湖南大學畢業設計(論文)第HUNANUNIVERSITY畢業論文設計論文題目：三相異步電動機的設計與低噪聲優化研究學生姓名：學生學號：專業班級：電氣工程及其自動化1101班學院名稱：電氣與信息工程學院指導老師：學院院長：2015年月日湖南大學畢業論文原創性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在老師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經發表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。學生簽名： 日期：200年月日畢業論文版權使用授權書本畢業論文作者完全了解學校有關保留、使用論文的規定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權湖南大學可以將本論文的全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本論文。本論文屬于1、保密，在______年解密后適用本授權書。2、不保密√。（請在以上相應方框內打“√”）學生簽名： 日期：201年月日指導教師簽名： 日期：201年月日摘要隨著科技的發展，在我們的家庭、生活、工作以及工農醫等行業都廣泛運用著電機，它與人民的生活密切相關。但是電機在使用過程中會產生噪聲，隨著科學技術的發展和人類環保意識的加強，人們越來越重視環境的噪聲污染問題。因此，電機的噪聲成為了考核電機產品競爭力的一個重要因素。普通三相異步電動機的噪聲可分為機械噪聲、電磁噪聲、通風噪聲，其中電磁噪聲影響最大且較難以降低，在電機設計時應給予慎重考慮。本文主要針對電機的電磁噪聲進行研究、分析和論述。首先，分析了三相異步電動機電磁噪聲的來源以及各種影響電磁噪聲的因素，主要對電磁噪聲的大小和電機氣隙內的諧波磁場及由此產生的電磁力波進行研究。其次，分析了幾種可以降低電磁噪聲的措施，包括：加大氣隙、降低氣隙磁密、轉子采用斜槽、改變定轉子槽配合等，并選用改變定轉子槽配合為主要措施來進行分析。最后，本文用Y160M-411kw三相異步電動機為實例，通過改變定轉子槽配合，然后進行徑向力波分析和對比各項主要參數，得出一個以降低電磁噪聲為主要目標的滿足畢業設計任務要求的改進方案。關鍵字：三相異步電動機，電磁噪聲，槽配合，徑向力波

ResearchondesignandlownoiseoptimizationofthreephaseasynchronousmotorAbstractWiththedevelopmentofscienceandtechnology.Electricalmotoriswidelyusedinourfamily,life,workandtheworkersandpeasants,medicalandotherindustries.Butthemotorwillproducenoiseinuseprocess.Alongwiththedevelopmentofscienceandtechnologyofmankindandtostrengthenenvironmentalawareness,thereisagrowingimportancetoenvironmentalnoisepollutionproblems.Therefore,theelectricalmotornoiseassessment.Ordinarythree-phaseasynchronousmotornoisecanbedividedintomechanicalnoise,electromagneticnoiseandventilationelectromagneticnoiseismoredifficulttolower.Inordertoimprovethequalityofmotors,measuresmustbetakentoreduceelectromagneticnoise.Thisthesismainlydealswiththeelectromagneticnoiseofthemotorforresearch,analysisandexposition.First,thethree-phaseinductionmotorelectromagneticnoisesourcesandeffectsofelectromagneticnoisefactorareresearched,mainlyontheelectromagneticnoisemagnitude,theairgapharmonicmagneticfieldandtheresultingradialforcewave.Secondly,themeasurestoreducetheelectromagneticnoisearestudied,includinglowerfluxdensity,increaseairgap,usechuterotor,changethestatorandrotorslotconjugation,andsoon.Finally,takeaY160M-411kWthree-phaseasynchronousmotorforexample,bychangingtheslotconjugationandanalyzingtheradialforce-waveandcontrastthemainparametersofthemotor,animproveddesignisobtainedwhichcanreducetheelectromagneticnoise.Keywords:Asynchronousmotor,Electromagneticnoise,Slotcombination,Radialforce-wave.

