Y180L-8三相感应电动机电磁设计

1、附件B：毕业设计（论文）开题报告1、课题的目的及意义（含国内外的研究现状分析或设计方案比较、选型分析等）电机是一种机电能量转换或信号转换的电磁机械装置。就能量转换的功能来看，电机可以分为发电机和电动机两大类。发电机用以把机械能转换为电能。在发电站中，通过原动机先把各类一次能源（燃料发出的热能、水的位能、原子能、风能等）蕴藏的能量转换为机械能，然后通过发电机把机械能转换为电能，再经输、配电网络送往城市各工矿企业、家庭等各种场合供公众使用。电动机把电能转换为机械能，用来驱动各种用途的生产机械和装置，满足不同的需求。另外，电力变压器则是将一种交流电压、电流转换成同频率的另一种电压、电流的静止电器。根

2、据应用场合的要求和电源不同，电动机有直流电动机、交流同步电动机、交流感应电动机，以及满足不同要求的特种电动机1。纵观电机的发展，其应用范围不断扩大，使用要求不断提高，结构类型不断增多，理论研究也不断深入，技术水平逐步提高。1.1、我国电机制造工业的发展概况220世纪50年代以仿制国外产品为主，60年代走上自行设计的道路；50年代初只能生产一般中小型电机，不久能制造大型发电设备和特殊用途电机，与此同时新技术、新材料、新结构、新工艺的应用日益广泛。电机在国内的主要发展为： 产品品种、规格不断增加，单机容量迅速增大，技术经济指标逐步提高在发电机方面，继第一台10MW空冷水轮发电机（1955年）、6M

3、W空冷汽轮发电机(1956年)和12MW双水冷汽轮发电机（1958年）诞生后，又制成100MW双水冷和氢内冷、125MW与200MW双水内冷、200MW水氢冷和300MW双水内冷与水氢冷汽轮发电机，225MW空冷、300MW双水内冷与空冷水轮发电机和600MW水氢冷汽轮发电机。国产汽轮发电机，从空冷、氢冷发展到双水内冷和水氢冷，掌握了大型汽轮发电机除全氢冷以外的各种主要冷却方式的技术。此外，基本掌握了各种主要类型水电机组的设计和制造技术。我国生产的中小型电机系列，除一般电机或基本系列外，还有防爆、船用、潜水、单绕组多速、力矩、起重冶金、高起动转矩、辊道、电磁调速、热带型、屏蔽电机、磁阻式同步电

4、机及永磁电机等派生系列和专用系列。此外还研制了中小型无槽直流电机、晶闸管供电直流电动机、潜油电机、钻探电机、谐波励磁同步发电机等多种新产品。目前，电机技术指标也逐步提高，Y系列小型电机三相感应电动机和JO2系列相比，效率提高0.41%，堵转转矩平均提高33%，体积缩小15%，重量减轻12%，有效材料用量则相当。中型感应电动机新的JS2、JR2系列（低压部分）比老的JS、JR系列平均节省硅钢片23%、转子用铜量22%，相同功率电机可缩小一个机座号。小型同步发电机新的T2系列采用了晶闸管励磁装置，与原有的T2系列相比，效率（绝对值）平均提高1.18%，总重量降低约35%有效材料节省10%以上。 积

5、极采用新技术、新材料、新结构和新工艺利用电子计算机进行电机的电磁计算以及磁场、温度场计算和零部件机械计算。感应电机的单绕组多速绕组，同步电机的无刷励磁、静止半导体励磁、谐波励磁和整块励磁，直流电动机的晶闸管供电和无槽电枢，以及双水内冷技术、直线电机等也先后用于生产。电机生产中，电机绝缘主要采用E、B（其中E级约占2/3），F、H级仅在少数要求较高或特殊用途的电机上应用，前者正积极地分别向B、F级过渡。环氧玻璃粉云母和无溶剂浸渍漆、聚酰亚胺、DMD复合绝缘、涂敷用环氧粉末和适形材料等新兴绝缘材料在电机上大量应用。小型电机的机座与转轴加工、静电喷漆、总装实验等采用自动线；级进式冲模、大型压铸机、定

6、子绕组自动下线机、插槽绝缘机、端部整形机、自动绕线机等设备及真空压力浸渍、中型感应电机转子导条环氧粉末涂敷、机座射压造型等新工艺的应用，提高工效，同时也提高电机的质量。 标准化、系列化和通用化程度不断提高1953年以后多次组织了电机产品的改型设计和新系列统一设计，使我国从发电设备、大型直流电机一直到种类繁多的中小型电机，都有了自己的系列，建立了产量大、使用面广的基本系列，而且还有用于特殊场合的派生系列和专用系列。在电机零部件和安装尺寸、机座号等的标准化、系列化、通用化方面做了大量工作，形成了自己的体系，制订了电机专业的许多国家标准，并且逐步接近国际电工委员会的标准。 积极开展电机理论、测试技术

