generate
erroneous
?ux
estimation
and
consequently
erroneous
torque
estimates
[6,23,27].
Nomenclature
,d-
and
q-axis
stator
voltages
,
d-
and
q-axis
stator
currents
,
d-
and
q-axis
rotor
currents
,
d-
and
q-axis
stator
flux
linkages,
d-
and
q-axis
rotor
flux
linkages
,
stator
and
rotor
currents
space
vectors
stator
voltage
space
vector
,
stator
and
rotor
flux
space
vectors
,
stator
and
rotor
resistances
,stator
and
rotor
inductances
,
stator
and
rotor
leakage
inductances
M
mutual
inductancerotor
angular
speedsynchronous
angular
speed
slip
angular
speedtotal
leakage
coefficient
,
electromagnetic
and
load
torque
J
total
inertia
F
friction
coefficient
P
number
of
pole
pairs
Λ
denotes
the
estimated
value
j
represents
the
standard
ffi_ffiffiffi1ffiffiffi
p
complex
number
The
literature
contains
a
rich
variety
of
procedure
which
can
be
used
for
induction
motor
parameter
identi?cation
[4,
16,
26,
29,
32].
The
simultaneous
estimation
of
induction
machine
parameters
and
states
are
presented
in
[1,12,
18].
The
use
of
linear
techniques
based
on
the
dynamic
model
of
the
induction
motor
is
proposed
in
[25].
Some
proposed
solutions
involve
the
use
of
arti?cial
neural
networks
[8]
or
neuro-fuzzy
controllers
to
induction
machine
stator
resistance
identi?cation
[5].
In
[14,34],
the
extended
Kalman
?lter
is
formulated
to
allow
the
joint
estimation
of
the
state
variables
and
the
machine
parameters.
The
on-line
tuning
of
the
stator
resistance,
stator
inductance,
transient
inducta
nce,
and
rotor
resistance
is
discussed
in
[11,15,17].
An
interesting
approach
for
tuning
the
rotor
resistance
is
proposed
in
[20]
based
on
model
reference
adaptive
system
(MRAS)
schemes.
All
these
investigations
demonstrate
that
the
performance
of
the
drive
can
be
improved
through
accurate
estimation
of
the
machine
parameters.
Generally,
induction
motor
parameter
estimation
methods
can
be
classi?ed
into
?ve
di?erent
categories,
depending
on
what
data
is
available,
and
what
the
data
is
used
for:
?
Parameter
calculation
from
motor
construction
data.
This
method
requires
a
detailed
knowledge
of
the
machine’s
construction,
such
as
geometry
and
material
parameters.
It
is
the
most
accurate
procedure,
since
it
is
closely
related
to
the
physical
reality
and
the
most
costly
one
since
it
is
based
on
?eld
calculation
methods,
such
as
the
?nite
element
method
[10,31].
?
Parameter
estimation
based
on
steady-state
motor
models.
The
methods
use
iterative
solutions
based
on
induction
motor
steady-state
network
equations
[2,7,9,19].This
is
the
most
common
type
of
parameter
estimation
for
system
studies
since
the
data
needed
for
it
is
usually
available.
?
Frequency-domain
parameter
estimation.
The
stand-still
frequency
response
method
is
based
on
measurements
that
are
performed
at
standstill.
The
motor
parameters
are
estimated
from
the
resulting
transfer
function.
This
method
cannot
be
used
very
often.
In
fact,
stand-still
tests
are
not
common
industry
practice.
?
Time-domain
parameter
estimation.
The
time-domain
motor
measurements
are
performed
and
model
parameters
are
adjusted
to
match
the
measurements.
Since
not
all
parameters
can
be
observed
using
measurable
quantities,
the
motor
models
need
to
be
simpli?ed
[22].
The
method
is
costly,
and
the
required
data
is
usually
not
available.
?
Real-time
parameter
estimation.
This
type
of
parameter
estimation
is
used
to
tune
the
controllers
of
induction
motor
drive
systems.
