單相異步電機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用畢業(yè)論文

1、 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保障、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向有關(guān)學(xué)位論文管理部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)省級優(yōu)秀學(xué)士學(xué)位論文評選機(jī)構(gòu)將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。本學(xué)位論文屬于1、 保密 ，在_年解

2、密后適用本授權(quán)書。2、 不保密 。（請?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“”）作者簽名： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 年 月 日 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 題 目：單相異步電機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 title design and application of single-phaseinduction motors院 系： 電氣與電子工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 姓 名： 指導(dǎo)教師： 2012年 6 月 8 日摘要：單相異步電機(jī)在過去的幾十年內(nèi)被廣泛地應(yīng)用于電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、壓縮式電冰箱等家用場所，是一種體積小、能耗低、便于生產(chǎn)、設(shè)計(jì)和使用的小型電動(dòng)機(jī)。隨著科學(xué)技術(shù)水平的提高，近年來，對單相異步電機(jī)設(shè)計(jì)的要求越來

3、越高，在提高電機(jī)性能的同時(shí)，設(shè)計(jì)者也更加關(guān)注設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的進(jìn)步。本文首先介紹了單相異步電機(jī)設(shè)計(jì)和應(yīng)用的背景知識、單相異步電機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀、課題研究路線和單相異步電機(jī)在生活中的應(yīng)用。接下來再介紹了單相異步電機(jī)能夠起動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)的原理。在論文的核心部分，筆者介紹了進(jìn)行單相異步電機(jī)設(shè)計(jì)的整體思路，然后展開對設(shè)計(jì)一臺(tái)單相異步電機(jī)的具體步驟的闡述。文中對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了一個(gè)簡單的校驗(yàn)。在設(shè)計(jì)部分，筆者參照各類資料中給出的經(jīng)驗(yàn)公式和參考值按照步驟完成了一臺(tái)單線異步電機(jī)的設(shè)計(jì)。在仿真部分，筆者給出了使用ansoft rmxprt軟件進(jìn)行仿真的步驟和結(jié)果，對這個(gè)軟件的使用方法做了介紹

4、、對仿真結(jié)果得到的特性曲線的合理性進(jìn)行了分析。最終通過對計(jì)算結(jié)果的校驗(yàn)和特性曲線合理性的分析，可以證明筆者的設(shè)計(jì)是合理的、能夠用于所選應(yīng)用的單相異步電機(jī)。設(shè)計(jì)這一臺(tái)單線異步電機(jī)讓筆者對單相異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)、運(yùn)行原理和尺寸參數(shù)與電磁參數(shù)的關(guān)系理解得更加深刻。關(guān)鍵詞：單相異步電機(jī) 電機(jī)設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) abstract: the applications of single-phase induction motor like electric fans, washers and refrigerators have been widespread in the past decades. si

5、ngle-phase induction motors take smaller space and use less energy than a three-phase one, in addition to its convenience of design and production. in recent years, the design standard of a single-phase asynchrony machine has become higher and higher. it calls for not only a better performance, but

6、also for paying more attention to the accuracy of design and the development of cad technology.in this essay, author introduced the background information of design and application of single-phase induction motors in the first few pages. with the number of page increasing, the author demonstrated re

7、cent domestic and international situations of the technology to design single-phase induction motors and explained the research route of authors practice designing a single-phase induction machine. some information of applications of single-phase asynchrony motors in daily life. the principles of si

8、ngle-phase induction motors were introduced as same as the applications.in the core part of this essay, the author explained the logic route of the design work at first, and then listed details of the design work step by step and equation by equation. a simple check on results of electromagnetic cal

9、culation was exhibited after the details. in the part of calculation, the author finished designing a single-phase induction machine referring to some experiential equations and reference values. in the simulation part, steps and results of a simulation done by ansoft rmxprt were exhibited. the way

10、to use this software and the process of analysis done by ansoft rmxprt were introduced. the author discussed the rationality of the results simulated.through these steps, the rationality of the design done by the author would be justified. having the essay done, the author learned to realize the str

11、ucture of single-phase induction motors and to understand the principles of single-phase asynchrony machines and the way to use ansoft rmxprt to analyze properties of a single-phase induction motor. key words: single-phase induction motor motor design cad 目錄摘要iabstractii一 緒論11 課題背景12 國內(nèi)外現(xiàn)狀12.1新的電機(jī)設(shè)計(jì)

12、模型22.2 提高電機(jī)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性22.3高速異步電機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)33 研究路線33.1 設(shè)計(jì)過程33.2 模擬運(yùn)行狀態(tài)44 單相異步電機(jī)的應(yīng)用舉例44.1 電扇44.2 洗衣機(jī)54.3 壓縮式電冰箱6二 單相異步電機(jī)原理71 一相繞組通電72 兩相繞組通電11三 單相異步電機(jī)的設(shè)計(jì)121 基本設(shè)計(jì)思路122 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù)123 設(shè)計(jì)計(jì)算過程144 重要參數(shù)的選擇325 初步計(jì)算結(jié)果中的問題及參數(shù)調(diào)整346 計(jì)算結(jié)果校驗(yàn)34四 ansoft rmxprt仿真與仿真結(jié)果351 rmxprt仿真過程352 rmxprt仿真結(jié)果39五 總結(jié)42致謝43附錄：ansoft rmxprt計(jì)算結(jié)果44參

