单相电容起动异步电动机的设计毕业设计[管理资料]

毕业设计论文

题 目： 单相电容起动异步电动机的设计

专业班级： 电气工程及其自动化0781班 学生姓名： 郝 亦 畅 学 号： 200713010108 完成日期： 2011年6月13日

指导教师： 彭 磊

评阅教师：

2011 年 6 月

湖南工程学院应用技术学院

毕业设计说明书

题 目： 单相电容起动异步电动机的设计

专业班级： 电气工程及其自动化0781班 学生姓名： 郝亦畅 学 号： 200713010108 完成日期： 2011年6月13日

指导教师： 彭 磊

评阅教师：

2011 年 6 月

诚 信 声 明

本人声明：

1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果；

2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料；

3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。

作者签名： 日期： 年 月 日

目录

摘要 ...................................................................... I Abstract ................................................................. II 第一章 绪 论 .......................................................... 1

...................................................................... 1 ...................................................................... 1 ...................................................................... 2 ...................................................................... 3 第二章 异步电动机的基础知识 ............................................. 4

...................................................................... 4 ...................................................................... 5 第三章 脉振磁势的分解 ..................................................... 6

...................................................................... 8 、负序感应电势 ........................................................ 8 ，单向，连续运行 ..................................................... 10 ，双向旋转，工作时间短 ............................................... 10 第四章 单相异步电机的特点 ................................................ 10

..................................................................... 11 ..................................................................... 11 ..................................................................... 11 第五章 电容运转电动机电磁计算设计 ....................................... 11

： ................................................................... 11 ..................................................................... 12 5．3主绕组设计 ....................................................... 14 5．4主相参数计算 ..................................................... 16 5．5磁路计算 ......................................................... 19 5．6铁耗和机械风摩耗的计算 ........................................... 21 5．7副绕组计算 ....................................................... 21 5．8运行性能计算 ..................................................... 23 5．9电容启动电动机的性能计算 ......................................... 24 5．10有效材料用量 .................................................... 25 第七章 经济技术和可行性分析 .............................................. 26 总结 ..................................................................... 29 参 考 文 献 .............................................................. 30 致谢.....................................................................33 附录一定子冲片图.........................................................34 附录二转子冲片图.........................................................35 附录三单相异步电动机正弦绕组接线布线图...................................36

单相电容启动异步电动机设计

摘要：随着日用工业的发展，对单相异步电动机的需求增加，因此，单相异步电动机的产量不断上升，功率范围不断扩大。近年来，我国的单相异步电动机发展很快。750W以下的单相异步电动机已进行了三次全国同一系列的设计，新系列已达到世界先进国家的同类产品七十年代水平。750W以上的整马力单相异步电动机，由于市场需求迫切，许多规格的单相异步电动机也相应投入了生产，并且产量不断上升。

本文对单相电容启动异步电动机的电磁设计以及参数的选择进行了分析探讨，以提高电机的运行特性，达到高效、节能的目的。 关键词：异步电机 电磁计算

Single-phase capacitor start asynchronous motor design

Abstract：With the daily, industrial development, of single-phase asynchronous motor, therefore, increasing demand for production of single-phase asynchronous motor, power rising expanded. In recent years, our country single-phase asynchronous motor is developing very following single-phase asynchronous motor has three national the same series of design，This level of the new series has reached the advanced world of similar products in the 1970。750W above the whole horsepower single-phase asynchronous motor, because the market needs urgent, many specifications of single-phase asynchronous motor also put production, and corresponding production rising.

This paper of single-phase capacitor start the electromagnetic induction motor design and parameter selection are analyzed and discussed, in order to improve the operating performance of the motor, achieve efficient and energy-saving. Keywords: asynchronous motor electromagnetic calculation

第一章 绪 论

单相异步电动机又称为单相感应电动机。由于单相电动机只需要单相交流电源供电，因而被广泛地应用于小型机床、轻工设备、商业机械、食品加工机械、医疗卫生机械、家用电器、日用机电用具、轻小型农副机具，等，例如电风扇、洗衣机、电冰箱、空调器、吸尘器、厨房用具、电动工具、仪表仪具、农用水泵、脱谷机、磨浆机、台式砂轮和家用多功能小型机床等，都采用各种各样的单相异步电动机。

单相异步电动机之所以能广泛应用，因为它具有结构简单、价格低廉、运行可靠、噪声低、振动小、维护使用方便等一系列优点。它与同容量三相异步电动机相比较，体积稍大，性能稍差，因而多制成微型和小型，近年来单相异步电动机应用范围越来越广，不仅产量增加，品种增多，而且已向高力能指标，整马力系列电机发展。

在自然界的各种能源中，电能具有大规模集中生产、远距离经济传输、智能化自动控制的突出特点，它不但成为人类生产和活动的主要能源，而且对近代人类文明的产生和发展起到了重要的推动作用。与此相呼应，作为电能的产生、传输、使用和电能特性发生变化的核心装备，电机在现代社会所有行业和部门中也占据着越来越重要的地位。