This
requires
real-time
parameter
estimation
techniques,
using
simpli?ed
induction
motor
models,
that
are
fast
enough
to
continuously
update
the
motor
parameters
and
therefore
prevent
the
detuning
of
induction
machine
controllers
[13,24,28].
The
aim
of
identi?cation
is
the
determination
of
a
mathematical
model
of
su?cient
accuracy.
To
develop
robust
methods
for
parameter
estimation,
it
is
important
to
quantify
the
information
content
about
machine
parameters
on
measured
signals.
This
is
of
particular
importance
when
we
are
limited
only
to
electrical
terminal
quantities,
such
as
stator
voltages
and
currents.
A
fundamental
problem
connected
to
the
parameter
identi?cation
of
induction
motors
arises
because
the
rotor
?eld
cannot
be
measured.
We
propose,
in
this
paper,
a
new
approach
to
overcome
this
drawback.
By
simple
manipulations
of
the
induction
motor
model,
we
determine
a
set
of
equations
suitable
for
application
to
parameter
identi?cation
analytical
techniques
such
as
the
least
squares
(LS)
method.
In
this
paper
LS
techniques
are
applied
for
parameter
identi?cation
of
induction
motors.
These
procedures
belong
to
the
second
group
of
methods
and
deals
with
o?line
parameter
identi?cation
from
input–output
data
generated
by
supplying
the
motor
with
sinusoidal
voltages.
The
recursive
least
squares
(RLS)
algorithm
can
be
readily
implemented
in
machine
drive
systems.
The
present
paper
has
signi?cant
improvements
as
well
as
many
new
results.
The
main
contributions
of
this
research
in
relation
to
previous
works
are
?
a
mathematical
model
is
derived
suitable
for
parameter
identi?cation
by
means
of
an
analytical
method;
?
a
methodology
is
proposed
to
determine
analytically,
in
steady-state,
the
motor
parameters;
?
a
recursive
procedure
is
considered
with
the
aim
of
eliminating
the
term
involving
the
products
of
acceleration
and
rotor
?eld;
?
the
e?ects
of
the
approximations
introduced
using
the
above
approaches
are
shown,
comparing
experimental
and
simulation
results.
The
paper
is
organised
as
follows:
Section
2
provides
a
detailed
induction
motor
mathematical
model
and
presents
the
RLS.
Simulation
results
using
RLS
algorithm
are
presented
in
Section
3
to
show
the
e?ectiveness
of
the
proposed
method.
The
experimental
results
on
a
3
kW
induction
machine
are
given
in
Section
4
and
con?rm
the
theoretical
results.
Finally,
Section
5
concludes
this
paper.
2.
Induction
motor
parameter
identi?cation
This
section
deals
with
the
o?-line
parameter
identi?cation
method
starting
from
input
data
given
by
stator
voltages
as
inputs
and
stator
currents
and
velocity
as
outputs.
First
of
all,
a
mathematical
model
is
derived
in
which
parameters
identi?abl
e
from
input
data
appear.
Then,
an
analytical
method
based
on
LS
techniques
is
described.
2.1.
Induction
motor
model
(IM
model)
The
assumptions
used
to
obtain
the
equivalent
circuit
are
as
follows
[3,30]:
?
The
core
and
mechanical
losses
are
neglected.
?
The
machine
is
symmetric.
?
Both
stator
windings
and
rotor
squirrel
cage
are
replaced
by
three-phase
sinusoidally
distributed
winding,
hence,
the
e?ects
of
space
harmonics
can
be
neglected.
?
The
rotor
bars
are
insulated
from
the
iron.
Hence,
no
interbar
currents
can
?ow.
?
There
is
no
saturation
or
other
nonlinearities.
?
The
stator
resistance
is
constant.
Fig.
1
gives
three
di?erent
reference
frames:
stator
reference
frame（α；β）
rotor
reference
frame（D；Q）
and
arbitrary
reference
frame
（d
;
q）.
