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单相串励电机课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解单相串励电机的基本结构、工作原理及分类。
2. 学生能掌握单相串励电机启动、运行、制动的基本方法。
3. 学生能了解单相串励电机在实际应用中的优缺点。
技能目标：1. 学生能运用所学知识，分析并解决单相串励电机在实际应用中出现的问题。
2. 学生能通过实际操作，掌握单相串励电机的接线、调试及维护方法。
3. 学生能运用绘图工具，绘制单相串励电机的电路图。
情感态度价值观目标：1. 学生通过学习，培养对电机工程的兴趣，提高学习积极性。
2. 学生能够认识到电机在日常生活和国民经济发展中的重要性，增强社会责任感。
3. 学生在团队协作中，培养沟通、交流、合作的能力。
课程性质：本课程为电机原理与应用的实践课程，旨在让学生通过理论学习与实践操作，掌握单相串励电机的基本知识和应用技能。
学生特点：学生已具备基础电学知识，有一定的动手操作能力，但对电机原理及应用的掌握程度不一。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力和问题解决能力。
通过课程学习，使学生在知识、技能和情感态度价值观方面得到全面提升。
二、教学内容1. 单相串励电机的基本结构：介绍单相串励电机的定子、转子、换向器、电刷等主要部件及其作用。
教材章节：第一章第三节2. 单相串励电机的工作原理：讲解单相串励电机的工作原理，包括磁场的产生、电流的流动及电机转动原理。
教材章节：第一章第四节3. 单相串励电机的分类及优缺点：介绍单相串励电机各类别及特点，对比分析其优缺点。
教材章节：第二章第一节4. 单相串励电机的启动、运行与制动：讲解单相串励电机的启动方法、运行特点及制动原理。
教材章节：第二章第二节5. 单相串励电机的实际应用：分析单相串励电机在日常生活和工业生产中的应用实例。
教材章节：第二章第三节6. 单相串励电机的接线、调试与维护：教授单相串励电机的接线方法、调试技巧及日常维护要点。
教材章节：第三章7. 实践操作：安排学生进行单相串励电机的接线、调试及运行实验，巩固理论知识，提高实际操作能力。
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y课程设计说明书（论文）课程名称：电机设计设计题目：单相串激电动机原理与设计院系：电气工程及自动化班级：设计者：学号：指导教师：设计时间：2016.01.04—2016.01.17哈尔滨工业大学教务处哈尔滨工业大学课程设计任务书单相串激电机的设计1 主要技术要求1、额定功率750N P W =2、额定交流电压 220N U V =3、电源频率 150f Hz =4、额定转速 12000N n rpm =5、额定转矩597.260N NN P P M g cm nπ===Ω 6、额定效率65%N η=7、额定功率因数cos 0.92N φ=8、工作状态：连续工作状态2 电机主要参数9、计算功率110.65750951.92220.65N i N N N P EI P W ηη++===⨯=⨯ 10、负载时的电枢电流7505.70cos 0.652200.92N a N N N P I A U ηφ===⨯⨯11、负载时电枢电势 951.921675.70i a P E V I === 12、极对数1P =13、极弧系数0.663α=14、预取线负荷1130A A cm =15、预取气隙磁感应强度 15000B Gs δ= 16、电机常数111969C δ===17、电枢长径比 1.1ξ=18、电枢外径2101052.2D mm ===19、铁芯计算长度2 1.152.257.4L D mm ξ=⋅=⨯=取 57.4L mm =20、电枢周边速度32310603.1452.2120001032.783560Ne D n V m s m sπ--=⨯⨯⨯=⨯=<21、极距23.1452.282.0221D mm Pπτ⨯===⨯22、计算极弧长度00.66382.054.4b mm ατ==⨯=23、电枢铁芯磁化频率 1120002006060N Pn f Hz ⨯=== 24、气隙长度20.010.0152.20.522D mm δ==⨯=取 0.85mm δ= 25、定子外径122252.2104.4D D mm ==⨯=取 1110D mm = 26、定子内径 122252.220.5253.2D D mm δ=+=+⨯= 27、转子内径2220.210.2152.210.962D D mm ==⨯=取 2210.96D mm =3-3 电枢及换向28、电枢绕组型式：采用单迭绕组 29、负载时每极有效磁通1202510500054.457.410 1.56110a B b L MXδϕ--=⋅⋅⨯=⨯⨯⨯=⨯30、导体数86010756N aN Pn ϕ⨯===其中并联支路对数 1a =31、电枢槽数20.40.452.220.88Z D ==⨯=取 21Z =（槽）32、换向片数 363K Z == 33、电枢绕组元件匝数75662263C NW K===⨯ 取 6C W =（匝）34、电枢导体数最终值22636756C N KW ==⨯⨯=（条）35、气隙磁感应强度最终值100105002N a E B P n b L NGsδ⨯⋅=⋅⋅⋅⋅==150025000100%100%50020.04%3%B B B δδδ--⨯=⨯=< 通过 36、每极有效磁通最终值202510500254.457.410 1.56210a B b L MXδϕ--=⋅⋅⨯=⨯⨯⨯=⨯37、电枢线负荷终值 2756 5.701010131.4/22 3.1452.2a N I A A mm D π⋅⨯=⨯=⨯=⨯⨯1130131.4100%100% 1.1%3%131.4A A A --⨯=⨯=< 通过 38、电枢每槽导体数 7563621NS Z ===（条） 39、电枢绕组的元件节距及换向器节距11Y Y 2633122113113011K K P Y Y Y δδ=±=±=⨯=-=-=== 40、电枢绕组电流密度预取值 1212a j A mm =41、导线截面及直径 1125.700.23572212a a a I g mm j ===⨯根据导线标准，取导线QZ-1 导线截面积 20.2376a g mm = 铜线直径0.55a d mm =带绝缘导线外径 0.60au d mm = 42、电枢绕组内最终电流密度 25.7012220.2376a a a I j A mm g ===⨯ 43、电枢槽与齿的计算齿距 22 3.1452.27.8121D t mm Zπ⨯===齿磁密217000t B Gs = 齿宽22250027.812.470.9317000t Fe t B t b mm K B δ⋅⨯===⋅⨯其中铁芯迭压系数0.93Fe K =槽口宽 02 2.6 2.60.92 2.03au b d mm ==⨯= 槽口高02020.550.55 2.39 1.31h b mm ==⨯=槽上圆直径22202(2)3.14(52.22 1.31)21 2.474.35021 3.14td D h Zb d Z mmππ--=+-⨯-⨯==+轭磁密215000j B Gs =轭高22252.250029.3592210.9315000j Fe j D B h mm PK B δ⋅⨯===⋅⨯⨯⨯槽高222220.5(2)0.5(52.210.96229.359)11.260t j h D D h mm=⨯-- =⨯--⨯=槽下圆直径2222(2)sin1sin(52.2211.260)sin 2.47212.301sin21t t x D h b Zd Zmmππππ-⋅-=--⨯⨯-==-槽上下圆中心距2222020.5()11.260 1.120.5(4.350 2.30) 6.82t S d x h h h d d mm=--+=--⨯+=44、电枢槽截面积22222222222()()826.82(4.350 2.30)(4.350 2.30)32.1882S d x d x h S d d d d mm ππ=+++=⨯++⨯+=45、槽满率222360.6031.6%33%4432.18au S S d f S ππ⋅⋅⨯⨯===<⋅⨯基本符合要求转子冲片图46、一根导体平均长度 21.257.4 1.252.2120.04a L L D m m=+=+⨯= 47、热态电枢绕组电阻111.221057004756120.041.22102.04570040.2376aa aN L r g --⋅=⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⨯=Ω⨯⨯48、满载情况下电枢绕组内电压降5.70 2.0411.63a a a U I r V ∆==⨯=49、换向器直径及周边速度20.80.852.241.76K D D mm ==⨯=3341.7612000101026.26060K NK D n V m s ππ--⋅⋅⨯⨯=⨯=⨯=50、换向片距41.76 2.0863K k D t mm K ππ⋅⨯===25t mm << 符合要求51、电刷参数 选用电刷牌号为 308D = 摩擦系数0.25μ= 每对刷电压降2.5S U V ∆=电流密度允许值 0210S J A mm = 单位压力2300S P g mm =最大周边速度040K V m s =52、点刷的电流密度0210S S j j A mm ==53、点刷的截面积及其尺寸2225.70101057110a S S I S mm P j =⨯=⨯=⋅⨯ 电刷宽度1.9 1.92.13.99s k b t mm ==⨯=取 4s b mm =电刷长度5714.254S s s S a mm b === 取 12.5s a m m=，高 12.5r mm = 54、换向器轴向有效长度 1 1.7 1.712.521.25K s L a mm ==⨯=换向器轴向总长1421.2540.5523.45K K a L L d mm =+=+⨯=55、换向的检验 换向区域宽带2[()]26363152.2[4(31) 2.1]2121141.7611.56k s k KD K K ab b Y t Z P P D mm=++--=++--⨯⨯= 换向宽带允许值 000.8()0.8(82.054.4)22.08k b b mm τ=-=⨯-=0k k b b < 符合要求电枢元件漏磁通单位磁导22222022 1.20.60.92log 211.260 1.252.27.810.60.92log4.350 2.30120.04 2.033.55t d x a h D td d L b πλπ=⨯+++⨯⨯⨯=⨯+++=电枢短路元件内电抗电势7721026 3.55131.457.432.78101.05r C e e W A L V Vλ--=⋅⋅⋅⋅⋅=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=电枢反应电势770.8106131.482.057.432.780.81082.054.41.1C eKR W A L V e b Vπττπ--⋅⋅⋅⋅⋅=⋅-⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⨯-=合成电势1.05 1.12.15P r KR e e e V =+=+=4.5P e V < 满足要求一个元件中产生的变压器电势81584.44104.44506 1.5611010 2.08Kt C a e f W Vϕ--=⋅=⨯⨯⨯⨯⨯=(68)Kt e V <- 满足要求3-4 磁路系统及磁路计算取 定子磁极 7000m B Gs =定子轭 19000j B Gs = 电枢齿 217000t B Gs =电枢轭 215000j B Gs =气隙5002B Gs δ=56、磁极尺寸 轴向长度 157.4L L mm ==极芯高度 120.30.352.215.66t h D mm ==⨯= 极靴厚度 20.060.0652.2 3.13x b D mm ==⨯= 极芯磁密17000t B Gs =极芯截面积522111.1 1.1 1.562101001024557000a t t S mm B ϕ⨯⨯⨯=⨯==极芯宽111245546.00.9357.4t t Fe S b mm K L ===⋅⨯定子冲片图57、机座尺寸 机座轭磁密 19000j B Gs =机座轭截面积5211 1.562101.1100 1.1100955229000aj j S mm B ϕ⨯=⨯⨯=⨯⨯=⨯机座厚11195517.890.9357.4j j Fe S h mm K L ===⋅⨯58、气隙磁势 气隙系数 2202107.81100.521.2107.812.03100.52t K t b δδδ++⨯===-+-+⨯气隙磁势111.6101.6 1.1850020.5210491F K B δδδδ--=⋅⋅⋅=⨯⨯⨯⨯= 59、电枢齿磁势 电枢冲片选用DW470-50电枢齿磁场强度 由相应的磁密查磁化曲线得到，以下同。