纵观点击的发展史，其应用范围不断扩大，使用要求不断提高，结构类型不断增多，理论研究也不断深入。特别是近30年来，随着电力电子技术和计算机技术的进步，尤其是超导技术的重大突破和新原理;新结构；新材料；新技术；新工艺；新方法的不断推动，电机发展更是呈现出生机勃勃，其前景是不可限量。

在现代社会中，电能是现代社会最主要的能源之一。在电能的生产、输送和使用等方面，电机起着重要的作用。电机主要包括发电机、变压器和电机等类型。发电机是将其他形式的能源转换成电能的机械设备，它由水轮机、汽轮机柴油机或其他动力机械驱动，将水流，气流，燃料或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转化为电能。发电机在工业生产，国防，科技及日常生活中有着广泛的用途。

电动机将电能转化为机械能，用来驱动各种用途的生产机械。机械制造工业、冶金

工业、煤炭工业、石油工业、轻纺工业、化学工业及其各种矿企业中，广泛的应用各种电动机。例如，在交通运输中，铁道机车和城市电车是由牵引电机拖动的：在航运和航空中，使用船舶电机和航空电机：在农业生产方面，电力排灌设备、打谷机、榨油机等都是由电机带动的；在国防、文教、医疗及日常生活中，也广泛的应用各种小功率电机和微型电机。

大家都知道电动机的转动是靠电能，电能在日常生活中的作用。而发电机是产生电能的主要途径之一，而同步发电机在发电机占据了主要的位置，可见对同步发电机具有重要的意义，主要有提高发电机的效率、减少能源的使用，减少二氧化碳的排放，减少发电机所用材料等等，总之，对国民经济的发展具有重要的作用。

根据电机的可逆原理，异步电机可用作电动机，也可用作发电机。但其做发电机时性能较差，故很少采用。而用作电动机时具有很好的工作特性，故其主要用作电动机。异步电动机结构简单，价格低廉，运行可靠，坚固耐用，易于控制，因而是电动机里最广泛的一种。异步电动机是一种交流电机，主要用作电机，拖动各种生产机械，广泛运用于交通运输、农业生产以及国防、文教、医疗和日常生活中。

异步电动机具有较高的运行效率和较好的工作特性，从空载到满载范围内接近恒速运行，能满足大多数工农业生产机械的传动要求。异步电动机还便于派生成各种防护型式，以适应不同环境条件的需要。随着电力电子器件以及交流变频调速技术的发展，由异步电动机和变频调速器组成的交流调速系统的调速性能以及经济性能以及经济性已可与直流调速系统相媲美，且使用维护简便，因而应用越来越广泛。

异步电机，特别是100 kW以下的中小容量电机，在石化企业尤其是在每个油田中的使用量是十分庞大的。就胜利油田而言，上面也提及到，用电量占油田总用电量60％，全油田有14000多台电机，而目前大多数是Y系列电机，其它的电机也基本上属于Y系列。高效异步电机目前仍处在起步示范性应用阶段。每年随着企业发展扩大，还要不断新增电机，胜利油田1年约新增电机800台。

以上是胜利油田应用中小型异步电机的情况，然而胜利油田仅是中国石油企业的一部分，约占五分之一。粗略推算整个石油系统电动机装机总量已达到了5 GW，耗电成本占全行业生产成本的20%以上。同时，在石化系统中运行的中小容量电机数量也十分可观。

应该指出，目前中国国内各企业在用的异步电机绝大多数是Y系列电机，因此，推广高效电机具有广阔的市场潜力。除石油、石化企业适用外，机械、电力、矿山和纺织

各个工业领域也同样适用。

在设计前和设计过程中，设计人员还应认真的调查研究，听取有关人员的意见和建议，注意理论与实际，设计与工艺相结合。例如深入现场，访问用户和查询有关资料等等，以便对所设计电机的技术要求、现状、发展趋势、生产经验与现有加工条件等有所了解，从而为具体设计打下坚实的基础，减少设计差错。

电机设计是个复杂的过程，需要考虑的因素和确定的尺寸、数据很多、这就难免会遇到错综复杂的矛盾。因此设计人员必须全面地、综合地看问题、并能应时应地制宜，针对具体情况采取不同的解决方法。

电机设计通常会给定下列数据：额定功率、额定电压、相数及相同连接方式、额定频率、额定转速或同步转速、额定功率因素。

对电极的技术要求通常在有关的国家标准或技术条件中规定，其内容视具体电机而异。

第二章 单相异步电动机的基础知识

小功率电动机是一种在气隙磁场中通过电磁感应实现机电能量转换的电动机，由于其运行转速与电网频率之比不是恒定值，按国家标准规定，在不致引起误解或混淆的情况下，一般也可以称之为异步电动机。单相异步电动机只需要单相电源供电，使用方便，广泛应用于工业、农业和人民生活的各个领域，如用在洗衣机、电风扇、冰箱、空调器等家用电器，以及驱动水泵、鼓风机、碾米机、饲料粉碎机、切肉机和各种电动工具等，各种小功率电动机的容量范围与电机的起动性能（如起动性能、起动转矩等）和运行性能（如效率、功率因数等）有密切的关系。例如，电容运转感应电动机的效率和功率因数较高，但它的起动转矩偏小，如欲加大起动转矩，有时可选用较大电容值的电容器，但这又会影响电机的运行性能和成本，故它的容量一般做得偏小。