By
referring
to
a
stationary
frame,
denoted
by
the
superscript
a
which
is
with
d-axis
attached
on
the
stator
winding
of
phase
A
(Fig.
1),
the
dynamic
model
of
a
three-phase,
balanced,
singly
excited
induction
motor
can
be
expressed
as
follows:Fig.
1.
Reference
frames
and
space
vector
representation.The
mechanical
equation
isWherestator
and
rotor
d
and
q-axes
flux
linkages
are
given
byDetails
on
the
IM
model
in
the
rotor
reference
frame
and
in
the
rotating
field
reference
frame
can
be
found
in
[23].
In
space-vector
notation,
the
stator
and
rotor
voltages
are
known
to
be
whereThe
de?nitions
of
the
variables
and
the
constants
that
appear
in
the
above
equations
are
given
in
nomenclature.
Eqs.
(5)
and
(6)
depict
the
complete
dynamic
input–output
behaviour
of
a
three-phase
induction
machine.
Our
objective
is
to
estimate
the
machine
parameters
by
using
real
data
taken
during
the
steady
state
operation.
2.2.
Space
vectors
The
use
of
space
vectors
as
complex
state
variables
is
an
e?cient
method
for
ac
machine
modelling.
To
describe
the
space
vector
concept,
a
three-phase
stator
winding
is
considered
with
the
respective
three-phase
currents
ias,
ibs
and
ics.
The
resulting
equationwithde?nes
the
complex
stator
current
space
vector.
In
the
same
way
as
the
phase
currents
de?ne
the
stator
current
space
vector,
the
phase
voltages
at
the
machine
terminals
de?ne
the
stator
voltage
space
vector2.3.
Identi?cation
with
RLS
algorithm
The
accuracy
of
a
model
depends
on
the
degree
of
coincidence
that
can
be
obtained
between
the
model
and
the
modelled
system.
Coincidence
should
prevail
both
in
terms
of
structures
and
parameters.
In
this
paper,
the
parameter
estimation
problem
is
solved
using
the
standard
recursive
least
squares
(RLS)
method.
As
shown
in
Fig.
2
the
model
is
run
in
parallel
with
the
system
and
the
parameters
are
estimated
by
minimizing
a
measure
of
the
model
prediction
errorwhere
is
the
prediction
of
the
scalar
measured
output
y
at
instant
k,
given
the
input/output
data
up
to
the
instant
k
1,
describes
by
the
linear
regression
expression
is
the
vector
of
estimated
parameters
and
x
is
the
regression
vector
containing
old
inputs
and
outputs
of
the
system
to
be
identi?ed.
A
set
of
samples
of
the
input
voltages
and
the
output
currents
are
acquired,
from
which
the
vectors
of
the
corresponding
stator
quantities
are
calculated.
Their
respective
components
are
stored
in
a
memory
as
a
function
of
time.
The
measured
stator
voltages
are
used
as
input
signals
for
the
proposed
model
of
the
machine.
This
model
describes
the
dynamic
behaviour
of
the
induction
machine
and
serves
to
calculate
an
estimated
vector.
The
error
between
the
real
vector
y
and
the
estimated
vector
is
reduced
by
varying
the
parameters
of
the
model.
The
RLS
algorithm
block
represents
the
adaptation
mechanism,
which
determines
the
unknown
parameters
of
theprocess.
The
RLS
algorithm
corresponding
to
the
minimisation
of
the
criterion
(14)
is
described
by
the
following
steps
[21]:
1.
Initial
conditions:
The
initial
value
of
the
estimated
parameter
vector
is
set
equal
to
zero.
The
initial
covariance
matrix
P
is
assumed
to
be
a
diagonal
matrix
with
large
positive
numbers.
2.
Compute
estimate
3.
Compute
the
estimation
error
of
y（k）4.
Compute
the
estimation
covariance
matrix
at
instant
k5.