目錄TOC\o"1-3"\h\u16563摘要 II17176Abstract III24894目錄 IV216881緒論 158161.1課題的研究意義 1104661.1.1電機的應用 185961.1.2電機噪聲對人類的影響 1171161.2國內外發展狀況 2128331.3課題的研究與分析 3193051.3.1噪聲的分類 3268721.3.2電磁噪聲的來源 4143381.4課題的實行方法 4266061.4.1電磁噪聲的介紹與控制 511491.4.2機械噪聲的介紹與控制 5244601.4.3通風噪聲的介紹與控制 5233251.5論文的研究內容 695641.5.1研究電磁噪聲的意義 697841.5.2帶負載時電磁噪聲的變化 73962三相異步電動機的結構與工作原理 881312.1三相異步電機概述 858142.1.1三相異步電機的概念 8221512.1.2三相異步電機的特點 873692.1.3三相異步電機的用途 876352.2三相異步電機的發展 9123982.3三相異步電機的結構 9173812.3.1定子部分 10169862.3.2轉子部分 1231632.4三相異步電機的工作原理 13200762.4.1三相異步電機的旋轉磁場 1359942.4.2三相異步電機的轉動原理 151423三相異步電動機的設計 16255293.1電機的基本尺寸數據 16239743.2電機的電磁計算 16184373.2.1額定數據及主要尺寸 16310133.2.2磁路計算 18273923.2.3參數計算 19173933.2.4起動計算 24130624三相異步電動機低噪聲優化方案與對比 27101754.1降低電磁噪聲的措施 27134694.1.1降低氣隙磁密 27312544.1.2加大氣隙 2776474.1.3轉子采用斜槽 28277964.1.4改進定轉子槽配合 29200264.1.5其它措施 2931134.2改進槽配合的分析 3013234.2.1方案對比 30121344.2.2兩種槽配合的徑向力波分析 3110210結論 3429718致謝 3523791參考文獻 361緒論電動機是廠礦企業廣泛使用的一類動力設備，同時也是噪聲環境污染的主要來源。對電機噪聲的控制是一門相當復雜的技術。本文僅就電機噪聲的分類、產生這些噪聲的原因及其控制方法談一些看法。1.1課題的研究意義隨著科學技術的發展和人類環保意識的加強，人們越來越重視環境的噪聲污染問題。因此，電機的噪聲成為考核產品競爭力的一個重要因素，所以降低電機噪聲的研究越來越重要。1.1.1電機的應用電能是能量的一種形式。與其他形式的能源相比，電能具有明顯的優越性，它適宜于大量生產、集中管理、遠距離傳輸和自動控制。故電能在工農業及人類生活中獲得了廣泛的應用。作為與電能生產、輸送和應用有關的能量轉換裝置—電機，在電力工業、工礦企業、農業、交通運輸業、國防、科學文化及日常生活等方面都是十分重要的設備。電機是各行業生產過程及日常生活中普遍使用的基礎設備，它是進行電能量和機械能量轉換的主要器件?，F代電力系統主要采用同步發電機和變壓器實現電能的產生和分配。在工業、農業、交通運輸、石油化工、礦山冶金等諸多領域，大量采用交流、直流電動機驅動各種類型的機械設備和其他生產設備，80%～85%工業用電直接與電機有關。不僅如此，各類控制電機還是構造轉速、轉角控制的自動控制系統的重要部件。電機的廣泛使用不僅改善了勞動者的工作條件，還提升了生產效率。電動機在日常生活中，也是各種居家電器、自動化辦公設備、電動器具中難以或缺的部件，它們改善了人們的生活質量。[1]1.1.2電機噪聲對人類的影響噪聲即噪音。是一類引起人煩躁、或音量過強而危害人體健康的聲音。在生活中，路上行駛的車輛、工廠生產的機器、建筑工地的敲打聲、娛樂產所的音樂聲、以及人跟人之間的交談聲等。我國也制定了關于降低噪聲法律措施并對有些噪聲做出了詳細的標準。隨著工農業和城市化的快速發展、人扣數量的快速增加及各種家庭電視設施的增多，噪聲污染越來越嚴重，它已經影響了人們生活的水平，因此噪聲問題開始備受關注。