7、和新型发电方式的研究对电机绕组、附加损耗、附加转矩、电机冷却、大型电机的端部磁场、电机测试技术以及超导电技术在电机中的应用等方面展开了一系列研究，取得了不少成果。1.2、国外电机制造工业的发展状况在大型机组及其采用的某些新材料、新结构的基础上，在充分保证可靠性和足够的运行经验的前提下，稳步发展更大机组；于此同时，努力寻求更好的绝缘材料和结构，以提高电压等级；并采用更为合理的励磁系统与冷却系统，以提高运行的稳定性和在可供应的转子锻件范围内提高单机容量等等。20世纪60年代以来，一些主要工业国家还相继发展了中小型电机的新系列，或对原有系列进行了改型，其共同点如下： 应用电子计算机进行设计，从而提高

8、了计算精度，缩短了设计周期。 功率等级和安装尺寸尽量与国际电工委员会的标准接近。 由注意“小型轻量化”（减轻重量、降低中心高）转为注意“省能化”和“无公害化”，提高效率和降低噪声。 积极采用新材料。目前B级绝缘的电极所占的比重日益增大，E级减少，而且呈现向F级过渡的趋势、有的为了提高电机的使用寿命和可靠性，把F级当作B级，留有较大的温升裕度；在同一系列中，按电机温升高低或机座号大小，分别采用E、B、F级绝缘、在电机中普遍采用无硅低碳冷轧电工钢片、半冷轧无取向硅钢片和磁性槽楔。另外，有的国家还发展铝线电机新系列。 扩大原有的功率划分范围，改进结构，提高通用化程度，注意维修使用方便。中小型同步电机

9、和感应电机都大量采用箱型结构或通用定子，小型电机采用密封轴承，中型电机采用不停机添加润滑脂的滚动轴承并有甩油盘自动排除废油。1.3、Y系列电机现状Y系列电动机是全封闭自冷式鼠笼型三相异步电动机。其额定电压为380V，额定频率为50Hz，3kW及以下“Y”接法，4kW以上为“”接法，具有高效、节能、起动转矩高、噪声小、可靠性高、寿命长等优点。一般用于无特殊要求的机械设备，如风机、水泵、机床、搅拌机等。Y系列三相异步电动机分为IP23（防护式）和IP44（封闭式）两个基本系列。Y系列（IP23）为三相防护式笼型异步电动机，其防护结构型式能防止手指触及机壳内带电导体或转动部分；防止直径大于12毫米的

10、小形固体异物进入；并防止沿垂直线成60度角或小于60度角的淋水滴入电动机。该系列三相异步电动机的功率范围则为5.5千瓦132千瓦，共有14个功率等级、6个机座号和45个规格。全系列电动机的功率等级、安装尺寸均符合IEC国际标准，电动机的同步转速有3000、1500、1000、750及600转/分，绕组采用B级绝缘材料，电动机均为“”接法，其冷却方式为IC01。Y系列（IP44）三相异步电动机是一般用途的全封闭自扇冷式笼型异步电动机，它适用于拖动无性能要求的各种机械设备，如鼓风机、空气压缩机、水泵和金属切削机床等。其功率范围为0.55160千瓦，共有22个功率等级。电动机的同步转速有3000、1

11、500、1000、750及600转分，其冷却方式为IC0141。在Y系列基本系列的基础上，适当变更部分电磁结构设计或加工工艺，即可派生出许多不同类型的派生系列和专用系列。1.4、电机设计与MATLAB仿真电机设计是一个非线性数值计算问题，且变量很多，一台三相感应电动机设计参数多达几十个，因此，电机设计要建立合理的数学模型，并运用先进的计算工具和设计方法，以及丰富的设计经验，需要经过设计、调整、再设计的多次反复，才能得到满意结果3。计算机在电机设计中的应用经历了从简单到复杂的三个阶段，即从“校核计算”到“综合设计”最后进入“优化设计”4。感应电动机设计紧紧围绕“用户要求主要尺寸关系磁路计算参数计