Compute
the
estimation
vector
at
instant
k6.
Repeat
steps
2–5
until
a
preset
minimum
error
eekT
is
reached.
That
being
stated,
the
data
useful
for
identi?cation
are
velocity,
stator
voltages
and
stator
currents.
3.
Conclusion
An
identi?cation
methodology
based
on
the
RLS
algorithm
was
successfully
applied
in
this
work
to
identify
induction
motor
parameters.
The
identi?cation
algorithm
should
be
executed
when
the
system
is
in
steady
state
operation.
Of
course,
it
cannot
be
used
in
the
worst
operational
situations
when
the
system
is
in
transient
state
or
continues
to
oscillate
largely.
As
this
research
is
in
a
preliminary
phase,
further
work
is
needed.
Future
research
should
be
directed
to
extend
the
proposed
method
to
an
on-line
identi?cation
one
which
not
only
can
provide
good
performance
regardless
of
load
conditions
but
also
can
work
well
even
when
the
system
is
in
transient
state
or
continues
to
largely
oscillate.
References
[1]
D.J.
Atkinson
et
al.,
Observers
for
induction
motor
state
and
parameter
estimation,
IEEE
Trans.
Ind.,Appl.
27
(6)
(1991)
1119–1127.
[2]
D.J.
Atkinson
et
al.,
Estimation
of
rotor
resistance
in
induction
motors,
Proc.
IEE––Elect
Power,Appl.
143
(1)
(1996)
87–94.
[3]
F.
Barret,
R
egimes
transitoires
des
machines
tournantes
electrique,
Collection
des
etudes
et,Recherches
d’
electricit
e
de
France,
Edition
Eyrolls,
Paris,
1982.
[4]
B.A.
de
Carli,M.L.
Cava,
Parameter
identi?cation
for
induction
motor
simulation,
Automatica
12
(4),(1976)
383–386.
[5]
K.B.
Bimal,
R.P.
Nitin,
Quasi-fuzzy
estimation
of
stator
resistance
of
induction
machines,
IEEE
Trans.
Power
Electron.
13
(3)
(1998)
401–409.
[6]
B.K.
Bose,
Power
Electronics
and
AC
Drives,
Prentice-Hall,
New
Jersey,
1986.
[7]
M.
Boussak,
G.A.
Capolino,
Recursive
least-squares
rotor
time
constant
identi?cation
for
vector-controlled
induction
machine,
Elect.
Mach.
Power
Syst.
20
(2)
(1992)
137–147.
[8]
L.A.
Cabrera
et
al.,
Tuning
the
stator
resistance
of
induction
motors
using
arti?cial
neural
network,IEEE
