第一章绪论中型三相异步电动机在机械制造、矿山、冶金、电力等行业，作为各设备的拖动工具应用的非常广泛，生产高压电机的企业也相当的多，产量也较大。

异步电动机消耗的能源所占电力的比例最高。

本文以一个机座号的一个极数简要地介绍在设计异步电动机的四个计算步骤，磁路计算、参数计算、损耗和运行性能的计算、起动性能计算。

在这四个计算中，电磁感应定律贯穿整个全过程。

在中型高压电机的电磁设计过程中，现在的企业大多采用的电磁计算的核算程序，通过计算机进行计算，对于数据调整实际采用试探法。

这就要求电机设计人员要对电机设计四个步骤的计算内容有很好的理论理解，要清楚参数之间的相互关系，以便在电磁计算过程中对于性能不合适的地方确定调整方向。

电机的电磁程序虽然各企业的编制都不一样，在大致的所使用方法还是基本相同，就计算机应用的电磁程序编制过程中经常用到的一些常用方法和一些原始的计算公式，尤其电机需迭代的四个参数饱和系数K T、电势系数K E、效率 、起动电流倍数Ist 在整个电磁计算过程中形成四个循环，但又互相影响，它们初值取的好坏以及控制的计算精度直接影响着计算的速度和计算的准确度。

三相异步电动机的设计中，在磁密取值即不能不饱和又不能过饱和，定转子电密高低直接影响着电机的温升、效率、电机使用铜铝材料等。

电机在保证性能参数的方案可以为多铁方案（铁心长）也可以为多铜方案（多匝数，短铁心方案），在电机设计过程中要在保证电机力能指标，又要在温升允许的情况下，进行多方案比较，以节约原材料为优化方向，尽可能降低电机成本。

第二章 电机设计理论本次的设计题目就是我公司下达的设计项目，本次设计它所依据的主要理论是三相异步电动机的原理及试验以及三相异步电动机的计算程序，将手算程序改编成计算机程序来进行本次设计项目Y560 IP23 6kV 10P 电机的三个规格、710kW 、800kW 、900kW 进行电磁计算，以确定参数，计算的目的是要保证电机的力能指标满足JB/T7593-94的标准规定，根据电磁计算结果来设计绘制出工作图满足生产需要。

2.1 电机设计的理论分析以及主要的计算公式2.1.1 电机的磁路计算。

异步电机的磁路计算通常是从等效电路出发，求出电机的空载电流或其主要组成部分磁化电流、各种参数和损耗。

磁路计算的主要目的是为了求出磁化电流，同时要校核电机磁路系统的尺寸，如电机的齿部和轭部的磁路不过分饱和以影响电机性能，又是电机的齿部和轭部太不饱和，造成电机的原材料的增加，以使电机的生产成本上升。

电机的磁路计算还要给电机的性能计算提供数据。

由于电机的磁路计算是对称的，所以只计算一对磁极的磁路就可以了，又由于一对极的磁路对称于中心线，我们可以进行一个极的磁路计算，就是求出一个极磁路各段磁路所需磁势之和即：2C 1C 2T 1T F F F F F F ++++=σ (2-1) σF -----空气隙所需磁势；1T F -----定子齿所需磁势；2T F -----转子齿所需磁势；1C F ------定子轭所需磁势；2C F -------转子轭所需磁势；电机的磁路计算就是分别对上述磁路进行计算，以确定定转子冲片槽形尺寸是否合适，铁心的长度是否满足要求。

计算采用的步骤如下：（1） 根据定子每相电势E 1，求出每极磁通φ；（2） 确定通过各段磁路的磁通φx ；（3） 根据电机尺寸确定各段磁路的截面积Sx 和磁密Bx;（4） 由Bx 和选用的材料查取磁场强度Hx;（5） 确定各段磁路的长度Lx;（6） 由Fx=Hx*Lx ，将各段磁路的磁势相加就可得出一个极所需磁势F ，如果电机绕组的匝数已知，那么磁化电流的大小便可求出。