单相交流串励电机调速系统设计陈浩;吴定祥;康志远;杨增健;唐立军【摘要】针对串励电机调速系统的连续性和稳定性问题,对单相交流串励电机控制电路、保护电路和驱动电路进行了研究,探索了一种通过控制IGBT管的通断来实现斩波式调压方法,提出了一种基于STM32 ARM Cortex-M3内核单片机的调速系统.该系统通过对单相交流串励电机速度的设定值和反馈值的偏差进行增量PID运算,根据PID运算结果计算PWM输出的占空比,来控制IGBT管的通断,从而改变加在单相交流串励电机交流正弦波的时间,达到改变串励电机两端电压的目的,实现串励电机的无级平滑调速.研究结果表明,该系统使用的IGBT管至少比传统系统的少3个,既节约成本又提高了系统的稳定性.【期刊名称】《机电工程》【年(卷),期】2016(033)012【总页数】5页(P1483-1487)【关键词】单相串励电机;调速系统;PWM【作者】陈浩;吴定祥;康志远;杨增健;唐立军【作者单位】长沙理工大学物理与电子科学学院,湖南长沙410114;近地空间电磁环境监测与建模湖南省普通高校重点实验室,湖南长沙410114;近地空间电磁环境监测与建模湖南省普通高校重点实验室,湖南长沙410114;长沙亿旭机电科技有限公司,湖南长沙410000;长沙理工大学物理与电子科学学院,湖南长沙410114;近地空间电磁环境监测与建模湖南省普通高校重点实验室,湖南长沙410114;长沙理工大学物理与电子科学学院,湖南长沙410114;近地空间电磁环境监测与建模湖南省普通高校重点实验室,湖南长沙410114;长沙理工大学物理与电子科学学院,湖南长沙410114;近地空间电磁环境监测与建模湖南省普通高校重点实验室,湖南长沙410114【正文语种】中文【中图分类】TH39;TM546+.4单相串励电动机输出转矩大，转速一般可以达到几千转甚至几万转每分钟，电路控制简单，交直流可以两用，广泛应用于家用电器、电动工具、搅拌机等场合[1]。
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y课程设计说明书（论文）课程名称：电机设计设计题目：单相串激电动机原理与设计院系：电气工程及自动化班级：6111班设计者：宝浩天学号：1120610601指导教师：赵猛、尚静设计时间：2016.01.04—2016.01.15哈尔滨工业大学教务处哈尔滨工业大学课程设计任务书单相串激电机的设计1 主要技术要求1、额定功率370N P W =2、额定交流电压 220N U V =3、电源频率 150f Hz =4、额定转速 15000N n rpm =5、额定转矩2408.260N NN P P M g cm nπ===Ω 6、额定效率59%N η=7、额定功率因数cos 0.94N φ=8、工作状态：连续工作状态2 电机主要参数9、计算功率110.59370498.56220.59N i N N N P EI P W ηη++===⨯=⨯ 10、负载时的电枢电流3703.03cos 0.592200.94N a N N N P I A U ηφ===⨯⨯11、负载时电枢电势 498.56164.43.03i a P E V I === 12、极对数1P =13、极弧系数0.667α=14、预取线负荷193A A =15、预取气隙磁感应强度 13700B Gs δ= 16、电机常数113697C δ===17、电枢长径比 1.4ξ=18、电枢外径2101044.4D mm ===19、铁芯计算长度2 1.444.462.23L D mm ξ=⋅=⨯=取 62.2L mm =20、电枢周边速度32310603.1444.4150001034.93560Ne D n V m s m sπ--=⨯⨯⨯=⨯=<21、极距23.1444.469.8221D mm Pπτ⨯===⨯22、计算极弧长度00.66769.846.56b mm ατ==⨯=23、电枢铁芯磁化频率 1150002506060N Pn f Hz ⨯=== 24、气隙长度20.010.0144.40.44D mm δ==⨯=取 0.6m m δ= 25、定子外径122244.488.8D D mm ==⨯=取 188.87D mm = 26、定子内径 122244.420.645.6D D mm δ=+=+⨯= 27、转子内径2220.210.2144.49.324D D mm ==⨯=取 229.33D mm =3-3 电枢及换向28、电枢绕组型式：采用单迭绕组 29、负载时每极有效磁通1202210370046.5662.210 1.071910a B b L MXδϕ---=⋅⋅⨯=⨯⨯⨯=⨯30、导体数86010868N aN Pn ϕ⨯===其中并联支路对数 1a =31、电枢槽数20.30.31313.3Z D ==⨯=取 13Z =（槽）32、换向片数 357K Z ==片 33、电枢绕组元件匝数86811.1262239C NW K===⨯ 取 11C W =（匝）34、电枢导体数最终值223911858C N KW ==⨯⨯=条35、气隙磁感应强度最终值100103742N a E B P n b L NGsδ⨯⋅=⋅⋅⋅⋅==137423700100%100%37421.1%3%B B B δδδ--⨯=⨯=< 通过 36、每极有效磁通最终值202510370046.5662.210 1.083910a B b L MXδϕ--=⋅⋅⨯=⨯⨯⨯=⨯37、电枢线负荷终值 2858 3.0710109.3/22 3.1444.4a N I A A mm D π⋅⨯=⨯=⨯=⨯⨯19393.3100%100%0.19%3%93.3A A A --⨯=⨯=< 通过 38、电枢每槽导体数 8586613NS Z === 39、电枢绕组的元件节距及换向器节距11Y Y 