Trans.
Power
Electron.
12
(5)
(1997)
779–787.Table
2Estimated
values
of
the
induction
motor
parameters
Machine
parameters
Original
values
Estimated
values
Percent
errors
递推辨识的异步电机参数
摘要
使用线性参数估计技术，来确定转子电阻，转子绕组的自感，以及进行了三相异步电动机定子漏感的研究。为了取得最大成果的准确性，一些具体的程序，以减少的影响，操作条件的质量估计的影响。为分析鉴定，一个模型，从稳定状态方程的异步电动机动态。鉴定程序，基于一个简单的算法来自最小二乘技术，仅使用信息的定子电流和电压和转子角速度作为输入输出的数据。计算机模拟以及实验结果用于锚的主要结论发表的这项研究，并证明在实际使用的识别方法。
关键词：线性参数估计;
感应电动机;
最小二乘技术
1
.导言
开发高性能的感应电机驱动系统是非常重要的工业应用。一般来说，设计师对异步电机的选定表征它开始。这以前的任务旨在确定的有关参数，随后的设计步骤。错配参数很容易创建误差控制。转矩控制中的应用，转矩估计使用测量电流和估计通量。错配参数将产生误差估计，因此通量误差扭矩估计[
6,23,27
]
。
命名
,d
和q轴定子电压
,
d
和q轴定子电流
,
d
和q轴转子电流
,
d
和q轴定子磁链的联系
,
d和q轴转子磁链的联系
,
定子和转子电流的空间载体
定子电压空间矢量
,定子和转子磁链空间矢量,定子和转子电阻
,定子和转子电感
,
定子和转子渗漏电感
M互感
转子角速度
同步角速度
滑角速度
总泄漏系数
,电磁和负载转矩
J总惯量
F摩擦系数
P极对数
Λ
指的估计值
j代表标准
（）复数
文献中包含了丰富的程序可用于感应电机参数辨识[
4,16,26,29,32
]
。同时估计异步电机的参数和国家提出了[
1,12,18
]
。使用线性技术基于动态模型的感应电动机建议在[
25
]
。有人提出的解决方案涉及利用人工神经网络[
8
]或神经模糊控制器感应电机定子电阻鉴定[
5
]
。在文献[
14,34
]的扩展卡尔曼滤波的制订，使联合估计的状态变量和机器参数。在线调整定子电阻，定子电感，瞬态电感和转子电阻的讨论在[
11,15,17
]
。一个有趣的方法，调整转子电阻提议[
20
]基于模型参考自适应系统（模型参考自适应）计划。所有这些调查表明，业绩的驱动器可改善准确估计的机器参数。
一般来说，异步电动机参数估计方法可分为五个不同的类别，这取决于数据，什么数据是用于：
1.从电机参数计算建筑数据。这种方法需要详细知识的机器的建设，如几何形状和材料参数。这是最准确的程序，因为它是密切相关的物理现实和最昂贵的一个，因为它是基于现场的计算方法，如有限元法[
10,31
]
。
2.
参数估计基于稳态运动模式。使用迭代的方法解决方案基于异步电机稳态网络方程[
2,7,9,19
]
。这是最常见的类型的参数估计的系统研究，因为所需的数据通常是可用。
3.
频域参数估计。待命仍然频率响应方法基于测量的完成停顿。马达参数估计从由此产生的传递函数。这种方法不能经常用到。事实上，独立的测试仍然是不常见的行业惯例。
4.
时域参数估计。时域测量电动机和模型参数进行调整，以符合测量。自从并非所有的参数可以看出，使用可衡量的数量，汽车模型需要简化[
22
]
。该方法成本高昂，而且所要求的数据通常是无法使用。
5.
实时参数估计。这种类型的参数估计是用来调整该控制器的异步电机驱动系统。这就需要实时参数估计技术，使用简化的感应电动机模型，这是快速足够的不断更新电机参数，因此防止失谐的感应电机控制器[
13,24,28
]
。
鉴定的目的是确定一个数学模型，充分准确性。制定强有力的方法，参数估计，重要的是要量化的信息内容关于机器参数的测量信号。
这一点特别重要，如果我们只限于电气终端数量，如定子电压和电流。
一个根本问题连接到参数辨识感应电动机的转子是因为外地不能衡量。我们建议本文件中，
一种新的办法来克服这一缺陷。通过简单的操作的诱导汽车模型，我们确定了一套适合方程的应用参数鉴定分析技术，如最小二乘（LS）的方法。
本文采用最小二乘技术参数辨识感应汽车。这些程序属于第二类的方法和处理离线参数辨识的输入输出产生的数据提供电机与正弦电压。递归最小二乘（的RLS
）算法可容易实施机驱动系统。
本文件有重大改进，以及许多新的成果。那个主要贡献这项研究在以往的作品
1.
数学模型推导出适用于参数识别方法分析方法;
2.
一种方法是建议，以确定分析，在稳定状态，电动机参数;
3.
递归程序的审议，以期消除长期参与产品的加速和转子磁场;
4.