13、考文獻(xiàn)52一 緒論1 課題背景異步電機(jī)在1885年由意大利物理學(xué)家和電氣工程師費(fèi)拉里斯發(fā)明。1888年，提出實(shí)驗(yàn)報(bào)告，對旋轉(zhuǎn)磁場作了嚴(yán)格的科學(xué)描述，為以后開發(fā)異步電動(dòng)機(jī)、自起動(dòng)電動(dòng)機(jī)奠定了基礎(chǔ)。費(fèi)拉里斯相信他所提出的旋轉(zhuǎn)磁場理論以及他所開發(fā)的新產(chǎn)品在科學(xué)上的價(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過物質(zhì)上的價(jià)值，因此他有意不為自己的發(fā)明申請專利，而是在實(shí)驗(yàn)室向公眾演示這些最新成果。他還倡導(dǎo)使用交流電系統(tǒng)。同年，尼古拉特斯拉在美國取得了感應(yīng)電機(jī)的專利。一年之后，mikhail dolivo-dobrovolsky發(fā)明籠型異步電機(jī)babbage c, herschel j.w.f. account of the repetit

14、ion of m. aragos experiments on the magnetism manifested by various substances during the act of rotation,philosophical transactions of the royal society of london, 1825:467-496。異步電機(jī)的發(fā)展迅速，對于相同大小的異步電機(jī)，額定功率由1897年的5.5kw發(fā)展到1976年的74.6kw?，F(xiàn)在，鼠籠型異步電機(jī)是使用最廣泛的異步電機(jī)。 異步電機(jī)主要用作電動(dòng)機(jī)，其功率范圍從幾瓦到上萬千瓦，是國民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)和人們?nèi)粘Ｉ钪袘?yīng)用最

15、廣泛的電動(dòng)機(jī)，為多種機(jī)械設(shè)備和家用電器提供動(dòng)力。例如機(jī)床、中小型軋鋼設(shè)備、風(fēng)機(jī)、水泵、輕工機(jī)械、冶金和礦山機(jī)械等，大都采用三相異步電動(dòng)機(jī)（asynchronous motor）拖動(dòng)；電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)器等家用電器中則廣泛使用單相異步電動(dòng)機(jī)。異步電機(jī)也可作為發(fā)電機(jī)，用于風(fēng)力發(fā)電廠和小型水電站等。在當(dāng)今世界能源危機(jī)亮起紅燈的大背景之下，世界范圍內(nèi)隨處可見的單相異步電機(jī)用電能扮演著我們生活不可或缺的幫手：壓縮式電冰箱、洗衣機(jī)、電風(fēng)扇、排氣扇等。設(shè)計(jì)單相異步電機(jī)的工作需要更高的效率、更高的精度，人們需要轉(zhuǎn)速更快、體積更小、效率更高的單相異步電機(jī)來為他們服務(wù)。因此，研究單相異步電機(jī)的設(shè)計(jì)問題變

16、得很重要，在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)得到大量應(yīng)用的今天，怎樣才能有更高效率的設(shè)計(jì)方式讓工程師有更多時(shí)間去思考單相異步電機(jī)的進(jìn)化，怎樣才能有更精確的電磁計(jì)算程序讓模擬出來的數(shù)據(jù)和曲線能夠確確實(shí)實(shí)地反映電機(jī)實(shí)物在實(shí)際工作環(huán)境中的功能與狀態(tài)，怎樣才能有更好的平臺(tái)讓世界范圍內(nèi)的電機(jī)設(shè)計(jì)師們能夠方便地交流、把先進(jìn)的技術(shù)和理念傳播給需要幫助的人、教育質(zhì)量不發(fā)達(dá)的國家和地區(qū)、入門的新人。研究單相異步電機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用絕對不是浪費(fèi)時(shí)間。2 國內(nèi)外現(xiàn)狀可以肯定的是，如今的電機(jī)設(shè)計(jì)行業(yè)沐浴著電子科學(xué)技術(shù)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)步井噴式發(fā)展的春風(fēng)，電機(jī)設(shè)計(jì)師們要考慮的問題與10年、20年前完全不同。2.1新的電機(jī)設(shè)計(jì)模型中國cae技

17、術(shù)研究、開發(fā)和應(yīng)用可以說是幾起幾落，走著一條十分艱難的發(fā)展之路。已故我國著名計(jì)算數(shù)學(xué)家馮康先生在50年代就提出了有限元方法的基本思想，幾乎是和國外同步 馮康. 基于變分原理的差分格式. 應(yīng)用數(shù)學(xué)與計(jì)算數(shù)學(xué), 1965, 30(11): 11-12。 在幾十年的發(fā)展道路上，有限元分析用于電機(jī)設(shè)計(jì)的例子已經(jīng)數(shù)不勝數(shù) tsukerman i a. coupled field - circuit problems : trends and accomplishmentj . ieee trans. mag, 1993, 29(2) : 1701- 1704，新的有限元數(shù)學(xué)思想也帶動(dòng)了新的電機(jī)設(shè)計(jì)模型的

18、發(fā)展 wang jian-she. a nodalanalysis approach for 2d and 3d magnetic- coupled problemsj. ieee trans. on magnetic, 1996, 32(3): 1074-1077。異步電機(jī)產(chǎn)品分為大體積小功率和小體積大功率兩大類。對于后者,在產(chǎn)品著手生產(chǎn)以前, 設(shè)計(jì)人員需要使用 2d /3d有限元法分析電機(jī)的電、磁、熱、力各方面, 必須花費(fèi)相當(dāng)大精力以確保設(shè)計(jì)指標(biāo)能夠完全滿足客戶要求 tan h pham, transient finite element analysis of an induction