2391922111911811K K P Y Y Y δδ=±=±=⨯=-=-=== 40、电枢绕组电流密度预取值 127/a j A mm = 41、导线截面及直径 1123..030.216227a a a I g mm j ===⨯根据导线标准，取导线QZ-1 导线截面积 20.226a g mm = 铜线直径0.53a d mm =带绝缘导线外径 0.56au d mm = 42、电枢绕组内最终电流密度 23.03 6.87220.2206a a a I j A m m g ===⨯ 43、电枢槽与齿的计算齿距 22 3.1444.410.7213D t mm Zπ⨯===齿磁密211000t B Gs = 齿宽222374210.722.540.9317000t Fe t B t b mm K B δ⋅⨯===⋅⨯其中铁芯迭压系数0.93Fe K =槽口宽 02 2.6 2.60.53 1.456au b d mm ==⨯= 槽口高02020.550.55 1.330.8008h b mm ==⨯=槽上圆直径22202(2)3.14(44.420.8)13 2.546.2913 3.14td D h Zb d Z mmππ--=+-⨯-⨯==+轭磁密217000j B Gs = 轭高22244.437425.252210.9317000j Fe j D B h mm PK B δ⋅⨯===⋅⨯⨯⨯槽高222220.5(2)0.5(44.49.332 5.25)12.29t j h D D h mm=⨯-- =⨯--⨯=槽下圆直径2222(2)sin1sin(44.4212.29)sin 2.54132.91sin13t t x D h b Zd Zmmππππ-⋅-=--⨯⨯-==-槽上下圆中心距2222020.5()12.290.80.5(6.29 2.9) 6.9t S d x h h h d d mm=--+=--⨯+=44、电枢槽截面积22222222222()()826.88(6.29 2.9)(6.29 2.9)50.5482S d x d x h S d d d d mm ππ=+++=⨯++⨯+=45、槽满率222660.5632.1%33%4450.54au S S d f S ππ⋅⋅⨯⨯===<⋅⨯符合要求转子冲片图46、一根导体平均长度 21.262.2 1.244.4115.5a L L D m m =+=+⨯= 47、热态电枢绕组电阻111.221057004858115.51.22102.53570040.2206aa aN L r g --⋅=⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⨯=Ω⨯⨯48、满载情况下电枢绕组内电压降3.03 2.537.69a a a U I r V ∆==⨯=49、换向器直径及周边速度20.80.844.435.52K D D mm ==⨯=3335.5215000101027.926060K NK D n V m s ππ--⋅⋅⨯⨯=⨯=⨯=50、换向片距3.1435.5215000 2.8639K k D t mm K π⋅⨯⨯===25t mm << 符合要求51、电刷参数 选用电刷牌号为 308D = 摩擦系数0.25μ= 每对刷电压降2.5S U V ∆=电流密度允许值 0210S J A mm = 单位压力2300S P g mm =最大周边速度040K V m s =52、点刷的电流密度0210S S j j A mm ==53、点刷的截面积及其尺寸2223.03101030.32110a S S I S mm P j =⨯=⨯=⋅⨯ 电刷宽度1.9 1.92.86 5.43s k b t mm ==⨯=取 5.5s b mm =电刷长度30.32 5.55.5S s s S a mm b ===取 5.5s a m m=，高 12.5r mm = 54、换向器轴向有效长度 1 1.7 1.7 5.59.35K s L a mm ==⨯=换向器轴向总长149.3540.5311.47K K a L L d mm =+=+⨯=55、换向的检验 换向区域宽带2[()]23939144.4[5.5(19) 2.86]1321135.5215.8k s k KD K K ab b Y t Z P P D mm=++--=++--⨯⨯= 换向宽带允许值 000.8()0.8(69.846.56)18.59k b b mm τ=-=⨯-=0k k b b < 符合要求电枢元件漏磁通单位磁导22222022 1.20.60.92log 212.29 1.244.410.720.60.92log6.29 2.9115.5 1.4563.32t d x a h D td d L b πλπ=⨯+++⨯⨯⨯=⨯+++=电枢短路元件内电抗电势77210211 3.3293.362.234.9101.47r C e e W A L V Vλ--=⋅⋅⋅⋅⋅=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=电枢反应电势770.8101193.369.862.234.90.81069.846.561.9C eKR W A L V e b Vπττπ--⋅⋅⋅⋅⋅=⋅-⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⨯-=合成电势1.47 1.68 3.15P r KR e e e V =+=+=4.5P e V < 满足要求一个元件中产生的变压器电势81584.44104.445011 1.08391010 2.64Kt C a e f W Vϕ--=⋅=⨯⨯⨯⨯⨯=(68)Kt e V <- 满足要求3-4 磁路系统及磁路计算取 定子磁极 7000m B Gs =定子轭 111000j B Gs = 电枢齿 211000t B Gs =电枢轭 217000j B Gs =气隙3742B Gs δ=56、磁极尺寸 轴向长度 162.2L L mm ==极芯高度 120.30.344.413.32t h D mm ==⨯= 极靴厚度 20.060.0644.4 2.66x b D mm ==⨯=极芯磁密117000t B Gs =极芯截面积522111.1 1.1 1.0839101001070117000a t t S mm B ϕ⨯⨯⨯=⨯==极芯宽11170112.120.9362.2t t Fe S b mm K L ===⋅⨯定子冲片图57、机座尺寸 机座轭磁密 117000j B Gs =机座轭截面积5211 1.0839101.1100 1.1100350.672217000aj j S mm B ϕ⨯=⨯⨯=⨯⨯=⨯机座厚111350.676.060.9362.2j j Fe S h mm K L ===⋅⨯58、气隙磁势 气隙系数 22021010.72100.61.11010.72 1.456100.6t K t b δδδ++⨯===-+-+⨯气隙磁势111.6101.6 1.137420.610361F K B δδδδ--=⋅⋅⋅=⨯⨯⨯⨯= 59、电枢齿磁势 电枢冲片选用 D42-0.35 电枢齿磁场强度 由相应的磁密查磁化曲线得到，以下同。