其大致工作原理和特点是：定子绕组由两相绕组（主绕组、副绕组）组成，两绕组相轴夹角为90度，副相外接电容。当两绕组接入电压时，由于电容接于副绕组，会使副绕组电流滞后主绕组电流90°电角度，两相绕组产生的磁场合成椭圆磁场，转子即在磁场驱动下旋转。

电机中定子产生椭圆磁场，其效率明显低于产生圆形磁场的三相异步电机，其气隙中谐波较大，振动和噪音也较大。单相异步电动机与三相异步电动机的主要不同就在于它的不对称。三相对称电动机工作时，内部是圆形旋转磁场。而单相异步电动机在一般情况下，内部则是椭圆形磁场，仅在某一转速上满足条件时才是圆形磁场。

一个内部是椭圆形磁场的电机是同样能工作的，只是它的性能要不及圆形磁场的好，对于一个椭圆形磁场，可看作是一个正序圆形磁场与一个负序圆形磁场共同作用下，当正序转矩大于负序转矩时便会向正向旋转，反之亦然。电容电动机是由定子上处于不同空间位置，并流着不同时间相位电流的主副绕组共同作用产生旋转磁场的，由这一旋转磁场作用就会使电机起动运行。

对于仅有单绕组的单相异步电动机，定子上单层绕组所产生的是脉振磁势，分解所得到的是正、负序幅值相等的旋转磁势。如果定子是静止的，则短路的转子定子产生效应相等的反作用，与定子合成后会产生正、负序相等的磁场（磁密）。这样，电机在n=0时所产生的正、负序转矩便也相等。即Tf=Tb。电机的起动转矩Tst=Tf-Tb=0。这就是说单绕组异步电机没有起动转矩，为了起动就需要配置副绕组，使电机能在n=0的条件下由定子绕组建立起椭圆而不是脉振磁势。

单绕组异步电机没有起动转矩，但是在转子起动以后，虽然定子仅有单绕组通电，电机却能产生驱动转矩，会使电机在单绕组下工作，这又是单绕组电机所独具的特点，因为当转子以某一转速旋转时，转子对顺它转向旋转的正序磁势间转差率较小，转子近乎开路，正序现在的阻抗值大，转子正序电流较小，经转子反作用合成的正序旋转磁场较大，磁密及反电势均较大，正序转矩值也较大，如图2-1中曲线所示：

但绕组异步电动机的机械特性

但是转子对逆序磁势来说则是短路的，要呈现出很强的去磁阻尼效应，这时逆序视在阻抗值较小，转子的逆序电流分量较大。由于转子的支持，合成的逆序磁场的幅值将很小，磁密、反电势等也均小，，也较小，正、负序转矩之差便是电机实际产生的转矩，，单绕组异步电动机的机械特性充分反映了这样一个性质，即电机没有起动转矩，但是如果能驱使转子转动，电机即可以在旋转方向产生驱动转矩，使它连续转动。依靠分相起动仅保留单绕组运行的异步电动机虽然电能指标不及电容电动机，但是结构却最简单，运行可靠，价钱便宜。适于将电机做得大些。

当一台三相异步电动机在运行时，如果定子有一相线断开，，若电动机轴上所带的负载不太大的话，则电机将继续运转，只不过此时的工作电流增大，电动机的温升提高，而且转速下降了，实际上这台电动机已经处于单运行了，此时，若切断电源，电动机将停止运转，若待转子停转后，如仍使开关处于断开状态，再次接通电源后，电动机就不能重新启动，由此在可看出三相异步电动机在作单相运行时，机械特性较“软”效率较低，起动转矩为零等，异步电动机在单、三相运行时，性能差异的根本原因就在于两者

气隙磁场的性质是不同的。

三相电机接线图

第三章 脉振磁势的分解

一个集中绕组通电后，在空间产生的是随时间脉振的矩形波磁势，分解后将有各奇次谐波分量存在，经适当设计绕组，便可消去高次谐波分量，仅余下基波分量。这样便

是在空间以绕组轴线为对称成余弦分布，并随电流周期交变而脉振的磁势。假设t=0时，电流值为最大，则这个余弦分布的脉振磁势可写作：F=Fmcosxcosωt (式中，基波磁势幅值：Fm=)

这样一个在空间上不动，而幅值随时间脉振的波就是驻波，一个驻波可以看着是由两个幅值减半，方向相反的行波合成，即：F=F++F-就幅值上来看F+=F-==()随着时间的变化，任一时刻的脉振磁势都可以看着是由两个正序和负序旋转磁势所组成的，见图3-1