19、motor with external circuit connections and electromechanical couplingj . ieee transactions on energy conversion, 1999, 14(4): 1407-1412。對于前者,情況顯然不同, 本文集中討論此類電機(jī)的設(shè)計(jì)方法。此類大體積小功率電機(jī)的設(shè)計(jì)對設(shè)計(jì)模型提出的基本要求就是: 快而準(zhǔn), 這是一個(gè)兩難選擇,傳統(tǒng)等值電路模型在此領(lǐng)域獨(dú)占鰲頭 王愛龍, 熊光煜. 新型異步電機(jī)設(shè)計(jì)模型的研究. 微特電機(jī), 2007, 8: 5860這種設(shè)計(jì)方法也稱為等效電路-磁路法,數(shù)學(xué)模型的框架主要建立在

20、等值電路的基礎(chǔ)上,等值電路中的參數(shù)采用磁路的方法求得, 或者是在假設(shè)前提下,根據(jù)電磁場方程用解析法求得。計(jì)算公式中的一些修正系數(shù)不可避免地依賴于設(shè)計(jì)者的個(gè)人經(jīng)驗(yàn), 一些設(shè)計(jì)程序經(jīng)過若干年的調(diào)整、修正,已經(jīng)最大限度地接近試驗(yàn)結(jié)果。然而, 傳統(tǒng)的等值電路模型不僅受制于修正因子選取,而且也很難準(zhǔn)確考慮諸如疊片的復(fù)雜磁路、飽和、集膚效應(yīng)、鐵心損耗等對電機(jī)性能的影響。特別是對于結(jié)構(gòu)特殊的新產(chǎn)品的開發(fā) zhong l, rahman m f. analysis of direct torque control in permanent drivesj. ieee tra on power electron

21、ics, 1997, 12(3): 528-530,由于沒有經(jīng)驗(yàn)可依,修正系數(shù)往往選取不當(dāng), 從而導(dǎo)致計(jì)算誤差過大。電機(jī)設(shè)計(jì)和等值電路參數(shù)之間的聯(lián)系根深蒂固: 設(shè)計(jì)變量對電機(jī)性能的影響可以通過它對等值電路參數(shù)的影響來評估,因而尋找精確可靠的等值電路參數(shù)的計(jì)算方法就成為推動(dòng)異步電機(jī)設(shè)計(jì)進(jìn)步的原動(dòng)力。近年來, 隨著計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的迅速提高和數(shù)值計(jì)算方法的不斷成熟, 許多計(jì)算強(qiáng)度高的復(fù)雜模型應(yīng)運(yùn)而生。特別是用有限元法計(jì)算電機(jī)內(nèi)電磁場已變得非常實(shí)際 張榴晨, 徐松著. 有限元法在電磁計(jì)算中的應(yīng)用m . 北京: 中國鐵道出版社, 1996,這種數(shù)值計(jì)算技術(shù)能夠解決傳統(tǒng)解析法無法解決的問題, 計(jì)算等值電路

22、參數(shù)時(shí)也無需引入過多經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。隨著計(jì)算機(jī)性能的進(jìn)一步提高, 時(shí)諧有限元最終將被時(shí)步有限元替代, 未來的設(shè)計(jì)方法必將建立在融電磁、機(jī)械、聲學(xué)和流體熱等分析功能為一體的3d有限元模型上。2.2 提高電機(jī)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)由于使用單相電源、結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行性能良好,在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及日常生活中,得到非常廣泛的應(yīng)用。針對不同的場合, 所使用的電機(jī)的型號、規(guī)格也各不相同。在實(shí)踐中, 常常要求進(jìn)行電機(jī)的電磁設(shè)計(jì), 而且,隨著技術(shù)的進(jìn)步, 對設(shè)計(jì)計(jì)算的精度要求也不斷提高。在使用不同的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法的時(shí)候，我們常常會(huì)得到不同的模擬運(yùn)行結(jié)果，如何去取舍這些結(jié)果成為了必須要面對的問題。通過優(yōu)化電磁計(jì)

23、算程序的算法、增加迭代的次數(shù)可以使電機(jī)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確度更高。2.3高速異步電機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)高速電機(jī)在機(jī)械工業(yè)(如高速磨床、銑床)、國防工業(yè)如飛機(jī)環(huán)境控制系統(tǒng)和電子設(shè)備高效冷卻系統(tǒng)、電能存貯系統(tǒng)、電動(dòng)推進(jìn)系統(tǒng))等各方面獲得了廣泛的應(yīng)用, 它對于減少裝置體積重量, 提高設(shè)備性能有重要的意義高速電機(jī)要求轉(zhuǎn)子上無繞組、 無電刷和滑環(huán), 鼠籠式異步電機(jī)、無刷直流電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)等均適合于高速運(yùn)轉(zhuǎn)。在高速電機(jī)應(yīng)用中,異步電機(jī)由于成本低、結(jié)構(gòu)簡單和控制技術(shù)成熟, 是高速電機(jī)選擇的主要類型高頻驅(qū)動(dòng)電源、高強(qiáng)度低損耗電磁材料及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展使電機(jī)能高速甚至超高速運(yùn)行。從高速異步電機(jī)的設(shè)計(jì)角度, 首先必須要討論