电机在设计时，一般电机的力能指标在相关的标准上都已给出，作为电机的重要组成部定转子铁心的长度，定转子冲片的内径，外径一般情况下都是参考已有的同功率同级数的电机来取，如Y 系列电机可参考JS 系列电机等，或别的厂家来取，定转子冲片的槽形尺寸的初步确定的方法在后有介绍。

2.1.2 空气隙的磁路计算在各段磁路计算前，首先必需计算每极磁通φ，由电机学定子绕组电压平衡关系可得知，产生与额定电压U 1相平衡的满载电势E 1；）(10*Z *f *22.2E 811伏-φ= (2-2) 于是可得到产生满载电势E 1所需的磁通φ麦）(K *Z *f *22.210*E 1181ωφ-=φ (2-3) 在上述计算中，f 为给定的频率，我们国家使用的电机，就是给定的电网频率50Hz ，或按用户要求的用电频率。

E 1可以用额定电压U 1乘以满载电势降系数（1-εL ），其中电势系数是表示定子电流在定子绕组及漏抗中产生的电压降所占额定电压的比值，在计算时可先假定一个数，一般取值在0.85～0.95之间，在功率大者和极数少者取较大值。

在以后的计算中算出一个（1-εL ）值，计算值应和假定值相符（一般相差正负1%），若不相符，则要重新假定重新计算。

在计算出磁通后，就可以计算出气隙磁密B δδδΦ=S *K B S (2-4) 对于不饱和电机，气隙磁密分布为正弦分布，57.12K S =π=，对于饱和电机磁密分布的波形不在为正弦，而变为平顶形，则K S <1.57,并且波幅系数随电机的饱和程度的变化而变化，在实际计算K S 是根据K T 饱和系数查波幅系数曲线。

饱和系数K Tδδ++=F F F F k 2T 1T T (2-5) 我们在设计电机时即要保证电机性能，又要尽可能地节约材料，降低电机成本，所以电机设计的即不可不饱和又不可太饱和，一般K T 取值在1.15～1.45之间，我们在磁路计算先假定一个值，再计算一个值，至使假定值和计算值相差正负1%为合格，否侧重新假定，重新计算。

空气隙的磁场强度为 H δ=0.8B δ空气隙所需的磁势'*B *8.0F δ=δδ (2-6) 式中的'δ为空气隙的有效长度，因为定转子开槽，气隙磁密在空间的周向分布是不均匀的，在槽口附近疏些，就是气隙磁路的每极截面积有所减少，这就造成开槽时的实际磁密高于不开槽时的磁密，把磁密的增高等效的看成是气隙长度的增加δ=δδ*K ' (2-7) 式中的K δ>1称作气隙系数，它是与定转子槽口深度和宽度以及电机气隙的大小有关，本次电机是高压大功率电机，用的是成型绕组，所以只能用开口槽，转子采用铜条转子，选用半闭口槽。

气隙系数的计算公式2000b )b 5(t )b 5(t K -+δ+δ=δ (2-8) t--------齿距b 0---------槽口宽2.1.3 齿部和轭部所需磁势齿部和轭部所需磁势相比气隙所需磁势地位次之，但它对电机的漏抗影响较大，如果计算不准确，将对电机的性能的计算的准确度有较大的影响，电机定转子齿部和轭部的磁密取的过高会造成电机的铁耗增加，使得电机的温升过高，同时还可造成电机的效率下降。

因此对于电机定转子铁心的齿部和轭部的磁势计算必须有足够的准确度。

电机齿部所需磁势的计算与气隙所需的磁势的计算相类似，也是有每极的磁通除以齿部所需的面积。

TS T S K B φ= (2-9) S T 是一个极的齿部截面积，定转子齿部截面积计算如下：1P Fe 1T 1T Q L B S = (2-10) 2P Fe 2T 1T Q L B S = (2-11) L FE 、Q P1 、Q P2 分别为定子铁心定长，定转子每极每相槽数。