脉振磁势的合成与分解

脉振磁势的分解，实际上是反映着时间变量向空间向量的转化，其中每一个旋转磁势者具有磁势幅值恒定，转速是频率所确定的同步转速的性质，即为圆形旋转磁势。它们与转子间的作用关系将因与转子间有不同的转差率而不同。如以s代表正序磁势与转子间的转差率，则有

正序磁式的转差率 s=1-v

负序磁式的转差率 2-s=1+v (式中v=n/n1─转子的相对转速)

每别把每个磁势对转子的作用计算出来以后，再予叠加起来，便是一个脉振磁势与转子相作用的结果。这就是相对单绕组电机的脉振磁势，采取双旋转磁势的分析方法。

单绕组产生的脉振磁势下是一对应于绕组中电流I的，同样，分解出来的每一个圆形旋转磁势也要对应于绕组中的一个电流分量。分别叫作等效的正、负序电流分量I+、I-。则：

F+=+ F-=

即每个圆形旋转磁势是由绕组中的一半电流所产生，并随时间变化正、负序磁势在空间向着相反方向旋转。

设电动机的定子铁心上放有两套绕组M和A，在空间上，它们轴间的夹角为Ø电角度，分别对时间t作正弦变化的交流电流Ím和Ía，且设时间上Ía导前Ím一个ψ角。

仍取电动机气隙圆周空间坐标直线x=0与相轴A重合。合成磁势幅值的失端点轨迹是一个长轴为f+和f-幅值之和，短轴为f+和f-幅值之差的椭圆。这就是所谓的椭圆磁势。如图3-2所示。

（a）转子开路 （b）转子旋转 （c）简化电路

正序磁势与转子作用的电路图解

有时为了改善电机的性能，故意把电机设计成Ø≠90°；有时为了通用定子冲片，也会导致两相绕组相轴夹角Ø≠90°。在这些情况下，为获得圆形磁场，在相位上就必须考虑Ø+ψ=180°这个条件了。

总之，椭圆磁势可以分解为两个速率相等，转向相反而幅值不等的旋转磁势。当正、负序磁势大小相等时，就是脉振磁势，当负序磁势大于零时，就成了圆形磁势了。

、负序感应电势

定子的正、负序磁势经与转子作用后要分别合成正、负序磁场、磁通。将在定、转子绕组上分别感应有电势，其效应就是迭加的，在电路上就是串联的。

分析时是把多相鼠笼转子等效为具有主绕组匝数的对称两相转子。这样在定、转子绕组上将感应有相同的电势。

现观察每个圆形磁势的作用，当转子开路时，

脉振磁势的合成与分解

实际转子为短路且旋转，转子对于正、负序磁势的效应，(b)所示电路影响着正序磁势。(c)所示两相正序（以及负序）的现在阻抗。这样正、负序感应电势可作：

Ef=IfZf(2)

Eb=IfZb(2) (式中Zf(2)、Zb(2)─两相对称电机的正、负序视在阻抗) 电容启动异电动机简称电容电动机，。

单相电容启动异步电动机接线图

它是在副相接以电容器与主相绕组并联于电网上的一种电动机，由于它的副绕组始终要通电。所以，它不需要起动继电器切除副回路。由于副绕组需长期运行，故副绕组与主绕组电密差不多，它的副绕组与电容器的选配，多是以工作时能有较好的性能指标为准则。副绕组串入电容器，考虑到长期工作的要求，应选用耐压较高的聚丙烯金属膜纸介电容器，容量较小，电容运转单相异步电动机的起动性能，如电容起动的单相电动机，它的起动转矩较低，起动电流也较大，电容电动机工作时，内部接圆形磁场，因而效率与功率因数单绕组的异步电动机要高，且振动和噪音都比较低，因而房间空气调节器的电动机多数是用单相电容运转异步电动机，这种电动机不仅在起动时，而且在运行时也是一个两相电机，所以运行时在气隙中可以产生较强的旋转磁场，提高了它的运行性能，因而它的功率因数、效率、过载能力都比电阻起动和电容起动单相电机要好

得多。

电容电动机最大的优点是：只需单相电源供电即可，因此，被广泛应用于各式家电器。如小功率的驱动装置中，在仅有单相电源供电的偏远地区，像林业、矿山的牵引、运输等动力设备也多采用电容电动机，甚至一些大功率电机如风力发电机，也是采用单相异步电动机。

根据负载性质的不同，电容电动机基本有以下两类。 ，单向，连续运行

这类负载如：风机、风扇、空调器、磨床等。它们的阻力主要来自风或外加的负载，这类负载的起动阻力矩较小，而起动后，它的阻力矩因风叶的性质随转速的二次方增大，，负载的斜率，会超过电机的机械特性在非稳定区的斜率，这样，便能稳定运行在异步电机的各种转速上，包括非稳定区间，应用于这类负载上的电机，可能把它的工件重点设计在输出最大功率处，即接近于最大转矩外，这种电机的转子要尽可能小，副绕组和电容的设计就在额定时出现圆形磁场，实现对称运行为准，以保证力能指标（η、cosØ）高，噪声小，通用的驱动电动机，如DO2系列电机，就是具有这样性质的一类电机。