24、的是高速異步電機(jī)的功率和速度限制問題, 需要給出高速與超高速異步電機(jī)的分類準(zhǔn)則; 其次是高速異步電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)問題,高速運(yùn)行時(shí), 必須考慮因溫度變化、集膚效應(yīng)因素、飽和引起的電機(jī)定轉(zhuǎn)子電阻等電機(jī)參數(shù)的變化, 而這需要精確的電磁場分析才行; 第三是軸承設(shè)計(jì)問題, 特別是無磨擦軸承的技術(shù); 第四是轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)。第五是高速異步電機(jī)的散熱設(shè)計(jì)問題, 高速異步電機(jī)設(shè)計(jì)必須以電機(jī)損耗最小和效率最優(yōu)為原則。采用模糊控制器、提高在線修改能力是兩個(gè)必須要做到的關(guān)鍵技術(shù)。3 研究路線大致來講，筆者的研究路線就是：第一，按照電磁裝置設(shè)計(jì)的步驟，參照國家標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)來設(shè)計(jì)出一套單相異步電機(jī)的參數(shù)；第二，

25、用相關(guān)的軟件建立所設(shè)計(jì)的單相異步電機(jī)的模型，觀察它的性能是否合乎要求；第三，了解單相異步電機(jī)的應(yīng)用，知道它們的工作原理，并做相應(yīng)的記錄。3.1 設(shè)計(jì)過程從純粹數(shù)學(xué)的角度來講，所謂單相異步電機(jī)設(shè)計(jì)的過程，完全就是選擇接近50個(gè)獨(dú)立變量，讓它們滿足一定的數(shù)學(xué)規(guī)范，能夠模擬一臺(tái)能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)的單相異步電機(jī)。 riccardo marino,patrizio tomei,cristiano m. verrelli. inductionmotorcontroldesign. springer, 2010設(shè)計(jì)的第一步是要選擇所需要的電機(jī)型號，根據(jù)所需要的應(yīng)用選取合適的電機(jī)類型、尺寸和功率，從國家標(biāo)準(zhǔn)的表格里

26、邊查閱定轉(zhuǎn)子沖片的尺寸、主副繞組的參數(shù)、輸出參數(shù)的參考值。第二步，根據(jù)這些基礎(chǔ)的參數(shù)展開電磁計(jì)算，在計(jì)算過程中根據(jù)電機(jī)的電磁、機(jī)械狀況和應(yīng)用需求選擇合理的參數(shù)、系數(shù)，完成電磁計(jì)算之后，校驗(yàn)各主要輸出參數(shù)是否在容差范圍之內(nèi)。3.2 模擬運(yùn)行狀態(tài)使用ansoft rmxprt 5.0版本的軟件，將設(shè)計(jì)好的電機(jī)參數(shù)輸入程序，進(jìn)行電磁模擬計(jì)算，得到電機(jī)在額定、堵轉(zhuǎn)、空載運(yùn)行下的參數(shù)還有輸入電流與轉(zhuǎn)速關(guān)系特性曲線、電機(jī)效率與轉(zhuǎn)速關(guān)系特性曲線、輸出功率與轉(zhuǎn)速關(guān)系特性曲線功率因數(shù)與轉(zhuǎn)速特性曲線輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速特性曲線，校驗(yàn)它們是否與相應(yīng)運(yùn)行狀態(tài)下理想狀況的取值和圖形是否相符，是否在容差范圍之內(nèi)。4 單相異步電

27、機(jī)的應(yīng)用舉例4.1 電扇電風(fēng)扇簡稱電扇，香港稱為風(fēng)扇，日本及韓國稱為扇風(fēng)機(jī)，是一種利用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)扇葉旋轉(zhuǎn)，來達(dá)到使空氣加速流通的家用電器，主要用于清涼解暑和流通空氣。廣泛用于家庭、辦公室、商店、醫(yī)院和賓館等場所。電扇主要由扇頭、風(fēng)葉、網(wǎng)罩和控制裝置等部件組成。扇頭包括電動(dòng)機(jī)、前后端蓋和搖頭送風(fēng)機(jī)構(gòu)等。 機(jī)械風(fēng)扇起源于1830年，一個(gè)叫詹姆斯拜倫的美國人從鐘表的結(jié)構(gòu)中受到啟發(fā)，發(fā)明了一種可以固定在天花板上，用發(fā)條驅(qū)動(dòng)的機(jī)械風(fēng)扇。這種風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)扇葉帶來的徐徐涼風(fēng)使人感到?jīng)鏊?，但得爬上梯子去上發(fā)條，很麻煩。1872年，一個(gè)叫約瑟夫的法國人又研制出一種靠發(fā)條渦輪啟動(dòng)，用齒輪鏈條裝置傳動(dòng)的機(jī)械風(fēng)扇，這個(gè)風(fēng)

28、扇比拜倫發(fā)明的機(jī)械風(fēng)扇精致多了，使用也方便一些。 飛速轉(zhuǎn)動(dòng)，陣陣涼風(fēng)撲面而來，這就是世界上第一臺(tái)電風(fēng)扇。圖1-1電扇基本結(jié)構(gòu)電風(fēng)扇的主要部件是：交流電動(dòng)機(jī)。其工作原理是：通電線圈在磁場中受力而轉(zhuǎn)動(dòng)。能量的轉(zhuǎn)化形式是：電能主要轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，同時(shí)由于線圈有電阻，所以不可避免的有一部分電能要轉(zhuǎn)化為熱能。電風(fēng)扇工作時(shí)（假設(shè)房間與外界沒有熱傳遞）室內(nèi)的溫度不僅沒有降低，反而會(huì)升高。讓我們一塊來分析一下溫度升高的原因：電風(fēng)扇工作時(shí)，由于有電流通過電風(fēng)扇的線圈，導(dǎo)線是有電阻的，所以會(huì)不可避免的產(chǎn)生熱量向外放熱，故溫度會(huì)升高。但人們?yōu)槭裁磿?huì)感覺到?jīng)鏊?？因?yàn)槿梭w的體表有大量的汗液，當(dāng)電風(fēng)扇工作起來以后，室內(nèi)的

