毕业设计论文Y180M222KW三相鼠笼式异步电动机设计.doc
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1、NANCHANG UNIVERSITY学 士 学 位 论 文THESIS OF BACHELOR(20032007年)题 目: Y180M-2 22KW三相鼠笼式异步电动机设计 学 院: 信息工程学院 系: 电气与自动化 专 业: 电气工程及其自动化 班 级: 电机与电器03(3)班 学 号: 学生姓名: 指导教师: 起讫日期: 2007.3.26 2007.6.10 2本科生毕业设计任务书(工科及部分理科专业使用)题 目: Y180M-2 22KW三相鼠笼式异步电动机设计 题目来源:省部级以上 校级 横向 自选题目性质:理论研究 应用与理论结合研究实际应用研究学 院: 信息工程学院 系:电气
2、与自动化 专 业: 电气工程及其自动化 班 级: 电机与电器03(3)班 学 号: 6101103244 学生姓名: 起讫日期: 2007.3.262007.6.10 指导教师: 芬 职称: 教 授 系分管主任: 审核日期: 2007.3.14 说 明1. 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
3、要内容之一。一、毕业设计的要求和内容(包括原始数据、技术要求、工作要求)1、原始数据 型号: Y 额定功率: 额定电压: 额定转速: 额定频率:2、主要性能指标 效率: 功率因数: 最大转矩倍数: 起动转矩倍数: 起动电流倍数:3、设计中选用的基值 电压基准值:V 为电动机额定相电压 功率基准值:=22KW 为电动机额定功率 电流基准值: 为电动机每相的功电流 阻抗基准值: 转矩基准值: 为电动机额定转矩 4、设计指标要求 效率: 计算值,修改值 饱和系数: FT修改值, F计算值,满载电势标么值: (1-l)修改值,(1-L)计算值起动电流倍数: IST修改值,IST计算值5、电磁设计中若干
4、参数的选择及经验数据 槽满率: sf=75% -80% 槽绝缘厚:采用聚脂薄膜和聚脂无纺布复合材料(DMD,DMD+M和DMDM) H80H112 Ci=0.25(mm) H132H160 Ci=0.3(mm) H180H280 Ci=0.35(mm) 槽楔厚h: 槽楔采用新型软槽楔和3240环氧玻璃布压板,计算时厚度h=2mm: 叠压系数:H80-H160 定子冲片不涂漆时 =0.95 H180-H280 定子冲片涂漆时 =0.92 冲剪余量:=0.5cm 转子斜槽:为一个定子齿距 定子绕组型式:H160及以下全部采用单层软绕组;H180及以上采用双层迭绕组 硅钢片材料:采用D23硅钢片,
5、导电材料:定子绕组采用QZ-2型高强度聚脂漆包圆铜线;转子铸铝,采用AL-1;线径为0.63-1.0(mm)时,漆膜双面厚度计算时取0.06mm;线径为1.0-1.6(mm)时,漆膜双面厚度计算时取0.08mm; 设计时杂散损耗假定值:6、设计要求 复算原设计方案; 上机设计三个方案:在原复算方案的基础上节省材料;在原复算方案的基础上提高性能;在原复算方案的基础上既节省材料,又提高性能; 将最好的一个方案的全部设计步骤、计算过程写出来(要有文档、电子版本及幻灯片); 将三个方案进行比较,并用已学过的理论进行分析。二、毕业设计图纸内容及张数1、三相异步电动机总装备图 1张2、定子冲片图 1张3、
6、转子装备图 1张4、绕组联接图(只画一相) 1张三、毕业设计实物内容及要求四、毕业设计进度计划序号各阶段工作内容起讫日期备注1查阅资料,写开题报告3.26 4.62复算原设计方案4.9 4.273设计调试三个新方案4.30 5.111.省材料2.提高性能3.最优化4AutoCAD绘图5.14 5.185查阅外文资料;整理毕业论文5.21 6.86毕业答辩6.11 6.15五、主要参考资料1小型三相异步电动机技术手册,季杏法主编,机械工业出版社2电机学,戴文进等编著,航空工业出版社3电机设计,陈世坤主编,机械工业出版社4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六、毕业
7、设计进度表(本表每两周由学生填写一次,交指导教师签署审查意见)第一、二周( 月 日至 月 日)学生主要工作:指导教师审查意见:年 月 日第三、四周( 月 日至 月 日)学生主要工作:指导教师审查意见:年 月 日第五、六周( 月 日至 月 日)学生主要工作:指导教师审查意见:年 月 日第七、八周( 月 日至 月 日)学生主要工作:指导教师审查意见:年 月 日第九、十周( 月 日至 月 日)学生主要工作:指导教师审查意见:年 月 日第十一、十二周( 月 日至 月 日)学生主要工作:指导教师审查意见:年 月 日七、其他(学生提交)1开题报告1份 2外文资料译文1份(2000字以上,并附资料原文) 3