電機（包括發電機和電動機）是工農業生產中量大面廣的動力設備，據調查，目前國產的中小型電機噪聲多在90∽100dBA之間，大型電機噪聲均高達100dBA以上，聲能分布在125∽500HZ之間（個別出現在1000HZ）。其噪聲特性為低、中頻性。現代環境保護法規對各種噪聲指標作了嚴格限制。從70年代開始，“噪聲”便成為電動機的主要技術指標之一。在市場競爭中，電動機噪聲大小也成為了電動機的質量指標和衡量價格的重要依據。[2]電機現如今成為人們生活中噪音的主要來源。隨著社會的進步，人們對污染環境的噪聲提出了越來越高的要求與限制，尤其對與人們密切接觸的家用電器更是如此。這方面，先進國家尤其重視。我國政府歷來重視人民的健康，對限制噪聲不遺余力。因此，盡量降低電機的噪聲，生產低噪聲的電機，給人們創造一個舒適、安靜的環境是每個設計者與生產者的職責。[3]電機的振動與噪聲是評定電機質量的重要標志。因為設計不合理造成的的振動會影響電機的使用,同時會引起不必要的噪聲污染。噪聲是由各種頻率各種聲波無規律的雜亂組合而成的,會對人耳產生很大的刺激。由于這些原因，各生產商都開始運用各種方法降低電機噪聲，使自己的產品更有競爭力。1.2國內外發展狀況我國頒布的環境保護法規已經對噪聲制定了標準。噪聲水平很早就已經成為了考量電機質量的一個標準。尤其是當今社會競爭激烈，要想使自己的產品更略勝一籌就要很好的降低電機的噪聲。但是在我國，對于電機噪聲的要求還是與其他先進國家有些差距的。電動機噪聲包含電磁噪聲、機械噪聲和通風噪聲三種成分，因為產生噪聲的因素很多很雜，跟很多專業知識相關，這樣就很難采取固定的方法來降低噪聲。關于電動機噪聲的研究，國外很早就開始了，國內發展比較慢。幾十年前有個學者曾經試圖在電動機設計階段降低電機的電磁噪聲，但被各種實驗數據證實這種基本的設計規律，對于電磁噪聲并不試用。其實有很多科學人士都在進行電磁噪聲機理的研究，探究各種可能的影響因素。在上世紀90年代前，對于產生電磁噪聲的原因大家認識的還是比較淺的，普遍認為電機氣隙中的旋轉磁場引起各種階次的徑向力波，當力波頻率接近于電機定子固有頻率時，就會產生噪音。現在人們對于電動機噪聲產生的機理已有相當深入的了解，已經研究出各種降低電磁噪聲的措施，例如改變運用斜槽配合，改變定轉子槽配合等，這些辦法已經被廣泛應用與電機生產中，但是這仍需進一步研究。[4]1.3課題的研究與分析結合三相異步電動機的結構特點，對產生噪聲的原因和因素進行分析和分類，并分析電磁噪聲的來源。1.3.1噪聲的分類分析產生噪聲的原因,通常學者研究都將其分為三種，電磁噪聲尤為重要也是最難控制的一部分，剩下的兩種為機械噪聲和通風噪聲。本文主要研究降低電磁噪聲的方法。電磁噪聲：電磁振動是產生電磁噪聲的主要原因，電機氣隙磁場在電機鐵心產生的電磁力(稱激振力)作用下產生電磁振動，氣隙磁導與定、轉子繞組磁動勢對電機氣隙有著決定性的作用。在異步電動機氣隙磁密波的作用下，定子鐵心齒上產生了切向和徑向兩個分量的磁力。電磁噪聲主要來源于徑向分量中定子鐵心發生的振動變形；電磁噪聲次要來源是切向分量與電磁轉矩相互的作用力讓齒對產生局部振動變形。一般極數較多、功率較大電機會產生比較大的電磁噪聲，也會引起負載時噪聲加劇。機械噪聲：顧名思義，則為運轉部件的不平衡以及摩擦等結構共振形成的機械噪聲，軸承噪聲與轉子的機械摩擦尤為明顯。通風噪聲：電機通風噪聲的強度與安裝的電機排風設備有關。電機運行時，排風設備和電機某些部分摩擦產生氣隙噪聲，即通風噪聲。[5]1.3.2電磁噪聲的來源三相異步電動機運行時，氣隙中存在基波與一系列諧波磁場，它們相互作用除產生引起轉矩的切向力外，還會產生許多高次、頻率且各不相同的旋轉徑向電磁力波，這些徑向力波作用在定轉子上，使它發生徑向周期性變形，即產生頻率等于徑向力波頻率的振動，該振動傳到機座，引起機座的振動，從而又使機座周圍的空氣脈動而引起電磁噪聲，另外電機本身都有固有的振動頻率，當徑向力波頻率與電機的固有頻率相同或相近時，就會引起共振，產生很大的電磁噪音。通常徑向力波的次數越低所引起的徑向變形越大，而電機氣隙中的基波與一系列諧波磁場相互作用產生的徑向力波中，幅值較大，次數較低的有兩種，第一種是定子p次基波（或v次諧波)磁場作用產生的m=2p(或2v)次徑向力波，其頻率為兩倍的基波諧波頻率。