29、空氣會(huì)流動(dòng)起來，所以就能夠促進(jìn)汗液的急速蒸發(fā)，結(jié)合“蒸發(fā)需要吸收大量的熱量”，故人們會(huì)感覺到?jīng)鏊?.2 洗衣機(jī)洗衣機(jī)（washing machine/washer）是利用電能產(chǎn)生機(jī)械作用來洗滌衣物的清潔電器。按其額定洗滌容量分為家用和集體用兩類。中國規(guī)定洗滌容量在6kg以下的屬于家用洗衣機(jī)：家用洗衣機(jī)主要由箱體、洗滌脫水桶（有的洗滌和脫水桶分開）、傳動(dòng)和控制系統(tǒng)等組成，有的還裝有加熱裝置。洗衣機(jī)一般專指使用水作為主要的清洗液體，有別于使用特制清潔溶液，及通常由專人負(fù)責(zé)的干洗。普通型波輪洗衣機(jī)的結(jié)構(gòu)：由洗衣桶、電動(dòng)機(jī)、定時(shí)器、傳動(dòng)部件、箱體、箱蓋及控制面板等組成。工作原理：依靠裝在洗衣桶底部的

30、波輪正、反旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)衣物上、下、左、右不停地翻轉(zhuǎn)，使衣物之間、衣物與桶壁之間，在水中進(jìn)行柔和地摩擦，在洗滌劑的作用下實(shí)現(xiàn)去污清洗。 機(jī)械全自動(dòng)洗衣機(jī)的結(jié)構(gòu)：由電動(dòng)程控器、水位開關(guān)、安全開關(guān)（蓋開關(guān)）、排水選擇開關(guān)、不排水停機(jī)開關(guān)、貯水開關(guān)、漂洗選擇開關(guān)、洗滌選擇開關(guān)等組成。工作原理：通過各種開關(guān)組成控制電路，來控制電動(dòng)機(jī)、進(jìn)水閥、排水電磁鐵及蜂鳴器的電壓輸出，使洗衣機(jī)實(shí)現(xiàn)程序運(yùn)轉(zhuǎn)。 4.3 壓縮式電冰箱保持恒定低溫的一種制冷設(shè)備。也是一種使食物或其他物品保持恒定低溫冷態(tài)的民用產(chǎn)品。箱體內(nèi)有壓縮機(jī)、制冰機(jī)用以結(jié)冰的柜或箱；帶有制冷裝置的儲(chǔ)藏箱 榮俊昌. 新型電冰箱空調(diào)原理與維修m. 北京: 高等

31、教育出版社, 1999。 家用電冰箱的容積通常為20500升。1910 年世界上第一臺(tái)壓縮式制冷的家用冰箱在美國問世。1925年瑞典麗都公司開發(fā)了家用吸收式冰箱。1927年美國通用電氣公司研制出全封閉式冰箱。1930年采用不同加熱方式的空氣冷卻連續(xù)擴(kuò)散吸收式冰箱投放市場。1931年研制成功新型制冷劑氟利昂12。50年代后半期開始生產(chǎn)家用熱電冰箱。中國從50年代開始生產(chǎn)電冰箱。該種電冰箱由電動(dòng)機(jī)提供機(jī)械能，通過壓縮機(jī)對制冷系統(tǒng)作功。制冷系統(tǒng)利用低沸點(diǎn)的制冷劑，蒸發(fā)汽化時(shí)吸收熱量的原理制成的。其優(yōu)點(diǎn)是壽命長，使用方便，目前世界上9195%的電冰箱屬于這一類。目前常用的電冰箱利用了一種叫做氟利昂的物

32、質(zhì)作為熱的“搬運(yùn)工”，把冰箱里的“熱”“搬運(yùn)”到冰箱的外面。 二 單相異步電機(jī)原理1 一相繞組通電圖2-1單相繞組的磁動(dòng)勢 脈振磁動(dòng)勢單相異步電動(dòng)機(jī)定子兩相繞組是主繞組m及副繞組a，它們一般是相差90度空間電角度的兩個(gè)分布繞組，通電時(shí)主繞組及副繞組都要產(chǎn)生空間分布的磁動(dòng)勢。定子繞組所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢實(shí)際上是兩相繞組產(chǎn)生的磁動(dòng)勢的疊加。由于副繞組是用于單相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)及改善運(yùn)行性能，所以首先分析只有主繞組一相繞組通電時(shí)的機(jī)械特性，在此基礎(chǔ)上再討論定子兩相繞組同時(shí)通電時(shí)的機(jī)械特性?？臻g諧波： 假定它的匝數(shù)為n，流過的瞬時(shí)電流為i，電流i將產(chǎn)生磁動(dòng)勢，磁動(dòng)勢將產(chǎn)生磁通。根據(jù)全電流定律可知，閉合磁路的