，双向旋转，工作时间短

这类负载如，洗衣机，小型提升绞车等。它们的特点是工作时间短，不是连续的，鉴于电机的工作时间短，故可以在适当降低力能指标的基础上，从设计上采取一些措施（如增大转子电阻等）提高起动转矩，为了实现正、反转，多使用主、副绕组具有相同匝数。

单相电容运转异步电动机的定子具有主绕组和副绕组，它们的轴线的空间相位上相差90°电角度，副绕组串联一个工作电容器C（容量比电容器小得多）后，与主绕组并接于电源。

第四章 单相异步电机的特点

单相异步电机与三相异步电机相比较，其最大的不同，最主要的就是不对称，三相异步电机是具有三相对称绕组的电机，在外加三相电源对称条件下，实现平行运转，而单相异步电机则不然，供给它的是单相电源，为了使单相异步电机能够具有或接近三相异步电机的运行性能，采取了种种措施，如电的，磁的，空间位置上的不对称。用这些

不对称来应付电源上的不对称，这就是单相异步电机最本质的特点，分别介绍之。

电的不对称，就是在电路上的一些不对称，对于仅有单相绕组工作的电机，即分相电机，是没有办法使它工作在平衡条件下的，性能上总是有所失的。

对于具有两相或三相绕组的电容电机，在单相电源条件下要它能实现平衡运行，就得要求各相电流在时间上要有相位差，这就需要各相回路参数不等，即电路不对称才行，假如各绕组是对称的，就应该通过外接移相电容元件（多是电容），来造成各回路的不对称，通常都是将电容电机设计成不对称的多相绕组，即各相绕组在槽形，槽数，匝数，线径上不相同，再配以移相元件，使电机能在平衡的条件下运行。

单相异步电机的各相绕组在空间位置上并不像三相对称电机那样要求对称分布，只要求在空间最佳位置放置绕组，以求得最佳的工作状态

对于那些功率甚小的单相异步电机，性能要求不高，但求结构工艺简单，就宜采用多极的定子，集中的绕组，这样绕线、下线方便，可以简化制造工艺，又可利用它在气隙中上的不等和磁场上的不称来改善电机的运行性能。

第五章 电容运转电动机电磁计算

：

（1） 电压： UN=220V （2） 相数： m=2 （3） 频率： f=50Hz

（4） 极数： p=4 （5） 输出功率： PN=370W （6） 效率： η= （7） 功率因数： cosφ= （8） 起动转矩倍数： Tst= （9） 起动电流： Ist= (10) (11)

最大转矩倍数： Tm= 绝缘等级： E级

（1） 定子外径： D1= （2） 定子内径： Di1= （3） 气隙： g= （4） 转子外经： D2= （5） 转子内经： Di2= （6） 定子转子铁芯长： L1/L2=) （7） 定转子槽数： S1/S2=24/30

（8） 定、转子槽形尺寸及图（单位：厘米）

b01 bs1 bs2 hs0 hs1 hs2 hc1

b02 br1 br2 hr0 hr1 hr2 hc2 0

定子槽形尺寸

9） 极 距: τ=πDi1/p=π×(cm) 10） 定子齿距: t1 =πDi1/Q1=π×(cm) 11） 转子齿距: t2=πD2/Q2=π×(cm)

12） 定子齿宽： bT1=π[Di1+2(hs0+hs1)]/Q1-bS113） 转子齿宽： bT2=π[D2-2(hR0+r1)]/Q2-2r1 =[(+)]/

14） 定子齿部磁路计算长度： t1=hs1+hs2+R/3=++(cm) 15） 转子齿部磁路计算长度： t2=r1+hR2+R/3=++(cm)

（（（（ =[+2(+)]/

=(cm) （

=(cm)（ h（ h（16） 定子轭部磁路计算高度：

hc1=(D1-Di1)/2-hs+R/3

=()/+

= (cm)

（17） 转子轭部磁路计算高度：

hc2=(D2-Di2)/2-hR+R/3+Di2/4

=()/++

= (cm)

（18） 定子轭计算长度：

Lc1=π(D1-hc1)/2p

=π()/(2×4) =(cm)

（19） 转子轭计算长度：Lc2=π(Di2+hc2)/2p

=π(+)/(2×4) =(cm)

（20） 定子槽有效面积：

槽面积Ss = [（bs2 + bs1 ）/2] (hsˊ –h)+ πR2 /2

槽绝缘面积Si =ci （2hsˊ+πR） 槽有效面积Se =Ss – Si =

（21） 转子槽面积Sb =(r1+r2)hR2+(r12r22) （22） 转子斜槽宽bsk =t1

（23） 气隙系数KcKc1Kc21.2635

定子Kc1t1(4.40.75b01)1.2635 2t1(4.40.75b01)b01t2(4.40.75b02)1 2t2(4.40.752b02)b02转子Kc2