第二種是定子Vb次與轉子μa次磁場產生的m=Vb+μa次徑向力波。其中特別是齒諧波磁場，其繞組系數與基波相同，故幅值較大，因此，要特別注意。圖1.1是電磁噪聲的形成圖。[6]圖1.1異步電動機電磁噪聲的形成圖1.4課題的實行方法概述了電機噪聲的分類，產生這些噪聲的原因，以及控制、減小這些噪聲的方法。1.4.1電磁噪聲的介紹與控制對于電機電磁噪聲，很多學者已經有研究并有成形的理論，研究表明電磁噪聲是定子鐵心在氣隙磁場的作用下形成的。產生的徑向力波會傳到電機外面，這樣會是鐵芯變形甚至產生噪音。除此之外還有其他部分,它是切向部分，它的方向相反，也使鐵芯部分變形產生噪聲。現在已經有很多降低電磁噪聲的方法例如讓電機繞組采用其他繞線方法、可以更多考慮在氣隙磁密的選擇上、在槽配合的選擇上可以根據電動機不同合適挑選、以防出現其他低階力波、還可以利用轉子的槽,使定子槽距傾斜。[2]1.4.2機械噪聲的介紹與控制機械噪聲主要是軸承之間的摩擦噪聲和轉子安裝不正確而形成的噪聲。由于電機轉子會帶動軸承轉動,同時機械表面又很粗糙，因此混雜著間隙空氣，從而引起機器震動產生噪音。當軸與軸承內圈安裝的適合很緊，噪聲會加大。如果電機轉子各處的分布很均勻，安裝也符合規范,那么電機就能很好的正常轉動，就不會有其他摩擦和變形，就不會產生影響人們生活的噪音。但是如果電機的安裝不合設計標準，致使電機轉動時候摩擦過大且震動明顯，這樣電機會失常工作,嚴重的時候會產生電機飛車的危險事故。電機中有安裝使電機過度發熱的風扇，如果安裝不好也會產生較大的噪聲。[7]1.4.3通風噪聲的介紹與控制通風噪聲的產生由于轉子隨電機轉動過程中與降溫的風扇排出的風摩擦產生。如果氣體很快的流通、轉子轉動的越快，那么噪聲就越大。且這個跟電機轉子速度、風扇排風量以及機械制作水平有關。1.5論文的研究內容1.5.1研究電磁噪聲的意義一般來說，電動機噪聲的大小主要是因為機械噪聲和通風噪聲，這兩個噪聲跟電機的制作有關，跟它帶的負荷沒有關系。而文章也好討論的電磁噪聲其實很小，但是因為電磁噪聲的頻帶范圍正好使人有很不好的感覺，甚至嚴重影響到人的正常生活。同時還因為隨著電機負荷的逐漸增大，電磁噪聲也會變大。所以對于制作工藝已經很成熟的電機來說，降低電磁噪聲才是有效降低電機噪聲的可行方法。表1.5.1是國際上某機械公司對某規格電動機噪聲的測試結果。[8]表1.5.1電機噪聲測試結果定子電流I/In0.611.01.161.291.461.631.792.0電機噪聲dB(A)6176778385889294從以上分析可看出，影響電動機負載噪聲的主要是電磁噪聲。在長期生產實踐中，人們發現有的電動機空載噪聲并不大，但負載以后噪聲增加很快，甚至出現嘯叫聲。人們還進一步發現，這類電動機雖然空載噪聲值不大，但電磁噪聲卻明顯存在。1.5.2帶負載時電磁噪聲的變化因為電機的機械噪聲和通風噪聲是由制作工藝決定的，只有電磁噪聲會隨著負載的增加而增大，所以為了有效降低電機噪聲，最好的辦法就是搞清帶負載是電磁噪聲的具體變化和規律。根據有位學者對電機帶負載時的參數和性能變化做了研究，結果表明帶上負載的電機，它的結構和動力特性都跟原來不一樣，會引起電機磁噪聲的變化。利用近似的分析方法，分析出電機空載和不同負載時電機噪聲的變化情況,把它表示成不同情況不同頻率下電磁噪聲聲頻的變化，根據這些，我們分析帶負載的電機電磁噪聲的變化規律。（1）定、轉子諧波磁通變化對電機噪聲水平的影響電機的定子產生的諧波磁通可以分為兩部分，是定子上的繞組產生的諧波、齒諧波相互合成的結果，同時也會讓電機振動并產生噪音。電機在空載情況下，電機定子齒產生的諧波比繞組產生的諧波的幅度要大，而電機不帶負載時的電磁噪聲主要是因為齒諧波決定的。電機轉子在運行過程中產生的諧波的一個分量即磁通部分，是電機產生振動和噪聲的另一重要原因，它是由飽和的轉子磁通和繞組等形成的。（2）電機電磁噪聲受激振頻率影響當電機加上負載運行時,會使它的轉速又酸下降同時轉差率增大，由此會引起電磁力波發生頻率變化,可以用數學表達關系為：(1.1)式中1—電源頻率；p—極對數；—轉子槽數；S—轉差率；g—正整數。通過計算式(1.1)可以知道，電機自身的極對數一集轉子槽數都會引起力波的頻率變化，一般小型號的電機，當它們帶上負載時，轉差率大概在百分之三到百分之五。但當激振力頻率跟電機結構的共振率接近甚至相等時，稍微變化的轉差率會導致噪音的變化。[9]

