异步电动机电磁计算程序44页PPT

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定子铁心
电动机磁路的一部分，装在机座里。 材料： 0.5mm厚的硅钢片（目的是 降低定子铁心里的铁损耗）；
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定子绕组
独立三相绕组引出六根出线头,
接成Y形或△形
材料：定子绕组用绝缘的铜（或铝） 导线绕成，按照一定的规律嵌放在 铁心槽中。
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电机的接线
Y形连接
△形连接
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2）转子：
有鼠笼式和绕线式两种。由转子铁心、转子绕组和转轴组成。
3）气隙：
定子与转子之间气隙小，在中、小型异步电动机中，气隙 一般为0.2~2.0mm左右
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机座与端盖
材料：铸铁、铸钢； 作用：固定与支撑定子铁心、防护 防护形式：开启式、防护式（防 溅、滴）和封闭式； 防护等级：IPXX
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生圆形旋转磁场，转向从超前
相转至滞后相(A→B →C →A)，
转速n 0= 60 f / p，n 0 叫同步 转速。
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完 成
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二、旋转磁场（图示法）
输入：三相对称交流绕组通入三相对称交流电。
结论：三相对称交流绕组通入
三相对称交流电，在气隙将产
生圆形旋转磁场，转向从超前
相转至滞后相(A→B →C →A)，
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3.1.2 额定数据
1.额定功率 PN 、额定电压 UN、额定电流 I N 、额定转速 n N 额定频率 f N 、额定功率因数 COSN
2.防护等级、绝缘等级、工作方式[连续、短时、重复短时(断 续)]、接法Y/△对应电压380/220V
型号：Y 132 S 1 - 2
极数
异步电动机

18.9473684 0.9554 单层线圈
cm 37.504 1.5
7.752 7.71119523
0.6
0.83774302
sin
0
b1
b1 2 r1
2 r1 2bt1
y
Di1 2h01 hs1 h12 r1 2p
0
0.54606467
cm
12.92
β0-与线圈节距有关的系数，对单层
B 1
Kf
0 104 i 1Lef
E0 4.44 fKdp N 0 K
V
R1
Nt1
2 Lav N
d11 2
2
Nt
2
d12 2
2
Ω
ρ-铜线电阻率，见表6-1
端环电阻 RR
kcQ2 R DR 2p 2 AR
对铸铝转子 K B 1.04
对铸铝转子 K B 1
kc
4m NK dp Q2
异步启动永磁同步电动机电磁计算程序
序
名称
一
、
额
定
数
据
和
技
术
要
求
公式
单位
1 额定功率
PN
kw
2 相数
m
3 额定线电压
UNl
V
4 额定频率
f
HZ
5 极对数
p
U N U Ni / 3
6 额定效率
ηN
%
7 额定功率因数
cosφN
8 失步转矩倍数
T poN
倍
9 起动转矩倍数
TstN
倍
10 起动电流倍数
I
stN
铸铝转子
mAl 2.7Q2 AB LB LB 2 ARDR 10 5 kg

对称三相绕组
• 三相对称绕组就是三个外形、尺寸、匝数都完全相同、首端 彼此互隔120º、对称地放置到定子槽内的三个独立的绕组， 如图所示。
(•)电流出 Y
•
C ()电流入
•A n1
Z
•
B
X
iiAA iiCC C iBiB
A
ZX Y B
二、三相异步电动机的旋转磁场的产生
1.对称三相绕组
3个外型、尺寸、匝数都完全相同、首端彼此互隔 120°、对称地放置到定子槽内的3个独立的绕组。
V4
U1
×
W3 × N
W4 V1
U4 S
V3
S U2
N
× × W1
W2
U3
V2
t = 0O 时
i1 = 0，i2＜ 0， i3 ＞0
磁极对数 p
p= 2 电流变化一周 →旋转磁场转半圈
n1 = 1 500
=
60 f1 2
当磁极对数 p = 3 时
n1 =
1
000
=
60 f1 3
结论
旋转磁场的转速 n1 取决于电流频率 f 和磁极对数 p。
2.旋转磁场 一种极性和大小不变，且以一定转速旋转的磁场。
二、 三相异步电动机的工作原理
异步电动机原理模型
人为 转动
n0
f
n
感应电 流受力 而旋转
N
i e
S
磁铁
闭合 线圈
感生 电流
旋转磁场产生的条件
从理论分析和实践证明，在对称三相绕 组中流过对称三相交流电时会产生这种 旋转磁场。
二、三相异步电动机的旋转磁场的产生
•并规定：电流为正值时，从每相线圈的首端入、 末端出；电流为负值时，从末端入、首端出。用符 号⊙表示电流流出，用×表示电流流入。