小功率单相串励电动机电磁设计!230 一额定据数1额定额出功率P275H2额定额入功率P438.60o3额定额速n12100H4额定额出额矩M0.217H5额定额额U220H6额定额率f50H7额定效率η62.7%H8额定功率因数cosφ0.93H二额构参数1定子外径D7.112定子内径D3.9123额外枢径D3.8124额枢内径D1.05225额心额叠L4.46隙额度气δ0.0457定子额极b3.1p8定子高极h0.9p9定子额高h0.685c110定子槽额H'0.7211额子槽口额度b0.25012额子槽上部额b0.724113额子槽口高度h0.065014额子槽楔厚度h0.0815额子槽上部深h0.52116额子槽芯深度h0.795217额子槽底半径R0.2118额子额额t0.32619额子槽数z1120额向器外径D2.6c21额向器片数K3322额刷额度a0.8b23额刷额度b0.63b三额算1额额额流I=P/(U*η*cosφ)2.144HHHH2额子额阻额额d'0.3922额子额阻额额d0.33223额子额额截面S=1/4*π*d0.0855224额子额额额流密度Δ=I/(2*S)12.53225额子额额荷A124.16额子额额额数N=2*π*D*A/I138627额子每槽额数N=N/z126s8额子槽额率f 74.47%s手额额可接受自额额不可接受9额子额额平均半额匝l=L+K*D8.022e2D<4cm2K0.95e-510额子额额额阻r=(5.35*N*l/S)*106.95222211额耗比例系数a0.538返算后修正额0.512功率内P=P/η*[1-a*(1-η)]356.8iHHH13旋额额额E=P/I166.4i214额机常数C=D*L*n/P21662Hi15距极τ=π*D/25.9852α0.667弧系极数 1617额算距极τ=α*τ3.99018额槽额踞y=z/2 - ε5s19短距系数K=sin(y/z*180?)0.99ps20磁通φ=60*1.414*E/(K*n*N)8.51E-04dpH21槽额踞虚y=K/2-K/z*ε15122前额踞y=y-11421-223额向器额速度v=π*D*n/60*1016.5ccH-224额子额速度v=π*D*n/60*1024.1a2H25额向器片踞t=π*D/K0.248cc26额向器域额度区b=b'+(U+K/2-y-1)*tc'2.19cbz1Uz=K/z3b'=b*D/D0.923bb2ct'=t*D/D0.363cc2cbc<1.2(τ-τ0)合适校核27额刷额密Δ=I/(a*b)4.25bbb28额子额踞t=π*D/Z1.088m229额子外额额t=t-b0.8381m030额子槽额t=π*(D-2h-h)/z-t0.576s20131额子槽形系数K=t/(0.96*t)1.84ssλ2.70232额子额位漏磁额33额子每元件匝数W=N/(2*K)21234额向元件中额抗额额e1.50x35额向元件中额额器额额e=4.44*f*W*φ3.97tH2d36额向元件中额反额额额枢e2.09a37额子额高h=[D-(2h+ΨD]/2+1/3*R0.743c22222额额双重额额Ψ1438定子额部磁密B=1.07*φ/(1.92*h*L)*101.573c1dc1439额额部磁密枢B=φ/(1.92*h*L)*101.356c2dc2440定子身磁密极B=1.08*φ/(0.96*b*L)*100.702pdp441隙磁密气B=φ/(τ*L)*100.484δd042额额部磁密枢B=Bt/(0.96*t)1.684tδ*m43定子额磁额强度at30.92c144定子磁额强度极at5.04p45额子额磁额强度at50.39c246额子额磁额强度at77.03c47定子额磁路额度l=[π*(D-h)-b]/28.527c11c1p48额子额磁路额度l=π*(Ψ*D+h)/22.541c222c249额子额磁路额度l=2*h+2/3*R1.18t150隙系气数K=(t+10*δ)/(t+10*δ)1.194δm151隙激磁安气匝AT=1.6B*K*δ*10000416.5δδδ52定子额激磁安匝AT=at*l263.7c1c1c153定子激磁安极匝AT=2*at*h9.1ppp54额子额激磁安匝AT=at*l128.03c2c2c255额子额激磁安匝AT=at*l90.90ttt56借偏去磁安匝AT=K*D*β*A44.56ββ2一槽额向器片数3K0.33ββ=2*π*s/K0.286β257额向增磁安匝AT=0.069*(b/t)*(e+e)*W*I72.12cbcxa258额反额安枢匝AT=1.414*(x+y)τ*A/[3*(x+y)]128.91a0AT= 59额激磁安匝AT+AT+AT+AT+AT+AT+AT-δc1c2tPβaAT1009.5c60定子每极匝数W=AT/(2.828*I)166.51取额16761定子额圈额额d'0.531d0.471262定子额额截面S=1/4*π*d0.17351163定子额圈额密Δ=I/S12.361164定额子安比匝f=8*W/N0.964w165定子额圈额模额a=(10*D+K)*sin(90?