2三相異步電動機的結構與工作原理三相異步電動機又稱感應電機是交流電機的一種，是當今應用最廣，需求量最大的一種電機。下面將對異步電機的結構及工作原理進行介紹。2.1三相異步電機概述2.1.1三相異步電機的概念異步電動機，又稱為感應電機，是交流電機的一種。與其它電機相比較，它具有結構簡單，制造，使用維護方便，運行可靠，效率高，價格較低的優點，但它的調速，啟動，性能較差，功率因素較低，增加了電力系統的無功負擔。異步電動機主要由定子繞組，鐵芯和機座三部分組成。[10]所謂的異步，是指定子的轉速和旋轉磁場的轉速不一樣。2.1.2三相異步電機的特點通過參考文獻可知，三相異步電機有較高的最大轉矩和最小轉矩，具有較高的效率水平，堵轉轉矩高，因此其起動性能非常優良，帶負載起動也比較順利；有較大的升溫裕度，較大的溫升裕度可以延長電機的使用壽命；體積小，重量輕，因此安裝靈活方便。2.1.3三相異步電機的用途三相異步電動機用途廣闊，是各類機械中的動力元件，根據不同的需要，可用于正常的工作環境，也可用在潮濕，高溫，多塵，濕熱，沖擊波，有爆炸危險，腐蝕性環境的嚴酷的環境。根據現況要求，異步電動機即可恒速運動，也可變速運動，可連續工作，也可斷續工作。各種機床，風機，水泵等設備都可合用。對上述所說，三相異步電動機是動力的來源，對不同的環境有不同的要求，高效率，低耗能，或要高轉速，或要耐過載，或要耐高溫，或要變速，或要低噪音。所以研究三相異步電動機有重要的意義。[11]2.2三相異步電機的發展第二次工業革命從19世紀六七十年代開始，在19世紀末20世紀初基本完成。它以電力的廣泛運用為顯著特點。在電力的使用中，發電機和電動機是相互關聯的兩個重要組成部分。發電機實現的能量轉換是由機械能到電能；而由電能轉換為機械能的則是電動機。關于電的應用要感謝奧斯特在一次實驗中偶而發現電流磁效應，還有法拉第發現的電磁感應現象。后來德國人西門子造了直流發電機。當時技術還很不成熟，多年的發展和前人的努力，技術已經得到了很大的改進，到70年代，終于發電機可以用來發電用。1882年，德普勒研究出了如何可以把電送的離發電廠比較遠的地方；也是同一年，愛迪生把第一個火力發電站建在了美國紐約。[12]當電運用后，極大的方便了人們的生活。人們對電能需求也日益增加，直流電機的造價花費多和經常出故障等不足出現，因此一部分人開始研究交流電。而交流電是利用旋轉磁場的原理制定的，這個原理對電機的發展有很大影響。后來人們研究創制出三相異步電動機，并且這種型式的電動機，現在仍然在使用中。2.3三相異步電機的結構異步電動機和其他旋轉電機的基本結構一樣，有一個固定部分，叫做定子；有一個旋轉的部分，叫做轉子。定、轉子之間有一個很小的空氣隙。圖2是籠型轉子異步電機結構圖。1--軸承2--前端蓋3--轉軸4--接線盒5--吊環6--定子鐵心7--轉子8--定子繞組9--機座10--后端蓋11--風罩12--風扇圖2籠型轉子異步電機結構圖2.3.1定子部分旋轉磁場通過電機中的定子產生。（1）外殼：端蓋、機座、接線盒、軸承蓋及吊環等部件組成了三相電動機外殼。機座是由鐵質材料制作成的，對于三相電動機的定子繞組起保護固定作用。端蓋也是由鐵質材料制作成的，是用在定子內腔固定轉子，使定子中的轉子能夠均勻地旋轉。電機一般很重很難搬動，為了起吊搬抬電機，在制造電機的時候我們會在機座上安裝吊環。定子鐵心電動機磁路包括了定子鐵心，其由涂有絕緣漆的薄硅鋼片疊壓而成，厚度大概是0.35毫米至0.5毫米，如圖3所示。其中因為硅鋼片片與片之間絕緣，所以減少了渦流鐵耗。（a）定子鐵心（b）定子沖片圖3定子鐵心構造定子繞組定子繞組是三相電動機的電路部分，三相電動機有三相繞組，當有對稱的三相電流流入時，電機內就會產生旋轉磁場。三相繞組是由三個不相聯系的繞組組成，并且鏈接線圈就組成了繞組。每個繞組有120度的電角度差。圓漆包線比較適合中、小型電機多，大、中型電機會用絕緣扁銅線或扁鋁線繞制，定子線圈后，再按一定規律嵌入定子鐵心槽內。