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二 短路试验及短路参数之确定
（1） 短路试验:
短路指T形电路中的附加电阻 (1 s)r2 / s 0的状态.
n=0,因此必须在电动机堵转情况下进行.故短路试验也称为堵转试验. 试验方法
一般从I1=1.2IN （或：U1=0.4UN）开始, 逐步降低电压.到I1=0.3IN 测量5~7点, 每次记录端电压,定子短路电流和短路功率, 测量定子绕组的电阻. 根据记录数据,绘制异步电动机的短路特性I1s=f(U1),p1s=f(U1)
（1）型号 （2）额定功率（PN）：指电动机在额定方式下
运行时，转轴上输出的机械功率。单位为W和 kW。 （3）额定电压（UN）：指电动机在额定方式下 运行时，定子绕组应加的线电压。单位为V和 kV 。
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第一节 异步电机的基本结构
（4）额定电流（IN）：指电动机在额定电压和额定功率 状态下运行时，流入定子绕组的线电流。单位为A。
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二 短路试验及短路参数之确定
（2）短路参数的确定 (与变压器相同)
由于 Zm Z2 励磁支路开路: Im 0 pFe 0 且：P2 0; pmec 0
全部输入功率都变成定子铜耗与转子铜耗.
p1s m1I12r1 m1I2r2； Im 0, I2 I1 I1s
电磁理论。
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第三节 三相异步电机的等效电路

x1
r1

I1
U1
f1
n0
E1
E2
r2
f2 f1
x2
I2
m1, N1, K N1

注：通常槽满率在70%～80%之间。 28、每相串联导体数： N φ1 Z1 N s1 m1a1 29、绕组分布系数：
sin q1 2 K d1 q1 sin 2 q1=Z1/2pm1 ——每极每相槽数；
α=2pπ/Z1 ——槽距角。 30、绕组短距系数：Kp1=1.0 (单层绕组） 31、绕组系数：Kdp1=Kd1Kp1
2
m2 ( N 2 K dp 2 ) 对笼型转子 m2=Z2；NΦ2=1；Kdp2=1
67、定子相电阻： R1
a1 N c1 Ac1
1 N 1le1 (Ω )
ρ 1=0.0217×10-4 Ω· cm （B级绝缘）
K B Bl B 68、转子导条电阻： RB K (Ω ) AB
KB=1.04 （铸铝转子）
(b01 / ) 1 4.4 0.75(b01 / )
2
(b02 / ) ; 2 4.4 0.75(b02 / )
2
53、定子齿磁位降：Ft1=Ht1ht1′ （A）
54、转子齿磁位降：Ft2=Ht2ht2′ （A）
55、定子轭磁位降：Fj1=C1Hj1lj1′（A）
34、转子齿截面积（每极）：At2=bt2lFeZ2/2p (cm2)
式中，bt1、bt2——定、转子齿宽，对非平行齿
取靠近最窄处的1/3齿高处。
35、定子轭截面积：Aj1 h j1lFe (cm2)
式中
D1 Di1 1 h hs rs ——圆底槽的 j1 2 3 轭计算高度。
DR =D2-hR——转子端环平均直径 (cm) AR=（hR-0.1）×bR ——转子端环截面积 (cm2) bR=1.0 ——转子端环厚度(cm) 标幺值： R RR I kw R U NΦ 70、转子电阻标幺值： R R R