1. 绕组形式：正弦绕组

跨槽 百分比 2 4 6 平均跨槽：ym =

y/n=4

1n2. 绕组系数：Kdpm = 3. 粗选气隙磁密Bg’=7770 4. 假设磁路饱和系数FTm’=

计算极弧系数 αi’= 波形系数 KB’ = 5. 每极磁通初值：

φ’=αi’ • Bg’ •τ• L1

=

6. 总串联导线数初值：

Zm’ =（ KEˊ•U1•50•106）/( KBˊ•f 1•φˊ•Kdpm) =(×220×50×106)/(××50×) =18

7. 每极串联匝数：Wpm =（am•Zm’)/2p=(1×18)/2×4=206 8. 总串联导线数: Zm=（2p•Wpm）/am =(2×4×206)/1 =18 9. 每槽导线数

跨槽 2 4 6

10. 定子主相电流初步估算值

I1ˊ=PN/(U1ηˊcosφˊ) =370/(220××) =(A)

11. 主绕组线规

(1) 取电流密度 △mˊ=8 (A/mm2)

百分比 每槽导线数 55 96 55 (2) 导线截面初值：

Smˊ=I1ˊ/(a1△mˊ) =(1××1) = (mm2) 线规直径dm=(mm), dmˊ= (mm) 导线截面积 Sm0.1963 （mm） 12. 线圈中心直径DeDilhshs0hs1

=+++=（cm）

13. 平均半匝长：

Lm=L1+(πDeymγ)/Q1

=+(π××5×)/24

= (cm)

1. 主相绕组电阻（75℃）

R1m(75°)=(×10-4)/(amSmNm)

=(×18××10-4)/(1××1)

= （Ω）

2. 转子电阻（75℃）

R2m(75℃)=((ZmKdpm)/103)2[(L2bsk/(SbQ2)

= （Ω） 3. 定子槽单位漏磁导

22S1U1L1=+=(cm)

U1hs02hs1 b01b01bs1 =

0.0720.07= 0.250.250.52L1=

4. 定子谐波单位漏磁导

d1 =

5. 漏抗系数

t2b01b02

11.9KC0.8010.250=

11.90.0251.26352f1ZmKdpm2() Kx1001000 =3.14 = 6. 定子槽漏抗

250180.8042（） 1001000 Xs1Kx2.51L1s1 Q1 =××× = 7. 定子谐波漏抗

Xd1Kx2.51L1d1 Q1 =××705× = 8. 定子漏抗

X1mXs1Xd1=+=

9. 转子槽单位漏磁导

s2v2L2=+=(cm)

' IbZmKdpmIbcosQ2=18×××

=

U21.12hbo4100.1 'Ib =+××104/=

L1=

10. 转子谐波单位漏磁导

d1 =

t1b01b02

11.9Kc1.0070.250.1=

11.90.0251.2635211. 转子斜槽单位漏磁导

b sk0.5(skt2)2d2

=0.5(1.007)2.014=

0.80112. 转子槽漏抗

Xs2Kx2.51L2s2 Q2 =××× = 13. 转子谐波漏抗

Xd2Kx2.51L2d2 Q2 =××× = 14. 转子斜槽漏抗

XskKx2.51L2sk Q2 =××× = 15. 转子子漏抗

X2MXs2Xd2Xsk

=++=

16. 总电阻 RTmR1mR2m=+= 17. 总漏抗 XTmX1mX2m=+=42

22RTm18. 总阻抗 ZTmXTm=

19. 定子主绕组漏阻抗

2 Z1mX12mRTm=

1. 压降系数

I1'Z1m 1=×

U1I1'R1m1U1=×

'1tg1XMTMtg111.824= 25.722'cos1(cos')cos10.50.208

KE1121cos('1)

2 =10.557220.228cos（ 50.508-13.409） =

'KE1121cos'