電機接線盒上有定子三相繞組，六個出線端都鏈接在這里。首端分別標為,,末端分別標為，，。這六個出線端在接線盒里的排列如圖4中(a)、(b)所示，可以接成星形或三角形。[13]圖（a）星型連接圖（b)三角形連接圖4接線盒出線端排列2.3.2轉子部分轉子鐵心是用0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成，在轉軸上套著，和定子的鐵心作用相同，可以作為電機磁路，同時還可以安放轉子的繞組。（2）轉子繞組繞線形與籠形是異步電機轉子繞組的兩種形勢，由此分為繞線轉子異步電動機與籠形異步電動機。①繞線形繞組定子繞組也是個三相繞組，在三角形和星形當中一般選星型。如圖5所示1—集電環；2—電刷；3—變阻器圖5繞線型繞組接線②籠形繞組在轉子鐵心的每一個槽中插入一根銅條，在銅條兩端各用一個銅環（稱為端環）把導條連接起來，稱為銅排轉子，如圖6（a）所示。把端環風扇葉片和轉子導條用鋁液澆鑄而成，稱為鑄鋁轉子，如圖6（b）所示。100kW以下的異步電動機一般采用鑄鋁轉子。[14]（a）銅排轉子（b）鑄鋁轉子圖6籠型繞組（3）其他部分其他部分包括端蓋、風扇等。端蓋除了起防護作用外，在端蓋上還裝有軸承，用以支撐轉子軸。風扇則用來通風冷卻電動機。三相異步電動機的定子與轉子之間的空氣隙，一般僅為0.2mm～1.5mm。氣隙太大，電動機運行時的功率因數降低；氣隙太小，使裝配困難，運行不可靠，高次諧波磁場增強，從而使附加損耗增加以及使啟動性能變差。2.4三相異步電機的工作原理2.4.1三相異步電機的旋轉磁場三相異步電動機轉子之所以會旋轉、實現能量轉換，是因為轉子氣隙內有一個旋轉磁場。下面來討論旋轉磁場的產生。如圖7所示，，，為三相定子繞組，在空間彼此相隔120°，接成Y形。三相繞組的首端，，接在三相對稱電源上，有三相對稱電流通過三相繞組。設電源的相序為U,V,W,的初相角為零。[15]圖7三相交流電流波形為了分析方便，假設電流為正值時，在繞組中從始端流向末端，電流為負值時，在繞組中從末端流向首端。（2.1）（2.2）（2.3）當的瞬間，，為負值，為正值，根據“右手螺旋定則”，三相電流所產生的磁場疊加的結果，便形成一個合成磁場，如圖8所示，可見此時的合成磁場是一對磁極（即二極），右邊是N極，左邊是S極。[16]圖8兩極旋轉磁場示意空間120度對稱分布的三相繞組通過三相對稱的交流電流時，產生的合成磁場為極對數p=1的空間旋轉磁場，每電源周期旋轉一周，即兩個極距。某相繞組中電流達到最大值時，磁極軸線恰好旋轉到該相繞組軸線上。2.4.2三相異步電機的轉動原理三相異步電機啟動后，形成了一個旋轉磁場，其轉速。轉子切割旋轉磁場的磁力線，產生感應電動勢，輸出電流。假設旋轉磁場為順時針方向，上為北極N下南極S，如圖9所示。根據右手定則，在上半部轉子導體的電動勢和電流方向由里向外，用⊙表示；在下半部則由外向里，用⊕表示。圖9三相電動機的轉動原理定子的旋轉磁場以速度切割轉子導體產生感應電勢，在轉子導體導出電流，導體受電磁力作用形成電磁轉矩，推動轉子以轉速n順方向旋轉。所以，電動機內必有一個以旋轉的磁場，這能讓能量實現轉換，且n<，這樣才能在轉矩中產生感應電流。三相電動機的轉子轉速n始終不會加速到旋轉磁場的轉速。因為只有這樣，轉繞組與旋轉磁場之間才會有相對運動而切割磁力線，轉子繞組導體中才能產生感應電動勢和電流，從而產生電磁轉矩，使轉子按照旋轉磁場的方向繼續旋轉。由此可見，且，是異步電動機工作的必要條件，“異步”的名稱也由此而來。[17]

3三相異步電動機的設計后文中是用Y160M-411kw電機為模型，先進行電磁計算，后對槽配合進行修改，同時適時調整電機某些其他參數，數據進行比較后得出比較有效的降低噪聲的方法。