B T1、B T2 分别为定转子的齿宽，由于本次电机所取的槽形为非平形槽，在计算时取靠近最窄的三分之一处的齿宽进行计算。

定转子轭部不同截面上的磁密是不相等的，大体上是在磁极的中心线气隙磁密最大处轭部磁密为零，而在极间中心线的截面上，轭部磁密最高，因为磁通φ经过齿部后分两路进入轭部，所部磁通的一半，所以轭部的磁密计算为：1C 1C S 2B φ= (2-12) 2C 2C S 2B φ=(2-13) 与气隙磁势计算相类似，由计算得到的磁密查相对应材料的磁化曲线得到相应的磁场强度，由磁场强度乘以齿部和轭部相对应的磁路长度,就得到了齿部和轭部所需的磁势。

在计算轭部所需的磁势时注意，因为轭部磁通沿轭部的磁路分布是不均匀的，因此轭部的磁密在整个轭部的磁路上分布是不均匀的，为了计算上的简化，在计算轭部所需磁势时要乘上一个小于1的轭部磁路较下第系数C 。

在计算出气隙、定转子齿部和轭部所需的磁势后就可以计算出电机每极磁路所需的总磁势F2C 1C 2T 1T F F F F F F ++++=σ (2-14) 计算出每极磁路所需的总磁势后，就可得到相应的满载磁化电流的计算：1W 11m K *Z *m P *F *22.2I Φ= (2-15) 激磁电抗m1m 1m I U I E X ≈= (2-16) 2.2三相异步电动机的参数计算异步电动机的参数计算主要是定子绕组的电阻，转子绕组的电阻，定子绕组漏抗，转子绕组漏抗，激磁电抗五个参数的计算，这五个参数为电机的运行性能和损耗的计算提供数据依据。

2.2.1定子绕组和转子绕组的电阻计算电阻的计算与金属导条的电阻计算相同。

定子电阻 100*N *S *a Z *lz *r 11111φρ=(2-17) 式中lz-------定子线圈平均半匝长 a 1----------并联支路数S 1-------导线截面积 N 1---------导线并绕根数转子电阻包括导条电阻和端环电阻，然后再折算到定子侧。

导条电阻 410*S *l *K R 条条条条条ρ= (2-18)端环电阻 4210*S *Q *D **2R 环环环环ρπ=(2-19)端环电阻首先折算到转子导条电阻，再折算到定子电阻，导条电阻折算到定子电阻，将导条电阻和端环电阻相加就为转子折算到定子边的电阻。

2.2.2定转子绕组的电抗计算定子漏抗包括定子槽漏抗、定子谐波漏抗、定子端部漏抗。

转子漏抗有转子槽漏抗、转子谐波漏抗，转子端部漏抗，由于是直槽转子，所以不计算转子斜槽漏抗。

在上述漏抗的计算中，它们都有一个共同部分，称为漏抗系数C X5211W 1e X 10*U *P )K *Z (*P *f *63.2C φ=(2-19)漏抗系数集中地反映了电磁负荷对漏抗大小的影响，漏抗系数正比于线负荷A ，反比与磁负荷B δ，由此可以看出，电磁负荷的选择对电机的漏抗影响致关重要，漏抗的大小直接影响电机的功率因数，最大转矩，起动转矩，起动电流等性能指标。

定子槽漏抗的计算定子槽漏抗的计算分为槽口漏抗的计算和槽内漏抗的计算，在槽漏抗的计算中把与定子槽形有关的部分归结为槽单位漏磁导λs1，槽单位漏磁导又分为槽口单位漏磁导和槽内单位漏磁导，把01011U b h =λ叫槽口单位漏磁导；令1n 1n 1L b *3h =λ叫槽内部分单位漏磁导，由上可以看出，槽单位漏磁导是一个与槽几何形状和尺寸有关的一个没有单位的量。