转速，单位 r/min
此外，铭牌上还标明绕组的相数与接法（星形还是三角形）、绝缘 等级及允许温升等。对绕线转子异步电动机，还标明转子的额定电 动势及额定电流。
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第三节 三相异步电动机的定子绕组
一、交流绕组的一些基本知识和基本量
1、电角度与机械角度 电机圆周在几何上分成360°，这个角度称为机械角度。 若磁场在空间按正弦波分布，则经过N、S 一对磁极恰好相当于正
三相异步电动机圆柱形的转子铁心上，嵌 有均匀分布的导条，导条两端分别用铜环 将它们连接成一个整体。
转子导条被这种旋转磁场切割，在导条内 产生感生电流，磁场又对导条产生电磁力。 于是转子就跟着旋转磁场旋转。
可以看出在这个过程中，要实现三相异步 电动机的机电能量转换的前提是要有旋转 磁场。
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考虑本题的额定转速 ns 750r/min 极对数 p 4
空载转速 n s n s ( 1 s 0 ) 7 5 0 ( 1 0 . 2 6 7 % ) r / m i n 7 4 8 r / m i n 额定转差率 sN n sn N n N 1 0 0 % 7 5 0 7 5 0 7 3 0 1 0 0 % 2 .6 7 %
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3、节距—— 一个线圈的两个边所跨定子圆周上的距离称为节距，
用y1表示，一般用槽数计算。节距应该接近极距τ。
y1 ——整距绕组， y1 ——短距绕组， y1 ——长距绕组
s ns n100% ns
n s ——同步转速 n ——转子异步转速
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[例4-1] 有一台50Hz的三相异步电动机运行，空载转差率为 0.267%，额定转速为nN73r0/min 求该电动机的极对数、同步 转速、空载转速以及额定负载时的转差率。

普通情况下，10KW以上的电动机都不宜全压起动，运用降压起动。
2．降压起动 利用起动设备将电压适当降低后加到电动机的定子绕组上起动，以 限制电动机的起动电流，等电动机转速升高后，再使电动机定子绕组上 的电压恢复至额定值，这种方法称为降压起动。由于电动机转矩与电压 平方成正比，所以降压起动时的起动转矩将大为降低，因此，降压起动 方法仅适用于空载或轻载起动。
三相异步电动机的功率因数是衡量在异步电动机输入的视 在功率中，能转换为机械功率的有功功率所占比重的大小。
十四、效率 电动机从电源汲取的有功功率，称为电动机的输入功率，而电
动机转轴上输出的机械功率，称为输出功率，输出功率与输入功率 的比值，称为效率。 十五、起动电流
电动机转速为零〔静止〕加上额定电压时的线电流，称为起动电 流。异步电动机直接起动时，其起动电流很大，可达额定电流的 5～7倍，起动电流也是异步电动机起动性能的重要目的。
鼠笼型转子铁心和绕组构造表示图
鼠笼型异步电动机
线绕式转子绕组和定子绕组类似，也是三相对称绕组。转子的 三相绕组普通接成星形，三个出线头经过转轴内孔分别接到与转轴 固定的三个铜制滑环上。滑环之间以及滑环与转轴之间都彼此绝缘， 在每个滑环上都装有一组电刷，经过电刷使转子绕组与变阻器接通， 以改善异步电动机的起动性能或调理电动机的转速〔参见以下图〕。 具有绕线式转子的电动机叫绕线式电动机，又叫滑环式电动机。
同步形状，
如电动机转速超越同步转速，即n＞n1〔s＜0〕，那么转子绕组
中电流改动方向，电磁转矩变为制动转矩。此时的电动机处在发电
制动形状。
如电动机转速小于零，即n＜0〔s＞1〕，电磁转矩也变为制动
转矩。此时的电动机处在反接制动形状。
第二节 异步电动机的铭牌和主要技术参数

7.5 三相异步电动机的功率与转矩
7.5.1 功率关系
电源输入的电功率为： P1 3U1I1 cos 1
定子铜损耗为: pCu1 3I12 R1
铁耗为： pFe

pFe1

3I
2 0
Rm
电磁功率为：PM

P1

pCu1

pFe

3 I 2 2
R2 s
PM 3E2 I2 cos 2 m2E2 I2 cos 2
（2）转向：二者的转向相对于定子都为逆时针方向旋转。 （3）转速：
定子旋转磁通势相对于定子绕组的转速为n1
转子旋转磁通势相对于转子绕组的转速为n2 转子旋转磁动势相对于定子绕组的转速为：
n2
n
sn1
n

n1 n1
n
n1

n

n1
转子磁通势和定子磁通势的转速在空间总是等于同步转速，始终
保持相对静止。
PN 3UN IN cos 3UN IN cos
7.1.5 异步电动机的工作原理
N
n0 f
ei
e方向用 右手定则
确定
n
f方向用
左手定则
f
确定
S
结论： 1. 线圈跟着磁铁转→两者转动方向一致
2. 线圈比磁场转得慢 n n1
7.2 三相异步电动机转子不转、转子绕组开路时 的电磁关系
向相同，转速又相等，只是一前一后地旋转着，称它们为同步旋
转。
F1 F2 F0
这个合成的旋转磁通势F0 ，才是产生气隙每极主磁通1 的磁 通势。主磁通1 在定、转子相绕组里感应电动势 E1 和E 2 。
2、漏磁通