33、總磁動(dòng)勢等于該閉合回路所包圍的總安匝數(shù)。所以無論路徑遠(yuǎn)近，每條磁力線的安匝數(shù)都是相等的，又由于都經(jīng)過兩次氣隙，如果忽略鐵心中的磁阻，那么每段氣隙上的磁動(dòng)勢各占總磁動(dòng)勢的二分之一，即0.5ni，并且在氣隙的不同空間位置上各點(diǎn)磁動(dòng)勢都相等，只不過方向不同。圖2-2的脈振磁動(dòng)勢若 則有 這種從空間上看位置固定，從時(shí)間上看大小在正負(fù)最大值之間變化的磁動(dòng)勢，稱為脈振磁動(dòng)勢。脈振的頻率就是交流電流的頻率?？梢钥闯鲈谶@一點(diǎn)上（空間位置固定），選取不同的，可以分別看出。若 則 圖2-3把以2 為周期的矩形磁動(dòng)勢波用傅氏級數(shù)分解由 可以認(rèn)識到基波脈振磁動(dòng)勢可以分解成兩個(gè)轉(zhuǎn)向相反、轉(zhuǎn)速相同、幅值相等的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢，

34、兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢的幅值等于脈振磁動(dòng)勢最大幅值的1/2。圖2-4將基波脈振磁動(dòng)勢分解成兩個(gè)轉(zhuǎn)向相反、轉(zhuǎn)速相同、幅值相同的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢由此根據(jù)三相異步電機(jī)原理，可以將單相異步電動(dòng)機(jī)視為兩臺(tái)完全一樣的三相異步電動(dòng)機(jī)分別作正相序運(yùn)行及負(fù)相序運(yùn)行時(shí)的疊加。對于正相序運(yùn)行的三相異步電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)差率為： 對于反轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢而言，即負(fù)相序運(yùn)行的三相異步電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)差率應(yīng)該為： 正轉(zhuǎn)電磁轉(zhuǎn)矩與正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)差率的關(guān)系，反轉(zhuǎn)電磁轉(zhuǎn)矩與反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)差率的關(guān)系，如圖表5中曲線1和曲線2所示。圖2-5 一相繞組通電時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速關(guān)系曲線單相異步電動(dòng)機(jī)的曲線就是曲線1、2的疊加，如圖中曲線3所示。單相異步電動(dòng)機(jī)的曲線具有下列特點(diǎn)：（1）當(dāng)

35、即 時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩 即無起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，電機(jī)不能夠起動(dòng)。（2）當(dāng)即時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩。如果由于其它原因使電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)后，電磁轉(zhuǎn)矩能使電動(dòng)機(jī)繼續(xù)正轉(zhuǎn)運(yùn)行。如果電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)了,也能繼續(xù)反轉(zhuǎn)運(yùn)行。所以，對于單相異步電動(dòng)機(jī)，定子上如果只有主繞組，則無起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 2 兩相繞組通電當(dāng)單相異步電動(dòng)機(jī)主繞組與副繞組同時(shí)通入不同相位的兩相交流電流時(shí)，一般情況下將產(chǎn)生橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢 張傳課. 單相電機(jī)的正逆轉(zhuǎn)原理及其控制兼答2002年10期例9吳愿文先生j. 家電檢修技術(shù), 2003, (06)。 橢圓旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢同樣可以分解成：一個(gè)正轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢與一個(gè)反轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢。 此時(shí)合成的機(jī)械特性是一條不過原點(diǎn)的曲線。當(dāng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的 、及 3條曲

36、線如下圖所示。 圖2-6 兩相繞組通電的機(jī)械特性可見，當(dāng)時(shí)，若，則，電動(dòng)機(jī)可以正向起動(dòng)；同理，當(dāng)時(shí)，若，則 ，電動(dòng)機(jī)可以反向起動(dòng)。根據(jù)上述分析可知，單相異步電動(dòng)機(jī)若能起動(dòng)必須具備： 定子具有空間不同相位的兩個(gè)繞組； 兩個(gè)繞組中通入不同相位的交流電。三 單相異步電機(jī)的設(shè)計(jì)1 基本設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)一臺(tái)單相異步電機(jī)，首先要確定它的應(yīng)用場合。不同的應(yīng)用場合會(huì)決定到這臺(tái)單相異步電機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)上的區(qū)別。本人在此設(shè)計(jì)的是一臺(tái)用于家用、用于人體散熱或者衣物風(fēng)干的電扇的單相異步電機(jī)。那么考慮到這樣的應(yīng)用，這一臺(tái)的電機(jī)的特點(diǎn)就很明顯了，4050w的輸出功率，1000rpm左右的轉(zhuǎn)速，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩略大于額定運(yùn)行狀態(tài)下的輸出

37、轉(zhuǎn)矩就可以。輸出功率不大，散熱和絕緣的問題就不需要過多地考慮 nakahama t, biswas d, kawano k, et al. improved cooling performance of large motors using fans j . ieee trans on energy conversion, 2006, 21(2): 324-331。從以上的特點(diǎn)來看我們基本可以確定的是：第一，該電機(jī)需要的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，功率小，所以選擇采用適用于小功率的、結(jié)構(gòu)簡單的電容運(yùn)轉(zhuǎn)型單相異步電機(jī)；第二，1000rpm左右的轉(zhuǎn)速，由單相異步電機(jī)轉(zhuǎn)速公式 可以計(jì)算出來，取電機(jī)極數(shù)2p=4比較合