近似介绍利用上述方法的影响表明，比较实验和仿真结果。
该文件是举办如下：第2款提供了详细的诱导电机的数学模型，并介绍了算法。仿真结果使用
RLS算法是在第3节，以显示效果的建议方法。实验结果在3千瓦电机给出在第4节和确认的理论成果。最后，第5节结束本文章。
2
异步电机参数辨识
本节涉及离线参数辨识方法从输入数据所给予的投入定子电压和定子电流和速度的产出。
首先，数学模型推导出的参数识别从输入数据显示。然后，分析方法基于LS技术描述。
2.1
异步电动机模型（
IM模型）
所用的假设，以获取等效电路如下[
3,30
]
：
1.
核心和机械损失忽视。
2.
该机器是对称的。
3.
这两个定子绕组和转子鼠笼所取代的三相绕组正弦式变化负载电流分配，因此，空间谐波的影响可以忽略不计。
4.
转子间铁绝缘。因此，没有相互电流可以流动。
5.
没有饱和或其他非线性。
6.
对定子电阻是永恒的。
图1列举了三个不同的参照框架：定子参照系（α；β）
，转子参照系（D；Q）和任意参照系（d
;
q）。
提到一个静止的画面，指的是上标α与
名d轴附加的定子绕组A相（图1
），动态模型的一个三阶段的，平衡的，单独兴奋异步电动机可表示如下：图1
参照框架和空间矢量的代表性。力学方程是其中定子和转子d和q轴通量的联系都是给定的详细的感应电机模型的转子参照系和旋转外地参考画面中可以找到在文献[
23
]
。在空间矢量符号，在定子和转子电压已知
其中在上述方程给出了定义变量和常量出现术语。
公式（
5
）和（
6
）描述完成动态输入-输出三相异步电机的状态。我们的目标是估计电机参数使用真实的数据期间采取的稳态运行。
2.2
空间向量
利用空间向量的复杂状态变量是一种有效交流电机建模的方法。描述空间矢量的概念，将分一个三阶段定子绕组被视为与各自的三相交流电流Ias，Ibs，Ics。由此产生的方程：其中，定义了复杂的定子电流空间矢量。同样的方式相电流确定定子电流空间矢量的相电压在电机终端定义定子电压空间矢量。2.3
鉴定与RLS算法
模型的巧合程度取决于可获得模型之间和参照系统的准确性。巧合应在两个方面的结构和参数。在本文中，参数估计的问题是解决了使用标准的递推最小二乘（RLS
）方法。如图2所示该模型的并行运行的系统和参数估计，通过最小程度的预报误差模型其中是在k时刻预测量测的输出y，得出在k—1时刻输入/
输出的数据
，介绍了线性回归表达式：
图2
RLS识别方法
是载体的估计参数，x是回归载体系统的输入和输出的确定。一组样品的输入电压和输出电流被确定，从而计算该载体相应定子数量。它们各自的组成部分都存储在一个内存作为时间函数的。测量定子电压作为输入信号的模型机。该模型介绍了动态行为的感应电机和服务计算估计载体。向量Y和向量的误差估计是不同的模型参数减少了。RLS算法块的代表适应机制，它决定了未知参数的过程。相应的RLS算法的最小的标准（
14
）描述了以下步骤[
21
]
：
1
.初始条件：估计参数向量
的初始值是等于零。最初的协方差矩阵P是假定对角线矩阵大正数。
2
.计算估计3.误差y（k）计算估计4.在时刻k方差矩阵的计算估计5.在时刻k向量的计算估计6
.重复步骤2-5
，直到预设的的最低误差是正确在这种情况指出，该有效数据是速度，定子电压和定子电流。
3
结论
识别方法的成功是建立在RLS算法这项工作中确定的异步电机参数。识别算法执行时，系统应该在稳态运行。当然，它不能被用来在最坏的情况下运行，当系统在暂态或持续振荡时。这项研究是在初步阶段，需要进一步开展工作。未来的研究方向应是延展评估方法的联机识别提供其中不仅有良好的性能，也可以无论负载条件下工作的系统，即使系统在短暂或持续很大程度上振动。
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