异Hale Waihona Puke 电动机电磁计算程序.36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭

异步电动机工作原理
旋转磁场产生
三相交流电通入定子绕组，产生旋转磁场。
转子导体切割磁力线
旋转磁场切割转子导体，产生感应电动势和电流。
电磁力作用
感应电流与旋转磁场相互作用，产生电磁力，驱动转子旋转。
异步电动机电磁设计基本原则
01
02
03
满足性能要求
电磁设计应满足电动机的 起动、调速、制动等性能 要求。
。
1
电感值
计算得到的电动机电感值， 单位为亨（H）。
电阻值
计算得到的电动机电阻值， 单位为欧姆（Ω）。
效率
计算得到的电动机效率，表 示电动机输出功率与输入功 率之比。
04 异步电动机电磁计算程序实例分析
CHAPTER
实例一：异步电动机电磁设计
定子绕组设计
槽数、线规、匝数 、接线方式等。
磁路设计
气隙长度、磁极形 状、磁路材料等。
谢谢
THANKS
优化电磁结构
合理设计电磁结构，降低 电动机的损耗和温升，提 高效率。
确保运行可靠
电磁设计应考虑电动机的 过载能力、绝缘等级等因 素，确保电动机运行可靠 。
异步电动机电磁计算目的和意义
确定电磁参数
01
通过电磁计算，确定电动机的电磁参数，如电阻、电感、磁通
等。
优化设计方案
02
通过电磁计算，分析不同设计方案的性能差异，优化设计方案
效率，但仍有局限性。
专用电磁计算软件
03
随着计算机技术的发展，出现了专用电磁计算软件，
具有更高的计算精度和更广泛的应用范围。
电磁计算程序基本功能
电动机参数输入
用户可输入异步电动机的基本参数，如额定功率、额定电压、额 定电流等。

20、绕组形式：单层、交叉式
21、并联支路对数：a1=1
22、节距：y1 （1～9、2 ～10、11 ～18）（槽）
23、每槽导体数：Ns1=29
24、导体并绕根数、线径：Nc1dc1=2×Φ1.30 (mm)
25、每根导体截面积：Ac1=π(dc1/2)2 ×10-2 (cm2)
26、槽有效面积：Ae=As-Ai (cm2)
67、定子相电阻：
R1
1 N 1le1
a1Nc1 Ac1
(Ω)
ρ1=0.0217×10-4 Ω·cm （B级绝缘）
标幺值： R1 R1Ikw U NΦ
68、转子导条电阻： RB
K
K B BlB
AB
(Ω)
KB=1.04 （铸铝转子）
ρB =0.0434×10-4 Ω·cm——铸铝材料电阻率（B级） lB ——转子导条长度 (cm) (lB=lt ) AB ——转子导条截面积 (cm2) (转子槽面积） 标幺值： RB RBIkw U NΦ
69、转子端环电阻： RR
K
BZ2 DR 2 p2 AR
(Ω)
DR =D2-hR——转子端环平均直径 (cm) AR=（hR-0.1）×bR ——转子端环截面积 (cm2)
bR=1.0 ——转子端环厚度(cm) 标幺值： RR RR Ikw U NΦ 70、转子电阻标幺值： R2 RB RR
71、漏抗系数：
rR=0.24 (cm) bR3= bR4= hR0=0.05 (cm) hR1=0.1 (cm) hR2=2.5 (cm) hR3=
—— ↑ D2
等槽宽
—— ↑ D2
12、极距：
π Di1
2p
13、定子齿距：