38、適。確定了這兩點(diǎn)之后，根據(jù)我所要設(shè)計(jì)的單相異步電機(jī)的功率查閱國家標(biāo)準(zhǔn)的電容運(yùn)轉(zhuǎn)型單相異步電機(jī)相應(yīng)型號的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)參數(shù)，開始設(shè)計(jì)。2 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù)查閱相關(guān)資料 李德成. 單相異步電動(dòng)機(jī)原理、設(shè)計(jì)與試驗(yàn). 北京：科學(xué)出版社, 1993 j. wilson, current state of surge testing induction machines, iris rotating machines conference, santa monica, ca, usa, 2003可以得到額定輸出功率為40w的5022型電容運(yùn)轉(zhuǎn)單相異步電機(jī)，現(xiàn)列舉它的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)如下：表3-1單線異步電機(jī)（電容運(yùn)行式）基

39、本設(shè)計(jì)參數(shù) 括號中為修改之后的值額定電壓220v額定功率40w額定頻率50hz定子參數(shù)外徑80mm內(nèi)徑44mm鐵心長度45mm氣隙0.20mm槽數(shù)12主繞組線規(guī)0.25mm（0.38mm）每極串聯(lián)匝數(shù)489繞組系數(shù)0.804副繞組線規(guī)0.25mm每極串聯(lián)匝數(shù)819繞組系數(shù)0.804定子槽型圓底槽最大槽滿率71.6%2.2mm6.6mm11.3mm0.5mm0.5mm8.8mm9.8mm轉(zhuǎn)子槽梨形槽槽數(shù)150mm3.7mm1.8mm0.2mm1.85mm5.5mm8.45mm轉(zhuǎn)子斜槽1定子槽至此，確定了設(shè)計(jì)電機(jī)最基本的參數(shù)，打下了設(shè)計(jì)一臺(tái)滿足筆者需要的電容運(yùn)轉(zhuǎn)型單相異步電機(jī)的基礎(chǔ)。3 設(shè)計(jì)計(jì)算過

40、程幾何參數(shù)極距 定子齒距 轉(zhuǎn)子齒距 定子齒寬 轉(zhuǎn)子齒寬 定子齒部磁路計(jì)算長度 轉(zhuǎn)子齒部磁路計(jì)算長度 定子軛部磁路計(jì)算高度 轉(zhuǎn)子軛部磁路計(jì)算高度 定子軛部磁路計(jì)算長度 轉(zhuǎn)子軛部磁路計(jì)算長度 定子槽定子槽面積 為槽楔厚度，按照相應(yīng)絕緣等級的國家標(biāo)準(zhǔn)，取0.2cm。 絕緣面積 絕緣厚度按照相應(yīng)絕緣等級國家標(biāo)準(zhǔn)取0.025cm。 槽有效面積 轉(zhuǎn)子槽轉(zhuǎn)子槽面積 轉(zhuǎn)子斜槽寬 端環(huán)端環(huán)面積 端環(huán)內(nèi)徑端環(huán)外徑端環(huán)平均直徑 端環(huán)修正系數(shù) 氣隙系數(shù)定子 轉(zhuǎn)子 主繞組計(jì)算平均跨槽 繞組系數(shù)初選氣隙磁密假設(shè)磁路飽和系數(shù)計(jì)算極弧系數(shù)波形系數(shù)每極磁通初值 總串聯(lián)導(dǎo)線數(shù)初值 每極串聯(lián)匝數(shù) 總串聯(lián)導(dǎo)線數(shù) 定子主相電流初步估算

41、值 主繞組線規(guī)導(dǎo)線截面初值 選用線規(guī)直徑導(dǎo)線截面積 線圈中心直徑 主繞組平均半匝長 主項(xiàng)參數(shù)計(jì)算主繞組電阻 轉(zhuǎn)子電阻導(dǎo)條電阻 端環(huán)電阻 定子槽單位漏磁導(dǎo) 查表得定子諧波單位漏磁導(dǎo) 定子端部單位漏磁導(dǎo) 漏抗系數(shù) 定子槽漏抗 定子諧波漏抗 定子端部漏抗 定子漏抗 轉(zhuǎn)子槽單位漏磁導(dǎo) 查表獲得轉(zhuǎn)子諧波單位漏磁導(dǎo) 轉(zhuǎn)子斜槽單位漏磁導(dǎo) 轉(zhuǎn)子槽漏抗 轉(zhuǎn)子諧波漏抗 轉(zhuǎn)子斜槽漏抗 轉(zhuǎn)子端部漏抗 轉(zhuǎn)子漏抗 總電阻 總漏抗 總阻抗 定子主繞組漏阻抗 磁路計(jì)算壓降系數(shù) 漏磁系數(shù) 設(shè)計(jì)飽和系數(shù)計(jì)算極弧系數(shù) 查表得波形系數(shù)每極磁通 氣隙磁密 定子齒磁密 轉(zhuǎn)子齒磁密 定子軛磁密 轉(zhuǎn)子軛磁密 由以上磁密查表得、氣隙所需安匝

