三相鼠笼式异步电动机电磁计算及其优化学士学位论文 精品.docx
《三相鼠笼式异步电动机电磁计算及其优化学士学位论文 精品.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《三相鼠笼式异步电动机电磁计算及其优化学士学位论文 精品.docx（38页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
三相鼠笼式异步电动机电磁计算及其优化学士学位论文精品
密级：
NANCHANGUNIVERSITY
学士学位论文
THESISOFBACHELOR
（20—20年）
题目:
学院:
系别:
专业:
班级:
学生姓名:
学号:
指导老师:
起讫日期:
第1/59页
毕业设计任务书
题目：
学院：
系：
专业：
班级：
学号：
学生姓名：
起讫日期：
指导教师：
职称：
审核日期：
第2/59页
说明
1.毕业设计任务书由指导教师填写，并经专业学科组审定，下达到学生。
2.进度表由学生填写，每两周交指导教师签署审查意见，并作为毕业设计工作检查的主要依据。
3.学生根据指导教师下达的任务书独立完成开题报告，3周内提交给指导教师批阅。
4.本任务书在毕业设计完成后，与论文一起交指导教师，作为论文评阅和毕业设计答辩的主要档案资料，是学士学位论文成册的主要内容之一。
第3/59页
第4/59页
第5/59页
第6/59页
第7/59页
第8/59页
第9/59页
第10/59页
第11/59页
本科生毕业设计（论文）开题报告
题目：
学院：
专业：
班级：
学号：
姓名：
指导教师：
填表日期：
年月日
第12/59页
选题的依据及意义：
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。
二、国内外研究现状及发展趋势（含文献综述）：
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
三、本课题研究内容
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
第13/59页
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。
四、本课题研究方案
（1）三相异步电动机手算设计程序，主要是根据电机的额定数据及主要尺寸进
行电机基本的磁路计算和参数计算及起动性能计算，要求计算结果误差在允许范围内。
（2）编制程序进行调试并在此基础上综合设计。
（3）提出电动机的效率优化设计方案，采用程序进行优化。
（4）绘制电机定子、转子冲片图，定子绕组图，转子装配图，电机总装配图纸。
第14/59页
六、参考文献：
⑪：
《中小型三相异步电动机电磁计算程序》第一机械工业部上海电器科学研究所
⑫：
《三相异步电动机设计原理与实验》沈阳工业大学电机系⑬：
《小型三相异步电动机技术手册》机械工业出版社季杏法主编⑭：
《电机学》航空工业出版社戴文进等编著⑮：
《电机设计》机械工业出版社陈世坤主编⑯：
《电机设计与计算》龙门联合书局程福秀译
⑰：
《中小型三相异步电动机电磁设计手算程序》南昌大学电气自动化系电机教研室
⑱：
《电机绕组手册》辽宁科学技术出版社彭友元主编
⑲：
《中小型电机设计手册》机械工业出版社上海电器科学研究所编著
第15/59页
NANCHANGUNIVERSITY
学士学位论文
THESISOFBACHELOR
（2009—2013年）
题目:
学院:
系别:
专业:
班级:
学生姓名:
学号:
指导老师:
起讫日期:
第17/59页
目录
摘要...........................................................................................................................IABSTRACT....................................................................................................................II绪论...........................................................................................................................1
第1章异步电机概念..................................................................................................21.1异步电机的类型、特点和用途..........................................................................2
1.2异步电机的发展趋势.........................................................................................3
第2章三相异步电动机的基本结构和工作原理......................................................5
2.1三相异步电动机的基本结构..............................................................................5
2.2三相异步电动机的铭牌数据与主要系列.........................................................6
2.3三相异步电动机的工作原理..............................................................................8
2.4三相异步电动机的机械特性和工作特性..........................................................9
第3章电机设计基本理论........................................................................................10