8、论文1份(8000字以上) 指 导 教 师: 学科组负责人: 学生开始执行 任务书日期: 学生姓名: 送交毕业设计日期: 毕业设计(论文)开题报告题 目: Y180M-2 22KW三相鼠笼式异步电动机设计 学 院: 信息工程学院 系 电气与自动化 专 业: 电气工程及其自动化 班 级: 电机与电器03(3)班 学 号: 6101103244 姓 名: 方 榕 指导教师: 胡 泳 芬 填表日期: 2007 年 4 月 6 日一、选题的依据及意义:21世纪的世界潜伏着严重的能源危机,能源短缺的后果极其严重,它可能导致能源危机和引发经济危机。20世纪八十年代以来,随着改革开放带来的经济高速发展,我国
9、能源需求显著增加,能源供应的增长速度难以满足迅速增长的需求,单位产值能耗居高不下,能源短缺日益明显。为改变这种局面,降低能耗,国家能源法已明确规定:“能源节约与能源开发并举,把能源节约放在首位的方针”。 虽然经济增长对能源、电力依赖关系的规律在一定时期内不会逆转,能源消费增长快于人口增长、电力消费增长快于能源增长的趋势仍将长期持续下去。发电机把机械能转化为电能,电动机把电能转化为机械能。发电机生产的电能有一半以上是通过电动机转变为机械能后方才加以利用。电动机作为各种用途的生产机械的动力元件,功率从几瓦到几万千瓦,每分钟转速从几十到几千转,应用十分广泛。电动机主要分同步电动机、异步电动机与直流电
10、动机三种,分别应用于不同的场合,而其中又以三相异步电动机的使用最为广泛。在工业、农业、交通运输、国防军事设备及日常生活中,广泛地应用着电机传动。过去直流电动机调速系统在传动领域中一直占统治地位,但因其机械接触式换向器不但结构复杂,制造费时,而且在运行中容易产生火花,以及换向器的机械强度不高,电刷易于磨损等问题的存在,在运行中需要经常性的维护检修,另外,对环境的要求也比较高,不能适用于化工、矿山等周围环境中有粉尘、腐蚀性气体和易燃、易爆气体的场合。特别是由于换向问题的存在,直流电动机无法做成高速大容量的机组,容量较大的直流电机往往要做成双电枢式,远远不能适应现代生产向高速大容量化发展的要求。因此
11、交流电机在现代工业中所起的作用不言而喻,也是我们研究和发展的重点。近年来,空气压缩机、大型鼓风机、电动发电机组等一些对调速没有要求的大功率生产机械越来越倾向于应用功率因数高的同步电动机,但同步电动机无法满足大多数生产机械对调速的要求,所以异步电动机在当今绝大多数领域中得到应用。据统计,全世界每年发电量的70%-80%消耗在各种类型的电机上,其中0.55100KW的中小型异步电动机的用电量占全国总发电量的40%左右。尤其在某些工业部门中,异步电动机应用极广,例如在纺织工业中,异步电动机的用电量占99.8%,此外,在综合性中小工业和大型机械加工工业中,异步电动机也应用得最为频繁3。除此之外,特殊的
12、工业和科研领域不断对电机性能提出了特殊的要求,如转数在10万转以上的高频高速电机,高精度小步长的步进电机等,都对电机制造行业的不断发展提出了更高的要求。交流异步电动机按转子结构分绕线式异步电动机和鼠笼式异步电动机1。交流异步电动机,尤其是鼠笼式电动机,由于结构简单,制造方便,价格低廉,而且坚固耐用4,运行效率较高和具有适用的工作特性,惯量小,运行可靠,很少需要维护,可在恶劣环境正常工作等优点,在工农业生产和民用电器中得到了极广泛的应用,特别是作为矿山机械的驱动设备,正发挥着越来越重要的作用。因此,我们在通过电机专业课程的学习已基本掌握电机学、电机设计和电机优化设计等课程的知识,对电机理论有较好
13、的理解的前提下,在毕业设计中选择选择三相异步电动机设计的课程既是对所学专业知识的巩固和检验,也是未来实践的必然要求。二、国内外研究现状及发展趋势(含文献综述)提高国内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6。国内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5。对电机进行细微的失效机理分析,采用新的设计方案、新的原材料及加工工艺是提高电机可靠性和经济指标的根本途径。已有研究表明,世界发电量的60%-70%是通过各种电动机消耗的。随着机电行业及铁心制造工艺的进步,尤其是节约能源的需要,要求电机产品向小型化、高精度化方向发展,美国早在二十世纪70年代就对
