异步电动机是量大面广的产品，产品的使用覆盖面遍及工业、农业、国防、交通、公用设施等各

个领域。异步电动机由于其结构简单、实用可靠.而得到广泛的应用。根据馈电方式的不同，异步

电动机一般分为三相异步电动机和单相异步电动机。根据用途的不同，异步电动机有普通型、特

殊专用和派生系列产品。本章主要介绍常用的且使用量较大的普通型三相异步电动机、变极多速三相异步电动机和单相异步电动机的计算。异步电动机的典型结构有定子和转子两个主要部分，以及端盖、轴承和接线盒等辅助件。定子包括定子铁心、定子绕组及机座等，转子包括转子铁心、转子绕组和转轴等。异步电动机的设计主要包括结构设计和电磁计算两部分。异步电动机的外形尺寸和机械结构主要通过结构设计来确定;异步电动机的定子铁心和绕组、转子铁心和绕组主要通过电磁计算来确定。由于异步电动机的外形尺寸和机械结构在定型设计完成后，在实际的生产过程中一般很少再发生变化，而更多的情况是厂家根据市场、用户的特殊需要.使异步电动机的定子铁心和绕组、转子铁心和绕组发生适当的变化，故本章所讨论的异步电动机计算主要指的是电磁计算。

一、三相异步电动机

三相异步电动机按照转子的结构形式，分为笼型转子和绕线型转子两类，其中常用的普通型三相异步电动机一般为笼型转子，本章内容以此为主，故把常用的笼型转子三相异步电动机简称为三相异步电动机。进行三相异步电动机的计算时，产品的通用标准、产品的运行环境和条件、用户的技术要求等应明确。

(-) 主要参数

1. 性能参数

三相异步电动机在计算时所涉及的主要性能参数有：额定输出功率(kW 或W)，额定电压(V)，

额定频率(Hz)，额定转速( r/min)，额定电流(A)，额定效率(％)，功率因数.堵转电流(倍)，堵转转矩(倍)，最大转矩(倍)，热负荷，定子铜耗(W)，转子铜(或销)耗(W>.铁耗(W)，风摩耗(W),杂散损耗(W)，转差率，气隙磁密(高斯)，定、转子齿部磁密(高斯)，定、转子辄部磁密(高斯)等。

2. 制造参数

三相异步电动机在进行电磁计算时所涉及的主要制造参数有：定、转子内外径，定、转子铁心长度，定、转子槽数，定、转子槽形尺寸，气隙长，绕组匝数，并联路数，绕组跨距( 节距），单层绕组或双层绕组，槽满率，绕组线规(或线径），导体并绕根数，转子斜槽度，绕组分布系数.绕组短距系数，绕组系数，转子端环尺寸等„

(二）典型结构

我国三相异步电动机产品的技术发展经历了几个阶段。20 世纪50、60 年代为效仿苏联模式阶段，开发的产品有J、JO、J2、J02 系列等，这些产品基本上属于苏联的标准体系。自70 年代后，我国逐步开始转人国际电工委员会组织IEC标准体系，于80 年代初完成了符合IEC 标准的Y 系列三相异步电动机产品的开发，并在此基础上完成了开启式电机、绕线转子式电机、防爆专用电机、起重冶金专用电机、电磁制动电机、变极多速电机、齿轮减速电机等18 个派生专用系列

产品的开发。1985 年国家明文下令淘汰J2J02系列产品，推广采用Y 系列电机，自此，Y 系列

及其派生系列产品在全国范围内得到迅速推广，国内生产的小型异步电动机基本上是以Y 系列及其派生和专用系列产品为主。90 年代初完成了符合IEC 标准体系的Y2系列三相异步电动机产品的开发。2003 年3

月，Y3 系列三相异步电动机通过了鉴定„ 自2001 年起.我国陆续颁布了国标GB 18613《中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级》三个不同的版本。根据该标准的变化情况，又相继开

发了YX3 系列高效率三相异步电动机、YE2 系列高效率三相异步电动机和YE3 系列超高效率

三相异步电动机。其中，YX3 系列高效率三相异步电动机为符合GB 18613—2006《中小型三

相异步电动机能效限定值及能效等级》标准中的二级节能评价值标准；YE2 系列高效率三相异

步电动机和YE3 系列超高效率三相异步电动机为符合GB 18613—2012 标准中的三级能效限定

值和二级节能评价值标准。Y 系列、Y2 系列、Y3 系列、YX3 系列、YE2

系列和YE3 系列等三相异步电动机产品，虽然在主要性能方面发生了较大的变化，但从它们的

主要外形结构形式来看，Y 系列电机的外形结构形式为一种类型，Y2、Y3、YX3、YE2 和YE3 系

列的外形结构形式则基本相近，为另一种类型。但它们的结构组成形式是基本相同的。以Y 系列三相异步电动机为例，其典型的结构组成如图2 -1 所示。它主要由定子、转子、轴承、端盖、机座、风扇、风罩、接线盒等组成。定子包括定子铁心和定子绕组等，转子包括转子铁心、笼形绕组和转轴等。定、转子铁心分别由定、转子冲片叠压而成。冲片一般用0.5 mm 厚的冷轧或热轧硅钢片冲制. Y 系列和Y2 系列三相异步电动机为采用热轧硅钢片制作，Y3 系列、YX3 系列、YE2 系列和YE3 系列等三相异步电动机为采用冷轧硅钢片制作。定、转子冲片是进行电磁计算时最为关注的对象之一。三相异步电动机常用的定、转子冲片槽型如图2 - 2 和图2 - 3所示