3.1电机制造与设计的概况....................................................................................10
3.2电磁设计............................................................................................................10
第4章毕业设计手算程序及优化方案....................................................................13
4.1手算程序............................................................................................................13一、额定数据及主要尺寸.....................................................................................13二、磁路计算.........................................................................................................16三、参数计算.........................................................................................................19
四、起动计算..........................................................................................................26
4.2优化方案............................................................................................................28结论.........................................................................................................................31
参考文献......................................................................................................................32
附录I.CAD图............................................................................................................34
第19/59页
南昌大学毕业设计
Y802-21.1kW三相鼠笼式异步电动机电磁计算及其优化
摘要
本文阐述了三相异步电动机的设计，介绍了异步电动机的特点、类型和用途，从而引出三相异步电动机的类型和结构，进一步阐述了三相异步电动机的铭牌数据、技术要求、工作原理、机械特性和工作特性等，这些都是为下一步的电动机设计做准备的。
电动机设计是个复杂的过程，需要考虑的因素和确定的尺寸、数据很多，因此遇到错综复杂的矛盾。
而本文全面地、综合地看待了这个问题，充分协调了电动机的耗材量与各项性能之间以及技术指标和经济指标之间的关系。
作者先按照电动机的手算程序进行手算工作，了解了国家的有关标准规定，熟悉了电动机各项指标，为优化方案打了个基础。
方案一中在追求节省材料时，会导致电机性能降低。
方案二中采取措施提高效率、功率因数也会使起动电流变大。
综合考虑各方面得失，最后得出一个既节省材料又提高性能的方案。
最后，为了使本设计直观，也为了便于生产，用CAD绘制了定子冲片图、转子装配图、绕组连接图和总装图，附在论文附录中。
关键词：
异步电动机；设计；优化；绘图
第20/59页
TheElectromagneticCalculationandOptimizationof
Three-phaseSquirrel-cageAsynchronousMotor
Y802-21.1kW
Abstract
Thispaperexpoundsthedesignofthreephasesquirrel-cageasynchronousmotor.
Thispapershowsthecharacter,typeusageofinductionmotor.Insuccession,itintroducesthetypeandframeworkofthreephasesquirrel-cageasynchronousmotor,andfarthersetforthitsrateddata,technicalspecification,operationtheory,mechanismspecialty,runningspecialtyandsoon.Thesearethegroundworkforthedesignofmotor.
Constructingamotorisacomplexity.Thedesignermustconsidermanyfactorsandascertainlotsandlotsofsizesanddata,andthereforebargeupagainstcontradiction.However,thisstudytreatstheproblemall-sidedandsynthetically,andthatwellharmonizesthematerialwastage,capabilities,technicaldataaswellaseconomicaldata.Afterthehandworkcount,thedesignerhasknownaboutthenationalcriterionandisupontheroughconnectionsamongthespecifications,which