14、变压器和机电产品推行了“损耗评价制度”,并以此作为评价电器产品质量和制定价格的依据;80年代末,4-9KW的小电动机已有1/3是高效率电动机;90年代初通过颁布能源政策和法令明文规定,自1997年10月24日起,在美国不允许生产和使用一般效率的电动机,与此同时,日本为了节约资源制定了“月光计划”,使电动机效率也都在开发和使用高效率电动机。让人稍感乐观的是,近年来我国已开始研究、设计、生产高效率电动机。随着我国加入WTO及机电行业产业结构和产品结构的调整,高效率电动机将成为市场需求的主导产品。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
15、高。普通大容量电机效率一般为95%-98%,小容量电机一般为80%-92%。所谓高效率电动机,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%-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%-8%9。在对异步电动机的研究方面,于2003年提出的通过利用三相异步电动机的额定数据对其参数进行分离的方法,所得到的参数是唯一确定的。这对于准确测定三相异步电动机的参数具有特别重要的意义8。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
16、噪声成为考核产品竞争力的一个重要因素。为提高电动机的品质,必须采取措施削弱电磁噪声7。一些特种电动机也有很大的发展,如变频调速异步电动机。变频调速异步电动机运行可靠,无需维护,具有高效的驱动性能和良好的控制特性,还可以节约大量电能,有良好的发展前景。目前,在美国市场有近50%的调速电动机为变频调速电动机,其市场份额还有上升趋势。在国内市场上,变频散关系调速异步电动机的应用也呈现出强劲的上升势头。因此,开发设计专用的变频调速异步电动机具有很好的发展前景10。随着电子计算机的不断发展,特别是小型和微型电子计算机在我国的迅速普及和应用,采用计算机进行机电产品或其他一些产品的设计工作己成为一种必然的发
17、展趋势,计算机辅助设计,简称CAD (Computer Aided Design)正在逐步受到人们的重视,并且日益完善。出于生产技术和科学研究的进一步发展,对电机产品的设计和制造提出了更高的要求。人们希望电机产品具备更高的技术经济指标,以更少的材料和能量消耗得到更加可靠、优良的质量。这就要求电机产品的设计从传统的,以经验设计为主的较粗糙的手工计算,逐步转入以计算机计算为主的比较精密的科学计算。电子计算机不仅作为高速运算工具来代替繁杂的手工计算,而且可以发挥其存储和逻辑判断功能,使人们有条件提出更加符合实际的数学模型,改进现有的设计计算公式。在另一方面,随着经济的发展和新技术的开发,要求电机产品
18、的新品种新要求也不断增多,以满足各种不同的需要。为了迅速更新电机产品,缩短设计周期,也迫切要求电机设计工作从手工计算中解放出来。采用计算机辅助电机设计后,可以使设计周期大大缩短.设计质量大为提高。产品的技术经济指标也有很大改善。在计算机迅猛发展的同时。数学领域中的应用数学理论、运筹学、数学规划和计算方法等也得到了迅速的发展,尤其是最优化方法这一领域更得到数学家们的青睐。从1965年以来国际上有大量的专门性论文陆续发表,最优化理论和方法的专著达数百种,并且发行了专门性的最优化刊物。毫无疑问,计算数学和计算技术的迅速发展必将给电机的计算机辅助设计和优化工作带来新的活力和促进2。三、本课题研究内容中
19、小型三相感应电动机电磁计算程序是根据技术条件或技术任务书(技术建议书)的规定,参照生产实践经验,通过计算和方案比较,来确定与所设计电机电磁性能有关的尺寸和数据,选定有关材料,并核算其电磁性能。其主要内容包括以下四个步骤,分别是:a) 额定数据及主要尺寸的计算;b) 磁路计算;c) 参数计算;d) 起动计算。四、本课题研究方案在核算原方案的基础上,进一步设计三个方案,其中对各方案亦有不同的要求,从而找出一个最佳方案:方案一:节省材料,尽量减少定子绕组用铜量、用硅铜量、用铁量和转子绕组用铝量。方案二:提高性能,提高效率、减小起动电流、增大起动转矩和最大转矩。方案三:既节省材料又提高性能。五、研究目
20、标、主要特色及工作进度:1.研究目标:该课题研究的主要内容是中小型三相异步电动机电磁计算,其目标是通过三相异步电动机电磁计算来确定所设计电机的额定数据,主要尺寸,重要参数,空载特性,起动性能,使各项指标达到设计的要求。在各项参数和性能指标符合有关规定的情况下,设计一个性能符合标准的电机,最大程度的发挥电机的性能,提高电机的效率,节省材料的使用,提高产品的技术附加值。2.主要特色:该设计主要是通过查表获得数据并按照中小型三相异步电动机电磁计算程序手动计算设计(它要求设计人员必须全面地、综合地看问题,并能因时因地制宜,针对具体情况采取不同地解决方法)。在设计过程中,除了要满足设计的有关规定,还应该
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