隔爆型三相异步电动机电磁方案设计文献综述
- 前言
电机是一种机电能量转换或信号转换的电磁机械装置，可以分为电动机和发电机两大类。现在社会中，电能的使用最广泛、便捷。在电能的生产、输送和使用等方面，电机是最重要的部分之一，是各个行业生产过程及日常生活中普遍使 用的基础设备。它在现代工业、现代农业、现代国防、交通运输、科学技术、信息传输和日常生活中都得到最广泛的应用。
电动机作为动力设备，广泛应用于机械行业的工作母机，冶金行业的高炉、转炉、平炉和轧钢机，交通运输行业的电车、电力机车、各类企业中的鼓风、起吊、运输传送、农业中的电力灌溉、农副产品加工，以及医疗器械、家用电器等各行各业。各类动力机械中，电动机的容量已超过总容量的60%。
在20世纪40年代以前，我国的电机制造工业极端落后。新中国成立后，我国电机制造工业得到了迅速的发展，生产出的电机种类和数量均不断增加。经过近年来的不断发展，我国又建成了一系列高性能指标的电机系统，取得了出色的成绩。随着我国经济结构调整和产业转型升级，电机制造有了更高的要求。电机系统向着高功率密度、高可靠性、高适应性、高精度、低排放等方向发展，是我国新能源、高端制造、交通运输、 航空航天等高技术产业竞争力、发展国民经济和实现国防体系现代化的战略基础装备。
- 主题
常见的电动机通常分为直流电机和交流电机两大类。直流电机理论简单，调速性能出色，但是其结构复杂，制造难度大，在一定程度上限制了其发展。交流电机理论较复杂，但是电机结构简单、工作可靠。随着电力电子技术的发展，变频器得以应用，交流电机的调速性能并不逊色于直流电机，故交流电机尤其是三相异步电机得到了广泛的使用。
三相异步电机根据转子绕组结构不同通常可分为鼠笼型电动机和绕线型电动机。其中鼠笼型电机结构简单、坚固耐用、质量可靠，在一些容量不大的场合得到了广泛的应用。两者工作原理相同，当定子绕组通入对称三相电流的时候，气隙中会产生旋转磁场，在转子绕组中感应出电流，并产生转子磁动势。定转子磁场相互作用使电机产生电磁转矩，完成机电能量转换。
电机设计主要是根据给定的功率、额定电压、绕组连接方式、额定频率、额定转速等，参考现有成熟型号的参数，根据相关国家标准，对电机的电磁方案和结构方案进行设计。电磁设计是参考技术条件或技术任务书，通过计算方案来确定与电磁性能相关的尺寸和数据。结构设计包括电机确定零部件参数、机械结构、进行机械、温升和通风方面的计算，并出零部件装配图和总装配图。
在对电机进行设计和分析时，有必要采取各种方法建立起电机的模型。在设计电机的时候，通常采用传统的等值电路模型和时步有限元模型。传统等值电路模型使用经典的等效电路法，将电机各参数抽象成等效电路的各元件，元件参数由磁路法求得，或在较强的前提下由电磁场解析法计算得来。本方法中有许多修正系数，依赖于设计者的个人经验，可以在总体上快速获得近似计算的结果，建立起电机的主要模型，但是对细节处如铁磁材料的非线性因素、齿槽效应、集肤效应等处理的比较模糊，比较适用于传统电机的快速设计和开发。随着计算机的普及和计算能力的提高，时步有限元模型得到了广泛应用。有限元法是一种数值计算方法，利用数学近似的方法对真实物理系统进行模拟，将实际问题分解成若干个小的子域分别求解，再推导出总体问题的解。由于计算机辅助工程（CAE）软件的大规模使用，将电机物理模型进行网格划分，使用有限元计算方法计算出电机的各项参数，计算精度高，考虑因素全面，不仅仅可以计算电磁场，甚至可以计算机械结构、温度场，但是计算速度受计算精度影响较大，需要花费较大的算力。在实际设计中，两者模型互为补充，经典的等效电路磁路法和有限元分析法取长补短各有优势。
在实际应用中，三相异步电机根据具体用途的不同，在性能侧重上会有各种各样的差异。除了一般用途的通用电机外，还有船用电机、防爆电机、潜水电机等等性能上有特定要求的电机。尽管功能分类上有所区别，但是总体原理上仍然是不尽相同的。
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