*α)38m12mD<3cm12K3m66定子额圈额模额L=10*L+2*r-250m额额额直;称径mm,r;mm,<0.4530.45 - 0.54>0.5567定子额圈额模高H=10*H'-16.268定子额模每额匝数W'=H/(d'+s')-0.510.21取额10d'>0.5 1ε'0.0569定子额圈额度b=(W+1)/W'*(d'+ε')9.74m1170定子额圈平均每额度匝l=2*(a+L-4*r)+π(2r+b)200.01mmm-571定子额额额阻r=4.28Wl/s*108.24111172定子额额额阻额降U=I*r17.66r1173额子额额额阻额降U=I*r14.90r2274定子漏抗额降I=0.5*f*W*φ3.55x1H1d2-875额子漏抗额降I=π*f*N*λ*L*I/(2*z)*103.49x2H76定子额额自感额额E=8.88*f*W*φ63.1dH1d77额额额自感额额枢22E=0.0472*f*τ*L*I*N*α/qH-8(K*δ)*1021.18δ78定子额部额量W=15.5*(D-h)*h*L/10000.300c11c1c179定子身额量极W=14.8*h*b*L/10000.182ppp280额子额部额量W=5.8*(D-2*h)*L/10000.126c22281额子额部额量W=7.4*z*t*h*L/10000.093t282额子旋额额率f=n/60201.72H283定子额和身额位额耗极p=2*ε*(f/100)+2.5*ρ*(f/100)6.25c1HHεD额4.121D额3.522284额子额额位额耗p=2*ε*(f/100)+2.5*ρ*(f/100)58.85c222285额子额额位额耗p=1.5*ε*(f/100)+3*ρ*(f/100)64.27t22286定子身额耗极P=p*B*W0.559pc1pp287定子额部额耗P=p*B*W4.636c1c1c1c1288额子额部额耗P=p*B*W13.62c2c2c2c2289额子额部额耗P=p*B*W16.93tttt90额额耗P=P+P+P+P35.74Fepc1c2t91磁通相角正弦额sinθ=(K*P+P+P)/(E*I)0.0781cFec1pdn<=10000 r/min. K=0.2Hcn>10000 r/min. K=0.15Hc292磁通相角余弦额cosθ=sqr t(1-sinθ)0.99793端额额有功分量U=U+U+2.4+Esinθ+Ecosθ205.82rr1r2d94端额额无功分量U=I+I+E+Esθ-Esinθ78.33xx1x2qdco2295额算端额额U'=sqrt(U+U)220.22rx校额,与UH=220V的偏差<1%,合适0.10%96额算功率因数cosφ'=U/U'0.9346r 校额,与cosφH=0.93的偏差<2%,合适0.50%297定子额耗P=I*r37.86Cu11298额子额耗P=I*r31.95Cu2299额摩机械耗P47m100额额耗ΣP=P+P+2.4I+P+(1+K)*P163.05Cu1Cu2mcFe101额算效率η'=(U*I*cosφ-ΣP)/(U*I*cosφ)62.82%HHHH校额,与ηH=0.627的偏差<1%,合适0.20%102硅额片额量W=7.41*b*D*L/10001.319Fe103定子额额用额量W=18.7*W*s*l/10000001.083Cu1111 104额子额额用额量W=9.35*N**s*l/1000000.089Cu222 WWr/min.N.mVHzcmcmcmcmcmcmcmcmcmcmcmcmcmcmcmcmcmcmcmcmcmAmmmm2mm2A/mmA/cm自额额不可接受cm>=4cm1ΩWVcmcmWbm/sm/scmcmbc<1.2(τ-τ0)合适2A/mmcmcmcmVVVcm非重额额双0.833333TTTTTA/cm A/cmA/cmA/cmcm cmcmAAAAAA20.625AAmmmm2A/mmmm>=3cm5mmmmmmd'<0.510.03mmmmΩVVVVVkgkgkgkgHzW/kgρ5.14.4W/kg W/kgWWkgkgkg。
第三章 单相串励电动机 学习目标 １畅理解单相串励电动机的基本结构和工作原理。
２畅了解单相串励电动机的主要特点和应用。
第一节 单相串励电动机的结构和运转原理单相串励电动机具有电刷和换向器，属于直流电动机中的一种，其励磁绕组和电枢绕组串联，因既可使用直流电源又可使用交流电源，又称为交直流两用电动机（或称通用电动机）。
单相串励电动机具有起动转矩大、过载能力强、转速高、体积小、重量轻等优点，因而广泛用于各种电动工具和日用电器中，在一些小型机床、医疗器械中也有使用。
一、单相串励电动机的基本结构 单相串励式电动机的结构与电磁式直流电动机相似，也是由定子、电枢（转子）和结构件（机座、端盖）等组成，如图３１所示。
定子由凸极形状的硅钢片叠压而成，嵌有励磁绕组。
励磁绕组与电枢绕组的串联方式有两种：一种是电枢绕组串接在两个励磁绕组中间，如图３２（a）所示；另一种是两个励磁绕组串联后再与电枢绕组串联，如图３２（b）所示。
两种方式原理相同，即两个励磁绕组所形成的磁极极性必须相反。
在实际应用中，以第一种方式使用较多。
图３１ 单相串励电动机结构示意图二、单相串励电动机的运转原理 通过在第二章讨论直流电动机的反转原理中知道，只要励磁绕组和电枢绕组其中之一改变电流方向，就能使电动机反转；但如果两个绕组的电流同时反向，则电动机的转向不变。
单相串励电动机的工作原理就是建立在直流串励电动机工作原理基础上的，当用直流电源供电时，电动机的工作情况与直流串励电动机相同；当用交流电源供电时，虽然电枢电流和励磁电流交变，所产生的磁通也交变，但只要磁通Φ和电枢电流I a 同相，则所产生的电磁转矩总是正值，如图３３所示，即电磁转矩的方向是恒定不变的。
由图３３可见，单相串励电动机在交流电源上所产生的电磁转矩平均值T cp 等于最大转矩T m 的１／２。
图３２ 单相串励电动机接线图图３３ 单相串励电动机的磁通、转子电流和电磁转矩曲线第二节 单相串励电动机的运行特性一、单相串励电动机的机械特性 无论是使用直流电或是交流电，单相串励电动机的机械特性都与直流串励电动机的机械特图３４ 单相串励电动机的机械特性曲线性相似，如图３４所示。
电动工具类（单相串激电机）定子冲片设计资料一、定子冲片的材料如图为交流串激电动机定子冲片的典型形状，由于在交流串激电动机中，定子磁通是交变的，会产生铁心损耗，因而定子冲片都是采用硅钢片冲制而成。
二、定子冲片外圆尺寸的决定各种类型电机，考虑定子冲片外圆尺寸的重要原则之一：就是硅钢片的经济剪裁，也就是在冲制定子冲片时的余留下来的边角料最少，硅钢片的利用率最高，因此定子冲片的外径不能任意决定。