( 三）常用数据

一般在进行电磁计算时，首先应根据产品标准、运行环境以及用户的技术要求等，确定电机应达到的主要额定性能指标，然后初步提出达到上述指标电机所必需的主要尺寸参数.

如电机定、转子内外径，铁心长度. 绕组匝数及线规等，并开始进行计算。通常计算需要进行多次轮回、多方案的分析对比，根据电机性能参数的要求、制造成本、生产周期及批量的大小等因素，通过计算最终确定电机的制造参数。对于多品种小批量的电机产品，在满足电机主要性能的前提条件下，应充分考虑产品标准化、通用化和系列化的要求，尽量选用企业已有的工装模具，以缩短产品的生产周期和制造成本，快速且经济合理地满足市场及用户的需求。在电机的计算过程中，我们经常会用到Y、Y2 和Y3 等系列三相异步电动机一些常用的数据，列表如下。

1. 定子内外径

三相异步电动机常用的功率范围一般为0. 12-315 kW，按照国际电工委员会组织IEC标准体系.对应的中心高范围为63?355 mm。所对应的Y、Y2 和Y3 系列三相异步电动机定子内外径如表2-1所示。

2. 转子内径

根据电机转轴刚度和强度的要求，所对应的

Y、Y2 和Y3 系列三相异步电动机转子内径如表

2 - 2 所示。

3. 定、转子气隙

定、转子气隙长度& 对电机性能和运行可靠性影响较大。气隙过小，使谐波漏抗增大，导致电机起动转矩降低，杂散损耗增加，温升可能升高，电机可靠性降低，若气隙不均匀则会引起定、转子相擦，还会引起较大的电磁噪声。气隙过大，又会降低电机的功率因数.使空载电流增大。故气隙长度<5值的选取应综合考虑。Y、Y2 和Y3 系列三相异步电动机的气隙长度&如表2-3 所示。

4. 定、转子槽配合

三相异步电动机定、转子槽配合的选择对电动机的起动性能、电磁噪声、杂散损耗有很大影响。从降低杂散损耗、提高电机效率的角度出发，三相异步电动机定、转子应采用少槽-近槽配合，即转子槽数的选择应接近且少于定子槽数，但少槽一近槽配合易产生电磁振动和噪声，也可能产生附加同步转矩，影响电机的起动性

能。如果选择定、转子槽数相差较大的远槽配合时，则电机的电磁噪声会大幅降低，但此时杂散

损耗将会明显增大。因此•定、转子槽配合的选择应综合考虑多方面因素，在各种矛盾中，应以

选择主要矛盾为主。Y 系列电机定、转子槽配合的选择以降低损耗、提高效率为主，而Y2 系列

电机定、转子槽配合的选择则以降低电磁噪声为主，它们所分别选用的槽配合如表2 - 4 所示。

5. 绕组形式

三相异步电动机的绕组形式有单层绕组和双层绕组，一般对于功率较小的电机常选用单层绕组，对于功率较大的电机常选用双层绕组。在Y、Y2 和Y3 系列电机中，对中心高在H160 及以下的电机选用单层绕组，对中心高为H180 及以上的电机选用双层绕组。由于槽数的不同，单层绕组又分为单层同心式、单层链式和单层交叉式绕组。为了削弱谐波磁势.绕组通常采用短距形式。Y、Y2 和Y3 系列电机选用的绕组形式和绕组跨距如表2 - 5所示。

三相异步电动机绕组常用的联结方法有星形（丫）联结和三角形（△)联结两种。对于功率小于等于3 k W 的电机，一般采用星形（丫）联结，大于3 k W的电机.一般则采用三角形(△)联结。

(四）主要物理量的代号及单位

由于三相异步电动机在计算时涉及的物理量较多，为了便于计算，本章约定一些主要物理量的代号及单位如表2 - 6 所示。

注：

1. 除特别注明者外•电机所有尺寸以厘米(cm) 为单位，面积以平方厘米( on2 )为单位。

2. 凡符号上有者为标么值.各量之基值：功率为Pz 、电压为h、电流为/KW 、阻抗为/&W。

3. 凡符号上有号者为计算(理论) 值或假定值。

4. 所有电压、电流及阻抗为相值。

5. 转子各参数均已换算到定子侧。

( 五）阻抗等参数的计算

1. 槽满率

槽满率的计算主要是检验绕组匝数和线规的选择是否合理。一般对于手工下线，要求槽满率Sf <80%；对于机器下线•则要求槽满率Sf <70%。通常定子槽内有定子绕组、槽绝缘和槽楔，如图2 - 4 所示。故在计算槽满率^ 时，槽有效面积Se 应为定子槽面积在扣除槽绝缘和槽楔