groundsforthenextwork.First,aspiringaftereconomizingthematerialswilldeterioratethemotorcapabilities.Second,takingmeasuresforaugmentingefficiencyandpowerwillmakethestartingcurrentlarge.Consequently,afterconsideringallfactorssynthetically,thedesignergetaprojecttobotheconomizematerialsandimprovecapabilities.
Atlast,inordertounderstandthemotorintuitionistandmanufacturethemotorexpedite,thedesignerplotstatordevelopfilmgraph,rotorconstructionalgraph,coilcouplinggraphandgeneralinstallgraph.Thesegraphshavebeendepositedintheexcursusofthisthesis
Keywords:
inductionmotor;design；optimize；plot
第21/59页
绪论
电动机可分为直流和交流电机。
由于直流电机和交流电机的特点又决定了机
械设备的动力大多由交流异步电机提供，尤其以鼠笼式电机居多。
据统计，在电
网的总负载中，动力负载约占59%，而异步电机则占总动力负载的85%，由此
可见异步电动机在工农业中的重要性，而且随着电气自动化的发展，它在工农业
生产中的重要性也将逐步增大。
尤其是三相鼠笼式异步电动机，具有结构简单，
效率很高，使用方便，性能稳定，易于维修成本低的优点。
为了保证异步电动机
的安全运行，电工工作者必须掌握有关三相异步电动机的安全运行的基本知识，
了解对异步电动机的安全评估，对异步电动机深入研究也是是非常必要和有意义
的，要尽量节省异步电动机的材料用量，改善效率和功率因数等性能，使其能更
好地适用于生产需要。
第22/59页
第1章异步电机概念
异步电机的转速与气隙中基波旋转磁场的转速之间存在一定差异，即不同步
（或称异步），因此被起名为异步电机。
异步电机的工作原理是通过气隙旋转磁
密与转子绕组中感应电流相互作用产生电磁转矩，从而实现能量转换的。
由于异
步电机转子绕组的电动势和电流是通过感应产生的，所以异步电机有又称感应电
机。
1.1异步电机的类型、特点和用途
异步电机的系列、品牌、规格众多，归纳起来可从定子相数、电源屏率、转
子结构、额定功率、防护形式、绝缘等级、运行方式、尺寸和用途等不同的角度
来分类。
按电源相数分为“单相”异步电机、“双相”异步电机、“三相”异步
电机；按电机的尺寸或额定功率分为“大型”、“中型”、“小型”和“小功率”电机；按电机的防护形式分为“开启式”、“防护式”、“封闭式”；按转子结
构型分为笼型、绕线型和换向器电机；按运行方式分为异步发电机和异步电动机
等。
目前，我国以三相电动机的功率划分大类，并以其电源性质、性能、用途、
结构特性、形式等作为补充部分。
例如，中小型电动机的功率范围是1-1000KW，其中1-1000KW是小型三项电动机，100-1000KW为中型三相电动机。
异步电动
机按其电源性质和结构特征，较详细的分类如下：
异步电动机分为：
三相异步电动机和单相异步电动机两大类；三相异步电动
机又分为：
绕线型和鼠笼型两种；三项鼠笼式异步电动机又包括三鼠笼型、双鼠
笼型和单鼠笼型三种；单相异步电动机又分为：
交直流两用式、罩极式、电容式
和分组式。
三相异步电动机是应用最为广泛的一种电动机，它的主要分类见表1-1：
第23/59页
异步电机与直流电动机、三相同步电机不同，其转子绕组无需与其他电源连接，因此具有结构简单、效率高、控制方便、性能稳定，以及制造容易，成本低廉，易于维修等优点。
异步电机有较高的运行效率和较好的工作特性，从空载到满载范围内接近恒速运行，能满足大多数工农业生产机械的传动要求。
异步电机还便于派生成各种防护形式，以适应不同环境条件的需要。
由于异步电机的转速n与其旋转磁场转速n1有一定的转差关系，其调速性能较差，对要求宽广和平滑调速范围的交通运输机械印染及造纸机械等，采用直流电机较经济、方便。
但近一、二十年来，以电力电子器件和微型计算机为基础发展起来的异步电动机交流调速系统，使异步电动机的调速性能得以改善，因此其用途更加广泛。
异步电机主要用作电动机，将电能转换为机械能，用来驱动各种用途的生产机械。
例如：
工业方面的各种加工中心、专用加工设备、数控机床、工业机器人、印刷机械、纺织机械、泵和压缩机、新型工业缝纫机等设备的控制;机械制造工业、冶金工业、煤炭工业、石油工业、轻纺工业，化学工业及其他各工矿企业的控制；军事和航天方面的卫星姿态、飞船光电池对太阳跟踪、雷达天线的控制。
在农业生产方面，电力排灌设备、打谷机、辗米机、榨油机、饲料粉碎机等大都由异步电动机拖动。
可以说各个领域都有采用它作驱动设备。
1.2异步电机的发展趋势
近年来我国已开始研究、设计、生产高效率异步电机。
随着我国加入WTO及机电行业产业结构和产品结构的调整，高效率异步电机将成为市场需求的主导
第24/59页
产品。
电机关键设备旨在衡量电机性能好坏的重要技术经济指标之一。
随着电机功率的增大，单位功率损耗相对减小，效率提高。
普通大容量电机效率一般为95%到98%，小容量电机一般为80%到92%。
所谓高效电机，只有一个定性的概念，即设计制造出的电机效率较普通标准电机效率高出一
定水平。
例如美国70年代研制并推广到欧洲和日本的高效率电动机的平均效率比普通电动
机提高了2%到3%，其现行NEMA高效率电动机较我国Y系列和Y2系列电机效率高2%到8%。
提高国内异步电机的可靠性和经济性指标被列为“十五”计划基本任务的两项重要内容。
国内异步电机质量和技术水平差距的其中两个体现方面就可靠性差，经济指标落后。
随着科学技术的发展和人类环保意识的加强，人们越来越重视环境的噪声污染问题。
因此电机的噪声成为考核产品竞争力的一个重要因素。
为提高电机的品质，必须采取措施消弱电磁噪声。
第25/59页
第2章三相异步电动机的基本结构和工作原理
2.1三相异步电动机的基本结构
三相异步电动机主要是由定子和转子两大部分组成，转子有鼠笼型及绕线型转子两种。
定子与转子之间有气隙，中小型三相异步电动机的气隙一般为0.2~
升级会员 