'2' =10.2282-20.2280. =

2. 漏磁系数

'KE0.873 Kp0.901

KE0.972FT'1.10

计算极弧系数i'0.658 波形系数 KB1.10

'KEU110650 

KEZmKdpmf10.87222010650 ==131623

1.10180.915505. 气隙磁密 Bi1316234413

iL10.6586.04457.5t11.00744139119

KFebT1KP0.950.5240.95t20.80141137426

KFebT20.950.5016. 定子齿磁密BT1Bi7. 转子齿磁密BT2Bi

Bc12KFeL1hc1Kp1316239211

20.957.50.9230.8729. 转子轭磁密Bc12KFeL2hc11316234274

20.957.52.161 atT13.713 atc12.250 得c10.53

atT23.198 atc21.435 得c20.635

ATs0.8BsKc0.844131.26350.025111.517

定子 ATT1atT1hT13.25581.24.504 转子 ATT2atT2hr22.25040.92.169

定子 ATc1c1atc1hc10.5953.1984.1767.945 转子 ATc2c2atc2hc20.51.4351.1721.085

FTATT1ATT2ATs

ATs=

ATATT1ATT2ATsATc1ATc2

=

IumpAT4126.8510.426

0.9ZmKdpm0.9180.804XumKEU10.972220501.972 IUM0.426

1. 定子齿重 GT17.8Q1bT1hT1L1KFe103

=×24×××××103

=

2. 定子轭重 Gc17.8(D1hc1)hc1L1KFe103

=×（）××××103

=

3. 转子齿重 GT27.8Q1bT2hT2L2KFe103

=×30×××××103

=

4. 转子轭重 Gc27.8(D1hc2)hc2L2KFe103

=×（+）××××103

=

5. 单位铁耗 pT12.084 pc11.301

pT21.838 pc20.521 6. 总铁耗 pFepFe1pFe2=+= 定子铁耗 pFe12pT1GT11.7pc1Gc1

=

转子铁耗 pFe22pT2GT22.5pc2Gc2

=

D67机械耗pfwk2()2(1)46.039

p10

1. 绕组形式：正弦绕组

跨槽 百分比

平均跨槽：ym =

2 4 6 y/n=4

1n2. 绕组系数：Kdpa = 3. 选取有效匝比a=

4. 总串联导线数初值：Za'aZmKdpmKdpm1.6180.9152637

0.9155. 每极串联匝数：Wpa =（aa•Za’)/2p=(1×2637)/2×4=330 6. 总串联导线数: Za=（2p•Wpa）/aa =(2×4×330)/1 =20

7. 每槽导线数

跨槽 2 4 6

8．副绕组线规

线规直径da=(mm), daˊ= (mm) 导线截面积 Sa0.1134（mm） ：

La=L1+(πDeyaγ)/Q1

=+(π××5×)/24

= (cm)

10. 副绕组电阻：

R1a=×10-4/(a2Sa)

百分比 每槽导线数 70 121 70 =××20×10-4/(1××1)

=

=

XaXumX2m501.97230.176532.148

KaXum/Xa501.972/532.1480.943

2M10.5KR2m0.50.943223.87510.615

M2R2m/Xa30.176/532.1480.057 M30.5KRa0.50.943532.148250.921 M40.5KX2m0.50.94330.17614.228

Rf=(M1/S)/[(M2/S)2+1]

= (Ω)

Rb=[M1/(2-S)]/{[M2/(2-S)]2+1} = (Ω)

Xf=[M3(M2/S)2+M4]/[(M2/S)2+1] = (Ω)

Xb={M3[M2/(2-S)]2+M4}/{[M2/(2-S)]2+1} = (Ω)

RT=R1m+Rf+Rb =++

= (Ω)

XT=X1m+Xf+Xb =++

= (Ω)

'1. 不计铁耗电流 ILU1RX2T2T0.949

'2. 电势 EIL(RfRb)2(XfXb)2198.341

'23. 输出功率 p2IL(RfRb)(1s)pfwpFe372

'4. 计及铁耗电流 ILILPFe2ERTRX2T2T0.977

5. 电流密度 m

26. 定子铜耗 pCILR1m24.552 27. 转子正序铜耗 pCu2fILRfs3.149 2Rb(2s)9.551 8. 转子负载铜耗 pCu2bILIL4.977

amSmNm9. 输入功率 p1p2pCu1pCu2fpCu2bpFepfw428.2 10. 效率 p2100%=% p1p1= U1L1120f1=1440 p11. 功率因数 cos12. 转速 n=（1-s）

13. 转矩 TM0.975p22.473 n14. 电流 ImU1RX2T2T0.949

15. 输出功率 p2I12m(RfRb)(1sm)pfwpFe48.052 16. 最大转矩倍数 TM17. 空载点计算

空载电抗 X0XpmX1m513.796

空载电流 I0(1s)p2m1.735

(1Sm)p22U10.617

XTmX0定子铜耗 pCu20Xpm0.5IR1MXX2mpm204.287 空载电流 p10pCu10pfwpFepCu20

1. 硅钢片重量

GFe=×D12L1KFe×10-3

=××××10-3

= (kg)

2. 主绕组铜重

Gcum=×LmcuZφ1Sm×10-5

=××18××10-5

= (kg)

3. 副绕组铜重

Gcua=×LacuZφ1aS1a×10-5

=××20××10-5

= (kg) 4. 总铜重 Gcu=Gcum+Gcua =+

= (kg)

5. 转子铝重

GAL=(L2S2Ab+2πDReAR)×10-3

=××30××10-3

= (kg)

第七章 经济技术和可行性分析

单相电容启动异步电动机，在工业和家庭电器设备中应用比较广泛。但是，电动机运行时(特别是负载较轻时)，因功率因数比较低，造成供电电源设备容量利用率低以及供电线路有功损耗大。在大力倡导节能的时代，研究单相电容启动异步电动机节能控制问题具有很实际的意义。