42、齒部所需安匝定子 轉(zhuǎn)子 軛部所需安匝定子 轉(zhuǎn)子 齒飽和系數(shù) 總磁勢安匝 滿載磁化電流 激磁電抗 鐵耗定子齒重 定子軛重 轉(zhuǎn)子齒重 轉(zhuǎn)子軛重 單位鐵耗、由上述參數(shù)查表得到總鐵耗 定子鐵耗 轉(zhuǎn)子鐵耗 機(jī)械耗 副繞組計(jì)算平均跨槽 繞組系數(shù)查表獲得選取有效匝比總串聯(lián)導(dǎo)線數(shù)初值 每極串聯(lián)匝數(shù) 總串聯(lián)導(dǎo)線數(shù) 副繞組線規(guī)副繞組平均半匝長 副繞組電阻 槽滿率 性能計(jì)算關(guān)系式系數(shù) 假設(shè)轉(zhuǎn)差率正序視在電阻 負(fù)序視在電阻 正序視在電抗 負(fù)序視在電抗 等效總電阻 等效總電抗 電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)性能計(jì)算選電容容抗 漏電阻根據(jù)電容值查表副繞組等效總電阻 副繞組等效總漏抗 主繞組電流有功分量 主繞組電流無功分量 副繞組電流有功

43、分量 副繞組電流無功分量 主繞組電流 相位角 電流密度 副繞組電流 相位角 電流密度 線電流 輸入功率 輸出功率 功率因數(shù) 轉(zhuǎn)速 電容器電壓 由查表獲得用值重算以下各項(xiàng)表3-2 起動(dòng)狀態(tài)下的重算項(xiàng)目輸出功率 最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù) 起動(dòng)性能計(jì)算系數(shù) 主繞組視在起動(dòng)電阻 不計(jì)磁路飽和效應(yīng)時(shí)主繞組視在起動(dòng)總漏抗 不計(jì)磁路飽和效應(yīng)時(shí)主繞組視在起動(dòng)總阻抗 不計(jì)磁路飽和效應(yīng)時(shí)主繞組起動(dòng)電流 計(jì)磁路飽和效應(yīng)時(shí)主繞組起動(dòng)電流初始假定值 氣隙磁場中的虛構(gòu)磁密 其中 為主繞組線圈所占槽數(shù) 起動(dòng)時(shí)漏磁飽和引起漏抗變化系數(shù)由上述虛構(gòu)磁密查表得到齒頂漏磁飽和引起定子齒頂寬度的減少 起動(dòng)時(shí)定子槽單位漏磁導(dǎo) 起動(dòng)時(shí)定子槽漏抗 起動(dòng)

44、時(shí)定子諧波漏抗 起動(dòng)時(shí)主繞組定子漏抗 起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子槽單位漏磁導(dǎo) 起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子槽漏抗 起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子諧波漏抗 起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子斜槽漏抗 起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子漏抗 主繞組起動(dòng)漏抗 主繞組視在起動(dòng)漏抗 主繞組視在起動(dòng)總阻抗 主繞組啟動(dòng)電流 主繞組起動(dòng)電流密度 主繞組起動(dòng)電流相位角 選起動(dòng)電容，得到、副繞組視在起動(dòng)總電阻 副繞組視在起動(dòng)總漏抗 副繞組視在起動(dòng)總阻抗 副繞組起動(dòng)電流 副繞組起動(dòng)電流密度 副繞組起動(dòng)電流相位角 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù) 啟動(dòng)線電流 起動(dòng)時(shí)電容器電壓 有效材料硅鋼片重 主繞組銅重 副繞組銅重 總銅重 轉(zhuǎn)子鋁重 4 重要參數(shù)的選擇首先要選擇的一個(gè)參數(shù)是轉(zhuǎn)子內(nèi)徑，該參數(shù)在設(shè)計(jì)手冊上并不能直接查到，而要根據(jù)該單相異步

45、電機(jī)的磁路設(shè)計(jì)來確定 鄒景祥, 林小玲. 單相電機(jī)的通用計(jì)算方法j. 微特電機(jī), 1987,(02)。當(dāng)然也有一種粗略的取法： 在此采用更加精確的前者。從幾何關(guān)系上來講 張景明, 戴文進(jìn). 電機(jī)設(shè)計(jì). 北京: 清華大學(xué)出版社, 2010 其中為轉(zhuǎn)子軛高，查閱資料 傅豐禮, 唐孝鎬. 異步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)手冊. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2001可以得到經(jīng)驗(yàn)公式 其中對于4極電機(jī)，、按照本機(jī)座型號所對應(yīng)的設(shè)計(jì)手冊 李隆年等. 單相電機(jī)原理與設(shè)計(jì). 北京：清華大學(xué)出版社, 1984上的值取、， 磁場波幅系數(shù)，與相關(guān)。取鐵耗小的不飽和值。如此可以估算出轉(zhuǎn)子軛高，于是得到較為精確的轉(zhuǎn)子內(nèi)徑值。其次為了設(shè)計(jì)端環(huán)，由于資料中缺乏轉(zhuǎn)子電密的參考值，所以要由計(jì)算確定。查閱資料 李隆年, 王寶玲, 周汝潢. 電機(jī)設(shè)計(jì). 北京：清華大學(xué)出版社, 1992知道理想狀態(tài)下，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條截面積與轉(zhuǎn)子槽面積，而導(dǎo)條截面 為轉(zhuǎn)子相電流初步估算值 導(dǎo)條電密取值。的估算公式，需要知道電負(fù)荷的取值。查閱資料可以知道取值。經(jīng)過計(jì)算得到，而，希望取到一個(gè)不太大的、滿足范圍的和同時(shí)使成立。于是有，取，有。由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算可得于是端環(huán)面積由端環(huán)外徑一般比轉(zhuǎn)子外徑?。碚f），可以直接獲得，則在轉(zhuǎn)子槽底處，也可