三、定子内径（也就是转子外径）的决定电机设计知识告诉我们，在其他条件不变的情况下，电机的功率正比于转子外径的平方，而与定子外径无关，因此在定子外径一定的情况下，我们总希望采用较大的转子外径，这样可以产生较大的功率。
但在定子外径一定的情况下，增加转子直径，会使定子的线窗面积减少，而使定子绕组没有足够的位置按放，因而，在定子外径一定的情况下，定子内径（转子外径）也不能任意决定。
一般转、定子直径之比为：0.58~0.62之间随即机械化程度的提高，已能将线圈直接饶在定子铁芯上的电机（特别是深槽定子），这样定子绕组端部较短，定子铜耗也因此可以减少，有利于提高电机的出力。
四、极靴弧长b的决定极靴弧长b也是定子冲片一个极为重要的数据。
如果b取大，磁极面积就大，就能产生更多的磁通，使转子产生较大的转矩，因而能带动更大的负载。
但极靴弧长增大以后会带来下面两个缺点：1、极靴弧长增大，两个相邻磁极的极尖距离就缩短，极尖漏磁通的磁阻就变小，极尖漏磁通就增大，因此，从减少漏磁通的角度来看，我们不希望极靴弧长太大。
2、极靴弧长太大，还会使换向恶化，火花增加，原因是电枢反应电势的增加。
电枢反应电势：我们都知道转子流过电流以后，要产生转子磁通，转子磁通的方向总是与换向极磁通方向相反，既然换向元件切割换向极磁通所产生的电势，能够帮助换向；那么换向元件切割转子磁通所产生的电势，一定会妨碍换向，这个妨碍换向的电势就是成为电枢反应电势。
五、定子轭高hc及磁极宽度bp的决定决定一张定子冲片的主要尺寸是：定子外径、定子内径、极靴弧长、定子轭高及磁极宽度。
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y课程设计说明书（论文）课程名称：电机设计设计题目：单相串激电动机原理与设计院系：电气工程及自动化班级：设计者：学号：指导教师：设计时间：2016.01.04—2016.01.17哈尔滨工业大学教务处哈尔滨工业大学课程设计任务书单相串激电机的设计1 主要技术要求1、额定功率750N P W =2、额定交流电压 220N U V =3、电源频率 150f Hz =4、额定转速 12000N n rpm =5、额定转矩597.260N NN P P M g cm nπ===Ω 6、额定效率65%N η=7、额定功率因数cos 0.92N φ=8、工作状态：连续工作状态2 电机主要参数9、计算功率110.65750951.92220.65N i N N N P EI P W ηη++===⨯=⨯ 10、负载时的电枢电流7505.70cos 0.652200.92N a N N N P I A U ηφ===⨯⨯11、负载时电枢电势 951.921675.70i a P E V I === 12、极对数1P =13、极弧系数0.663α=14、预取线负荷1130A A cm =15、预取气隙磁感应强度 15000B Gs δ= 16、电机常数1881101019690.6635000130C B A δα===⋅⋅⨯⨯17、电枢长径比 1.1ξ=18、电枢外径2101052.2D mm ===19、铁芯计算长度2 1.152.257.4L D mm ξ=⋅=⨯=取 57.4L mm =20、电枢周边速度32310603.1452.2120001032.783560Ne D n V m s m sπ--=⨯⨯⨯=⨯=<21、极距23.1452.282.0221D mm Pπτ⨯===⨯22、计算极弧长度00.66382.054.4b mm ατ==⨯=23、电枢铁芯磁化频率 1120002006060N Pn f Hz ⨯=== 24、气隙长度20.010.0152.20.522D mm δ==⨯=取0.85mm δ=25、定子外径122252.2104.4D D mm ==⨯=取 1110D mm = 26、定子内径 122252.220.5253.2D D mm δ=+=+⨯= 27、转子内径2220.210.2152.210.962D D mm ==⨯=取 2210.96D mm =3-3 电枢及换向28、电枢绕组型式：采用单迭绕组 29、负载时每极有效磁通1202510500054.457.410 1.56110a B b L MXδϕ--=⋅⋅⨯=⨯⨯⨯=⨯30、导体数885601060116710756112000 1.56110N aN Pn ϕ⨯=⨯⨯==⨯⨯⨯其中并联支路对数 1a =31、电枢槽数20.40.452.220.88Z D ==⨯=取 21Z =（槽） 32、换向片数 363K Z == 33、电枢绕组元件匝数75662263C NW K===⨯ 取 6C W =（匝）34、电枢导体数最终值22636756C N KW ==⨯⨯=（条）35、气隙磁感应强度最终值1001010101167500211200054.457.4756N a E B P n b L NGsδ⨯⋅=⋅⋅⋅⋅⨯⨯==⨯⨯⨯⨯150025000100%100%50020.04%3%B B B δδδ--⨯=⨯=< 通过 36、每极有效磁通最终值202510500254.457.410 1.56210a B b L MXδϕ--=⋅⋅⨯=⨯⨯⨯=⨯37、电枢线负荷终值 2756 5.701010131.4/22 3.1452.2a N I A A mm D π⋅⨯=⨯=⨯=⨯⨯1130131.4100%100% 1.1%3%131.4A A A --⨯=⨯=< 通过 38、电枢每槽导体数 7563621NS Z===（条） 39、电枢绕组的元件节距及换向器节距11Y Y 2633122113113011K K P Y Y Y δδ=±=±=⨯=-=-=== 40、电枢绕组电流密度预取值 1212a j A mm =41、导线截面及直径 1125.700.23572212a a a I g mm j ===⨯根据导线标准，取导线QZ-1 导线截面积 20.2376a g mm =铜线直径0.55a d mm =带绝缘导线外径 0.60au d mm = 42、电枢绕组内最终电流密度 25.7012220.2376a a a I j A mm g ===⨯ 43、电枢槽与齿的计算齿距 22 3.1452.27.8121D t mm Zπ⨯===齿磁密217000t B Gs =齿宽22250027.812.470.9317000t Fe t B t b mm K B