提高单相电容启动异步电动机功率因数的方法

设电源设备容量额定值为S，单相电容启动异步电动机从电源吸取有功功率为P，即：

PScos (7-1)

电源给电动机输送的电流(供电线路的电流)，I0为：

I0P (7-2)

Ucos

其中u为电源电压。从式(7-1)看出，当电动机需要的有功功率一定时，功率因数越大，电源设备额定容量就越小，电源设备利用率就越高，(7-2)可以看出，P一定，“一定，cos越大，则，I0就越小。也就是供电路有功损耗就越小。可见，对单相电容启动

异步电动机要节约电能，关键是提高其功率因数。单相电容启动异步电动机运行时，主绕组需要无功功率，有功功率、功率因数都确定了，要想等效地提高其功率因数，唯一的办法就是在其运行时，将启动电容一部分与主绕组并联，主绕组需要的无功功率由电容器产生的无功

功率来补偿。减少电源向电动机输送无功功率来提高电源功率因数，减少输电线路有功损耗，达到提高电源设备容量利用率的目的，其控制线路如图l所示。图中，K。为常闭开关，K2开关在电动机启动前合向3点，将Cl和晓并联，当加上电源电压“时电动机启动，转速达到80％时K。自动打开，同时将K：从3点向4点合上，将电容C1与主绕组并联，电动机转入正常运行，。

单相电容启动异步电动机节能控制系统线路图

电动机定子电路图

，主绕组电流，I为：

I1P (7-3)

Ucos1式(7-3)中，Ⅱ为电源电压，P为电动机有功功率，cos为主绕组功率因数。电源给电动机输送电流如为：

I0I1I2I3...... (7-4)

其矢量图如图(7-3)所示，由于从电源给电动机提供有功功率不变，所以有：

I0cosI1cos1或I1cos1 （7-5）

cos

矢量图

从图3及式(7-5)看出，远远小于1，cos远远大于cos。所以主绕组并入电容Cl以后，电源功率因数cos (即负载等效功率因数)大大提高了，电源给电动机输送电流大大减少了。

总结

本设计过程参考了陈永校，李德成主编：《单相异步电动机原理设计与试验》，以及《电机学》，《电机设计》。

此次毕业设计课题涉及知识面较广，包括了几乎我们大学专业课程的全部专业知识和许多的专业基础知识，运用了如：电机设计、电机学、电力电子、小功率电动机等许多学科知识。我的主要工作是完成电容起动电机设计，这让我对电机设计以及有了更进一步的了解，对其在实践中的应用有了新的体会，对电机设计方向的把握也有了初步的认识，在这整个过程中我不仅更好的巩固已有知识，并且还学到了很多的新知识。但由于本人水平有限，在设计的过程中仍存有诸多的不足，其不严密处敬请指导。

总的来说这次毕业设计的完成让我受益匪浅，使我明白把书本知识与实际相结合是有相当大的困难的。因此在以后的学习生活中，不仅要巩固学习更多的书本知识，还要把知识活学活用，与工作相结合，那样才能有利于我个人的成长。

在这两个多月的设计中，我的同学吴帆给予了我很多帮助，当然最重要的是我们的指导老师彭磊。他工作认真，而且热心帮助我们解决问题，让我们少走弯路，让我们学到了这种工作态度严谨的风格，给即将走入工作岗位的我树立了榜样！

学生：郝亦畅 ２０１１年 ６ 月 １０日

参 考 文 献

[1].[M].北京：机械工业出版社，1998 [2].[M].北京：机械工业出版社，1993 [3]．－中小型电机[M].1975 [4].[M].技术出版社，1971

[5].电机电器设计手册[M].长沙：湖南省科学技术普及协会编 [6].中小型电机噪声译文集[M].上海电气科学研究所，1977 [7].电机噪声、，1983

[8].[M].湖南：湖南人民出版社，1977

[9].中小型电机设计手册[M].：机械工业出版社，1994 [10].电机工程手册[M].哈尔滨大电机研究所编 [11].李隆，电机设计[M].北京:清华大学出版社，1992

[12]. Jung-Chien Li and Guan-Chyun of the Boost Zero-Current-Switched Quasi-Square-Wave Converter[J].IEEE TRANSACTIONS ON POWER 1992:1-10

致 谢

在此论文撰写过程中，要特别感谢我的导师彭磊的指导与督促，同时感谢他的谅解与包容。没有彭磊老师的帮助也就没有今天的这篇论文。求学历程是艰苦的，但又是快乐的。感谢我的班主任李儒锋老师，谢谢他在这四年中为我们全班所做的一切，他不求回报，无私奉献的精神很让我感动，再次向他表示由衷的感谢。在这四年的学期中结识的各位生活和学习上的挚友让我得到了人生最大的一笔财富。在此，也对他们表示衷心感谢。

谢谢我的父母，没有他们辛勤的付出也就没有我的今天，在这一刻，将最崇高的敬意献给你们！

本文参考了大量的文献资料，在此，向各学术界的前辈们致敬！