代码优化
优化代码结构，提高计算效率和 准确性。
计算程序的测试与验证
测试数据
准备多种测试数据，包括不同规格、不同工作条 件的电机数据。
测试过程
运行程序进行测试，记录计算结果。
结果验证
将计算结果与实际测试数据进行对比，验证程序 的准确性和可靠性。
异步电动机电磁计算程序 的应用实例
实例一：小型异步电动机的电磁计算
异步电动机工作原理
利用电磁感应原理，通过磁场和导体 的相对运动产生转矩，驱动电动机旋 转。
电磁转矩
异步电动机的电磁转矩是由磁场和导 体的相互作用产生的，与电动机的电 流和磁通量组和 电流产生，与电动机的结构和运行状 态有关。
电磁计算程序的算法基础
有限元法
将电磁场离散化为有限个 小的单元，通过求解每个 单元的场方程，得到整个 场的分布。
实例三：大型异步电动机的电磁计算
总结词
实际工程应用，全面分析
详细描述
大型异步电动机的电磁计算涉及到的参数更多，计算过程更为复杂。除了基本的电磁参数外，还需要考虑电动机 的散热、机械强度等因素。通过这种计算，可以全面评估大型异步电动机的性能，为实际工程应用提供指导。
异步电动机电磁计算程序 的优化与展望
优化算法性能的策略
并行计算
01
采用并行计算技术，将计算任务分解为多个子任务，同时运行
多个处理器进行计算，提高计算效率。
算法优化
02
对算法进行优化，减少不必要的计算量，提高算法的运行速度。
内存管理
03
优化内存管理，减少内存占用，提高程序运行效率。
异步电动机电磁计算程序的发展趋势
集成化
将异步电动机电磁计算程序与其他相关程序集成在一起，形成一 个完整的电机设计软件包。

= =
=
= =
= =
= =
10.极距
=
11.定子齿距
=
12.转子齿距
=
13.节距y1
y1=
14.转子斜槽宽
=
15.每槽导体数双层线圈 =2 每线圈匝数
单层线圈 =每线圈匝数
=
16.每相串联导体数
=
17.绕组线规（估算）
（定子电流初步值）=
根据 查表选定d、 、 ，可算得
d=
=
=
=
18.槽满率
（1）槽面积
110.起动时转子槽漏抗
111.起动时转子谐波漏抗
112.起动时转子斜槽漏抗
113.起动时定子漏抗
114.起动时总漏抗
115.起动时转子总电阻
116.起动时总电阻
117.起动时总阻抗
118.起动电流
起动电流倍数
119.起动转矩倍数
查图得
101.齿顶漏磁饱和引起的定子齿顶宽度的减小
102.齿顶漏磁饱和引起的转子齿顶宽度的减小
103.起动时定子槽比漏磁导
104.起动时定子槽漏抗
105.起动时定子谐波漏抗
106.起动时定子漏抗
107.考虑集肤效应，转子导条相对高度
108.转子电阻减小系数
转子电抗较小系数
109.起动时转子槽比漏磁导
转子
转子轭部计算高圆底槽
平底槽
（p=1）
=
=
=
=
25.空气隙面积
=
26.波幅系数假定饱和系数 ，查图可得
= =
27.定子齿磁密
=
28.转子齿磁密
刀形槽
=
=
=
29.定子轭磁密

注：2p=2时，无轴向通风孔时mada=0（参见122条），
则AWj2=αwj2’Lj2’
145 每对极总励磁安匝
ΣAW=AWδ+AWZ1+AWZ2+AWj1+AWj2
146 励磁电流
If=pΣAW/（2.7W1KW1）
147 励磁电流标幺值
if=If/IKW
148 漏抗计算系数
149 定子相电阻(75℃) (15℃)
116 定子轭高 117 定子轭截面积 118 定子轭磁路长
hj1=（Da-Di）/2-hn1 Fj1=hj1lFe1×10-2 Lj1=π（Da-hj1）/(2P)×转子轭高
hj2=（D2-D0）/2-hn2-2mada/3
120 转子轭截面积 121 转子轭磁路长
（四）转子绕组数据
绕线型转子
47 铜线尺寸
导线高 导线宽 48 每槽有效导体数
49 并联支路数 50 每极每相槽数 51 绕组节距 52 绕组节距比
a2 b2 Sn2=2×每线圈串联匝数（双层绕组） Sn2=2 (双层单匝条形线圈) α2 q2=Z2/6/p y2=以线圈所跨槽数计
对于短距绕组
β2=y2/3/q2
（二）励磁安匝与励磁电流的计算
125 定子空载感应电势 空载压降系数
126 饱和系数 127 磁场波形系数 128 计算极弧系数 129 每极下磁通 130 气隙磁通密度 131 定子齿磁通密度 132 转子齿磁通密度
E10=KEUφ KE （查表2） KZ （预先假定值1.1～1.45） Kφ （根据KZ 查表3) α’ （根据KZ 查表3) φ=E10×108/(4KφfNW1KW1) Bδ=φ/(α’Fδ) BZ11/3=φ/(α’FZ11/3)