12、算(饱和和集肤效应)损耗计算机械、结构设计工作性能及启动性能计算”这一主线进行5。电机的电磁计算可以采用磁路法进行手算或利用电机的计算机辅助设计计算。另外，还可以采用场的思想，建立合理的数学模型利用有限元法进行计算。采用磁路法依赖于计算者的个人经验且很难考虑到磁路的饱和效应以及转子起动时的集肤效应。而采用场的思想，利用有限元法，只需给定输入的电压或电流，就可以计算电机内部实际的电磁场分布，而电机内部各部分的实际饱和情况、转轴上的负载变化、采用各种槽楔时的影响都可以被直接考虑进去6。MATLAB是新一代的科学与工程计算软件，不仅具有传统的交互编程功能，而且提供了丰富可靠的矩阵运算、图形绘制、数据

13、处理、信号与图象处理等工具。MALAB在电机的电磁计算、电机运行特性仿真以及电机控制仿真中应用广泛，通过MATLAB仿真可以作出电机的工作特性曲线，以分析电机的性能。1.5、课题的意义在电气时代，电机是电能生产、传输、使用、电能特性变化的核心装备，在国民经济的各个领域中占据重要地位。电动机在电气传动中带动负载机械做功的同时也耗用大量的电能,所耗用的电能约占总发电量的60%左右。电动机的供电电源目前大多为火力发电设备,增加发电量必然会增加温室气体的排放,从而增大对环境的污染,不利于环境保护，欧美工业发达国家对节约能源及环境保护非常关注，加拿大、美国、欧洲都相继提出开发高效节能电动机的要求,并开发

14、了相应的产品。我国加入WTO以后,电机行业面临着国际社会的巨大竞争压力和挑战。从国际和国内发展趋势来看,开发高效异步电动机是非常必要的,并且中小型电机行业的十五规划已将开发中国高效电机提上了日程,这也是我们追赶国际先进水平和引领行业进步的需要7。面对能源危机和环境污染的影响，在电机的设计中，优化电机的结构及其电磁设计，提高电机的运行效率，对节约资源，减小能耗具有重要的意义。参考文献：1 汤蕴璆，史乃电机学第2版M机械工业出版社，20052 陈世坤电机设计第2版M机械工业出版社，19973 胡虔生，蔡菊梅三相异步电机初始方案设计专家系统电工电能新技术，1994第4期.4 叶云岳，林友仰计算机辅助

15、电机优化设计与制造杭州浙江大学出版社，1998.5 徐永明，孟大伟“电机设计”课程教学改革与实践中国电力教育，2009年10月上.6 江建中，傅为农异步电机电磁场计算的有限元模型综述电工技术杂志，1998年1月.7 赵勇，郭伟兵，韩继宏YB2_YA2系列高效、节能、环保型电动机防爆电机，2009年第1期第44卷.8 上海电器科学研究所中小型电机设计手册M机械工业出版社，19949 傅丰礼，唐孝镐异步电动机设计手册M北京：机械工业出版社，200110 沈阳机电学院电机系三相异步电动机原理设计与试验M北京：科学出版社，197711 姜孝定三相异步电动机绕组图册M北京：机械工业出版社，200012

16、陈楠模块化在电机设计中的应用电机技术2007年第2期.13 李琳红用有限元法辅助高压电机设计上海大中型电机，2008.NO.4.2、课题任务、重点研究内容、实现途径2.1、课题的任务在综合运用电机学 、电机设计等专业基础课程和专业课程知识的基础之上，独立完成Y180L-8三相感应电动机的电磁设计任务并利用MATLAB进行运行特性的仿真。感应电机的电磁设计主要是根据设计任务书规定的设计技术要求确定电机的电磁负荷，计算定子、转子冲片和铁芯各部分尺寸及绕组数据，进而核算电机各项参数及性能，并对设计数据做必要的调整，直至达到设计要求。电机设计时充分考虑标准化、通用化、系列化得要求，进行多种方案的分析、

17、比较，权衡电机性能、运行费用、制造成本、运行可靠性等因素，决定最终电磁设计方案。2.2、重点研究内容A、学习三相感应电动机基本结构、运行原理与设计方法，掌握三相感应电动机内部电磁关系的分析计算方法及其对技术经济指标的影响。B、完成两套合格电磁设计方案的手工计算。C、对所设计的两套电磁方案进行分析、讨论，对比其技术经济指标的优劣。D、利用MATLAB进行其运行特性的仿真。主要技术指标：Y180L-8，定子绕组2-接法，B级绝缘，11kW，380V，50Hz结构数据：D1290mm，Di270mm技术指标：n0.865，cos0.77，I*st 6.0，T*st1.7，T*m2.02.3、实现途径Y180L-8三相感应电机的设计，对照已有的同型号电机，参考中小型三相感应电动机电磁计算程序进行电磁计算，主要包括磁路计算、等值电路参数计算、运行性能计算以及启动性能计算等。设计应满足其经济指标以及技术指标。经济指标主要包括电机的体积、用料等；技术指标包括