3.1電機的基本尺寸數據下面是實驗所用電機的基本參數，如下表3.1所示：表3.1定、轉子沖片尺寸(單位mm)2601700.81.114.13.87.710.2600.5114.513.123.2電機的電磁計算3.2.1額定數據及主要尺寸名稱公式結果功率11外施相電壓（Y接法）—（接法）380輸出供電流9.65效率81.5%功率因數0.89極數4定,轉子槽數3633定,轉子每級槽數98.25定,轉子尺寸 見圖表3.1__極距13.352定子齒距1.484轉子齒距5.71轉子斜槽寬1.57每槽導體數30—每相串連導體數338繞組線規4-0.681槽滿率164.0419.68—144.360.69鐵心長20.01—每相有效串聯導體數3203.2.2磁路計算每極磁通1.0106344.28齒部截面積55.855.35空氣隙面積184.22波幅系數1.423定子齒磁密1.71917轉子齒磁密1.18089定子軛磁密1.56196轉子軛磁密1.0569空氣隙磁密0.820928磁部磁路計算長度0.390316——0.565516—磁部所需安匝數127.2859.8104軛部所需安匝數105.4489.58751空氣隙所需安匝數415.529飽和系數1.32993總安匝667.66滿載磁化電流標么值0.713激磁電抗1.4033.2.3參數計算線圈平均半匝長—32.836.018.34雙層線圈端部軸向投影長2.64漏抗系數0.0316定子槽單位漏磁導1.10定子槽漏抗0.169定子諧波漏抗0.0828定子端部漏抗0.183定子漏抗0.434轉子槽單位磁漏抗2.926轉子槽漏抗0.35876319.5轉子諧波漏抗1.157Cx轉子端部漏抗0.037轉子斜槽漏抗0.246轉子漏抗0.304總漏抗0.377定子相電阻0.307定子相電阻標么值0.00787轉子電阻0.4160.01056滿載電流有功部分1.150滿載電抗電流0.19261.024滿載電流無功部分0.91滿載電勢0.934空載電勢0.9761空載定子齒磁密1.719空載轉子齒磁密1.181空載定子軛磁密1.562空載轉子軛磁密1.057空載氣隙磁密0.821空載定子齒安匝127.285空載轉子齒安匝9.8104空載定子軛安匝105.448空載轉子軛安匝9.58751空載空氣隙安匝415.529空載總安匝667.66空載磁化電流2.684定子電流,1.46215.12定子電流密度6.243線負荷251.21轉子電流,1.165317.47轉子電流密度,2.972.41定子鋁損耗0.051524.6轉子鋁損耗0.028312.3雜散損耗54.267機械損耗37鐵耗1003.382736.60.05340.0444358.90.0326總損耗0.1312輸入功率1.1312總損耗比0.116效率88.4%功率因數0.891轉差率4.58%0.0176轉速1431.27最大轉矩

2.723.2.4起動計算起動電流開始假定值（安）65.7起動時漏抗磁路飽和引起漏抗變化的系數查圖5138930190.90齒頂漏磁飽和引起定子頂寬度的減少0.71齒頂漏磁飽和引起定子頂寬度的減少0.92起動時定子槽單位漏磁導0.938起動時定子槽漏抗0.543Cx起動時定子諧波漏抗0.116Cx定子起動漏抗0.028考慮導擠流效應的轉子導條相對高度1.831轉子擠流效應系數1.989起動時轉子槽單位漏磁導0.0510.4521.941起動時轉子槽漏抗1.091Cx起動時轉子諧波漏抗0.501Cx起動時轉子斜槽漏抗0.209Cx轉子起動漏抗0.0583起動總漏抗0.0838轉子起動電阻0.0322起動總電阻0.052起動總阻抗0.116電動電流85.416.07起動轉矩2.53

4三相異步電動機低噪聲優化方案與對比通過前文對降低噪聲方法的研究，結合對三相異步電動機設計結果的分析，選用改變定轉子槽配合的方法來降低電磁噪聲。通過再次計算、分析和對比參數，最終得出一個優化的設計方案。4.1降低電磁噪聲的措施三相異步電動機電磁噪聲主要是由定、轉子諧波磁場相互作用而產生的隨時間和空間變化的一系列徑向電磁力波而引起的。其實降低電磁噪聲主要是盡量消除徑向力波。4.1.1降低氣隙磁密從理論上，講徑向電磁力與氣隙磁密的平方成正比，故當氣隙磁密由變到時，聲壓級的變化值按下式估算：（4.1）明顯降低氣隙磁通密度，可以降低電機的電磁噪聲，則假定的氣隙磁通密度從7500減少到6500高斯高斯：可見的減少了該方法的磁通密度不是很有效，并且會影響電動機的的電磁磁通密度，為在設計中的一個重要參數的函數，溫度，效率指標和電機的成本，因此，應仔細選擇，但確保電機的性能指標和經濟磁通密度低的前提下，不僅有利于削弱電機氣隙基波磁場引起的雙頻率的徑向力波可以是過飽和度的核心和提高新一代的極少數的徑向力波的可能性。