δ⋅⨯===⋅⨯其中铁芯迭压系数0.93Fe K =槽口宽 02 2.6 2.60.92 2.03au b d mm ==⨯= 槽口高02020.550.55 2.39 1.31h b mm ==⨯=槽上圆直径22202(2)3.14(52.22 1.31)21 2.474.35021 3.14td D h Zb d Z mmππ--=+-⨯-⨯==+轭磁密215000j B Gs =轭高22252.250029.3592210.9315000j Fe j D B h mm PK B δ⋅⨯===⋅⨯⨯⨯槽高222220.5(2)0.5(52.210.96229.359)11.260t j h D D h mm=⨯-- =⨯--⨯=槽下圆直径2222(2)sin1sin(52.2211.260)sin 2.47212.301sin21t t x D h b Zd Zmmππππ-⋅-=--⨯⨯-==-槽上下圆中心距2222020.5()11.260 1.120.5(4.350 2.30) 6.82t S d x h h h d d mm=--+=--⨯+=44、电枢槽截面积22222222222()()826.82(4.350 2.30)(4.350 2.30)32.1882S d x d x h S d d d d mm ππ=+++=⨯++⨯+=45、槽满率222360.6031.6%33%4432.18au S S d f S ππ⋅⋅⨯⨯===<⋅⨯基本符合要求转子冲片图46、一根导体平均长度 21.257.4 1.252.2120.04a L L D mm =+=+⨯= 47、热态电枢绕组电阻111.221057004756120.041.22102.04570040.2376aa aN L r g --⋅=⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⨯=Ω⨯⨯48、满载情况下电枢绕组内电压降5.70 2.0411.63a a a U I r V ∆==⨯=49、换向器直径及周边速度20.80.852.241.76K D D mm ==⨯=3341.7612000101026.26060K NK D n V m s ππ--⋅⋅⨯⨯=⨯=⨯=50、换向片距41.76 2.0863K k D t mm K ππ⋅⨯===25t mm << 符合要求51、电刷参数 选用电刷牌号为 308D = 摩擦系数0.25μ=每对刷电压降2.5S U V ∆=电流密度允许值 0210S J A mm = 单位压力2300S P g mm =最大周边速度040K V m s =52、点刷的电流密度0210S S j j A mm ==53、点刷的截面积及其尺寸2225.70101057110a S S I S mm P j =⨯=⨯=⋅⨯ 电刷宽度1.9 1.92.13.99s k b t mm ==⨯=取 4s b mm =电刷长度5714.254S s s S a mm b === 取 12.5s a mm =，高 12.5r mm =54、换向器轴向有效长度 1 1.7 1.712.521.25K s L a mm ==⨯=换向器轴向总长1421.2540.5523.45K K a L L d mm =+=+⨯=55、换向的检验 换向区域宽带2[()]26363152.2[4(31) 2.1]2121141.7611.56k s k KD K K ab b Y t Z P P D mm=++--=++--⨯⨯= 换向宽带允许值 000.8()0.8(82.054.4)22.08k b b mm τ=-=⨯-=0k k b b < 符合要求电枢元件漏磁通单位磁导22222022 1.20.60.92log 211.260 1.252.27.810.60.92log4.350 2.30120.04 2.033.55t d x a h D td d L b πλπ=⨯+++⨯⨯⨯=⨯+++=电枢短路元件内电抗电势7721026 3.55131.457.432.78101.05r C e e W A L V Vλ--=⋅⋅⋅⋅⋅=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=电枢反应电势770.8106131.482.057.432.780.81082.054.41.1C eKR W A L V e b Vπττπ--⋅⋅⋅⋅⋅=⋅-⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⨯-=合成电势1.05 1.12.15P r KR e e e V =+=+=4.5P e V < 满足要求一个元件中产生的变压器电势81584.44104.44506 1.5611010 2.08Kt C a e f W Vϕ--=⋅=⨯⨯⨯⨯⨯=(68)Kt e V <- 满足要求3-4 磁路系统及磁路计算取 定子磁极 7000m B Gs = 定子轭 19000j B Gs =电枢齿 217000t B Gs = 电枢轭 215000j B Gs =气隙5002B Gs δ=56、磁极尺寸 轴向长度 157.4L L mm ==极芯高度 120.30.352.215.66t h D mm ==⨯= 极靴厚度 20.060.0652.2 3.13x b D mm ==⨯= 极芯磁密17000t B Gs =极芯截面积522111.1 1.1 1.562101001024557000a t t S mm B ϕ⨯⨯⨯=⨯==极芯宽111245546.00.9357.4t t Fe S b mm K L ===⋅⨯定子冲片图57、机座尺寸 机座轭磁密 19000j B Gs =机座轭截面积5211 1.562101.1100 1.1100955229000aj j S mm B ϕ⨯=⨯⨯=⨯⨯=⨯机座厚11195517.890.9357.4j j Fe S h mm K L ===⋅⨯58、气隙磁势 气隙系数 2202107.81100.521.2107.812.03100.52t K t b δδδ++⨯===-+-+⨯气隙磁势111.6101.6 1.1850020.5210491F K B δδδδ--=⋅⋅⋅=⨯⨯⨯⨯= 59、电枢齿磁势 电枢冲片选用DW470-50电枢齿磁场强度 由相应的磁密查磁化曲线得到，以下同。