所占面积后的部分。常用的槽绝缘和槽楔有关尺寸如表2- 7 所示。定子槽面积的计算公式如下：

式中，槽楔高度h 按表2- 7 或实际选取。槽绝缘所占面积的计算公式如下：对于双层绕组：

对于单层绕组：

式中，槽绝缘厚度q按表2 - 7 或实际选取。槽有效面积的计算公式如下：

槽满率sf 的计算公式如下:

式中N1:—导体并绕根数；Z1—每槽导体数；d—导线绝缘后外径;一般直径小于1.00mm的导线绝缘厚取0.06mm,大于等于1. 00mm的导线绝缘厚

取0.08mm。

2. 绕组系数

三相异步电动机的绕组系数Kdpl 包括短距

系数和分布系数两部分。

(1) 短距系数Kpl

由于谐波磁场的存在，绕组节距一般采用短距形式，以削弱某些影响较大的谐波。同时绕组节距的选取应尽量使绕组的基波短距系数较高。设绕组节距为:y，定子槽数为Q，电机极数为心绕组的短距比β为：

一般取β≈5/6。绕组的短距系数(一般指绕组的基波短距系数) 为

对于双层绕组，绕组的短距系数可按上述公式计算;对于单层绕组，从几何结构上可连接成短距形式，但从绕组的原理来分析，其绕组的短距系数Kpl恒等于1。

(2) 分布系数Kdi

对于常用的60°和120°相带绕组，绕组每极每相槽数q1为：

3. 线圈平均半匝长

线圈平均半匪长的计算主要用于计算定子绕阻的电阻和电抗。按照定子绕组线圈的形状( 如图2-5 所示），线圈平均半匝长相关参数的计算如下所示。

4. 定子电阻

三相异步电动机定子相电阻氏的计算公式为：

5. 转子电阻

笼形转子电机的转子电阻包括转子导条电阻和端环电阻两部分，其中，导条电阻：

6. 定子漏抗

定子漏抗包括槽漏抗、谐波漏抗和绕组端部漏抗三部分。

(1) 定子槽漏抗

槽漏抗为电机槽部磁场与绕组交链所对应的漏抗。定子槽漏抗的计算公式为：

(2) 定子谐波漏抗

定子谐波漏抗是定子绕组在气隙中所产生的谐波磁场与该绕组交链所产生的漏抗。

(3) 定子端部漏抗

定子端部漏抗是绕组通电后在定子端部空间所产生的漏磁场与定子绕组匝链所产生的漏抗。由于绕组端部的漏磁场较复杂，一般按半经验公式计算。根据不同的绕组形式，定子端部漏

抗的计算公式为双层绕组：

( 4) 定子总漏抗

定子总漏抗为上述槽漏抗、谐波漏抗和绕组端部漏抗三部分之和。

7. 转子漏抗

转子漏抗除有槽漏抗、谐波漏抗和绕组端部漏抗外，还有斜槽漏抗。

(1) 转子槽漏抗

转子槽漏抗的计算公式与定子槽漏抗类似。

料的用量，达到控制及降低电机成本的目的。铜(或铝)导线用量的近似计算公式为：

式中c 考虑导线绝缘和引线质量的系数，对于漆包圆铜线取1. 05,对于漆包圆铝线取1.1;7—导线密度（g/cm3 )，铜为8. 9, 铝为2.7。硅钢片用量的近似计算公式为：

( 六）磁路计算

三相异步电动机在通电情况下，所产生的磁场

是一个旋转磁场的计算很复杂，几乎不可能由手工计算来完成，我们将“ 磁场”的计算转化为“ 磁路”的计算后，可使计算大为简化。根据电磁理论的全电流定律，可将电机的磁场分成若干段等

效磁路，该等效磁路包括空气隙、定子齿、转子齿、定子辄和转子扼五个部分，如图2 _ 12所示。

由此得到：

上式表示等号左边磁路各段的磁压降（磁场强度叶与磁路长度^的乘积)之和等于右边的全电流之和。通过磁路的计算，可得到磁化电流和励磁电抗等参数。

1. 磁通的计算

三相异步电动机在通电时，所产生的每极磁通为:

通为:

式中々d—满载电势系数，通常取值在0.85-0.95 范围,对功率大和极数小者取较大值。

2. 磁路尺寸计算

磁路包括空气隙、定子齿、转子齿、定子轭和转子轭五个部分,各部分的相关尺寸如下所示。

(1) 空气隙

空气隙面积Sg:

根据饱和系数FT 的计算值.按图2-17可查取波幅系数值。

6. 满栽磁化电流计算

把每段磁路所需要的安匝数进行叠加。得到磁路总安匝数：

AT = AT'TI + ATT2 + ATQ -\- ATQ2 + ATg则满载磁化电流的有效值为