[18]4.1.2加大氣隙設氣隙為由磁勢產生的磁通密度為，則：（4.2）徑向力波由任何兩個磁通密度波相互作用產生，因此：（4.3）由于振動的幅值與徑向力成正比而聲功率近似與振動幅值的平方成正比，即：（4.4）故氣隙從增大到聲功率可降低：（4.5）假設氣隙從0.5變到1.0，則：從上面課看出氣隙對降低噪聲有一定的作用，但發現因此導致了電機的功率因數有所降低，同時空載電流增大時，會使諧波磁動勢增大，使諧波磁場有增大的趨勢，所以該方法不適合。[19]4.1.3轉子采用斜槽由電機學相關知識可以得出，電機轉子采用斜槽后，通常，在電機主磁場的諧波是有能力的，即所產生的零階徑向力波的軸向方向上的齒諧波被削弱到可以忽略不計的點。因此，電動機的轉子槽是一種非常有效的方法，以減少電動機的電磁噪聲，但轉子槽的大型電機的電磁噪聲減少時，是非常有效的，但具有較大影響力的電動機的功率因數的溫度上升，開始螺旋轉子一個定子槽距，可以有效地降低電機的電磁噪聲，對電動機性能的影響，根據假設的線性系統，電機的振動分析小，聲功率的表面的振動的振幅成正比的定子平方，而這又是電機的氣隙徑向力成正比，所以滑槽之前和之后的聲音功率電平的變化：（4.6）式中-斜槽系數但實際電機的噪聲級降低，要小于上式的計算值，因為其中略去了扭轉力矩與軸向非零階徑向力所產生的振動。因此在設計電機時，能滿足電機的性能指標的前提下，轉子斜槽可適當放大，來改善電機的電磁噪音。[20]4.1.4改進定轉子槽配合定子和轉子槽的配合最有效和最經濟的方式，是減少電磁噪聲的選擇，選擇相應的插槽，所以要小心選擇定子和轉子槽。為了避免大振幅，低頻率力波，定子和轉子的齒的振幅諧波磁場是由定子和轉子的槽數來定的，由電機學，可知定轉子一階齒諧波作用產生的力波次數為：（4.7）式中、-定、轉子槽數、-極對數定子相帶諧波與轉子一階齒諧波作用產生的力波次數（對定子60相帶整數槽繞組）為：（4.8）式中定轉子二階齒諧波作用產生的力波次數為：（4.9）在設計時，應盡量避免定轉子槽配合產生較低的，另外齒諧波幅值隨轉子槽數增大而減小。因此，為了降低電機的電磁噪音，在選擇定轉子槽數時應采用遠槽多槽配合，即與相差較大及>，但槽配合還會影響到電機的附加損耗及起動性能，因此，槽配合的選擇也應綜合考慮。其實對于定轉子的槽配合是要結合實際的電動機來定的，所以，我們在電機設計的時候，應該多參考些已經實驗很好的槽配合方案。[21]4.1.5其它措施選擇合適的定子繞組，如短矩雙層繞組，以削弱相帶諧波，采用合適的定子繞組連接方法，如多路并聯，采用均壓線，改善磁場的對稱性。增強定子結構的剛度，電機盡量采用直徑大，長度短的“矮胖”型，以減小定子機座的徑向振動，即降低聲輻射效率。采用轉子閉口槽，有助于降低定、轉子一階齒諧波相互作用產生的徑向力波，但轉子閉口槽會影響電機的起動轉矩，功率因數及對轉子沖片的工藝要求較高。[22]4.2改進槽配合的分析電磁噪聲既與磁勢諧波磁場有關，也與齒磁導諧波磁場有關,選擇合理的槽配合對于降低電磁噪聲，進而降低電動機負載噪聲具有特殊的意義。[23]4.2.1方案對比在Y160M-411kw電機的基礎上，通過改變轉子槽數，從而使槽配合由36/33變成36/44，同時也對轉子槽的尺寸作相應調整，得出一個新的改進方案，然后計算有關的數據，對比兩個方案的主要參數。如下表4.2.1所示：表4.2.1方案對比主要參數方案一方案二定子槽數Q13636轉子槽數Q23344轉子槽肩寬度bR14.2mm2.6mm定子電密△15.0775.052熱負荷1248.51236.4定子齒磁密BT11514215620轉子齒磁密BT21462614023定子軛磁密BC11362713728轉子軛磁密BC282518381轉差率Sn4.58%4.91%效率(標準值)83.72%83.25%功率因數（標準值）0.890.893起動電流倍數ist=6.5（標準值）6.395.874起動轉矩倍數Tst=2（標準值）2.7692.827最大轉矩倍數TM=2.2（標準值）2.5662.639從上表可以看