【正文】 畢 業(yè) 論 文 題 目 ： 10kw 高頻交流電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)及工藝分析 系 ： 電氣與信息工程系 專業(yè) ： 電 氣工程及其自動(dòng)化 班級 ： 0708 學(xué)號 ： 學(xué)生姓名 ： 導(dǎo)師 姓名 ： 完成日期 ： 2022 年 6 月 10 日 湖南工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 設(shè)計(jì)（論文）題目： 10kw高頻交流電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)及工藝分析 姓名 何旭峰 系別 電氣信息學(xué)院 專業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 班級 電氣 0708 學(xué)號 202202210829 指導(dǎo)老師 彭 曉 教研室主任 謝衛(wèi)才 一、基本任務(wù)及要求： 三相交流電動(dòng)機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域有廣泛的用途。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)要求學(xué)生熟悉及掌握該技術(shù)領(lǐng)域的相關(guān)知識，為學(xué)生今后的工作打下良好的基礎(chǔ)。 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容如下： 1. 分析 高頻 交流電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)及基本原理 。 2. 掌握高頻 交流電動(dòng)機(jī) 設(shè)計(jì)的基本方法 。 3. 分析 和掌握高頻 交流電動(dòng)機(jī) 的工藝 特點(diǎn) 。 4. 完成高頻 交流電動(dòng)機(jī)電磁設(shè)計(jì) 。 二 、進(jìn)度安排及完成時(shí)間： 1. 2 月 21 日 至 3 月 13 日：查閱資料；撰寫文獻(xiàn)綜述和開題報(bào)告；確定總體方案。 2. 3月 14日 至 4 月 15 日：畢業(yè)實(shí)習(xí) 、撰寫實(shí)習(xí)報(bào)告 。 3. 4月 18日 至 6 月 1日： 畢業(yè)設(shè)計(jì) (1). 4月 18 日 5月 7日 分析高頻交流電機(jī)的基本 特點(diǎn)及基本原理 (2). 5月 8日 5月 20日 分析 高頻交流電機(jī)的基本方法 (3). 5月 21 日 6月 1日 完成 高頻交流電機(jī)的電磁設(shè)計(jì) 4. 6 月 1 日至 6 月 8日： 撰寫 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 5. 6 月 8 日至 6 月 9日 ：指導(dǎo)老師評閱、電子文檔上傳 FTP。 6. 6 月 10 日至 6 月 12 日：畢業(yè)設(shè)計(jì) 答辯 。 目 錄 摘 要 …………………………………………………………… …………… ……Ⅰ Abstract… ……… …………………………………………………………… …… Ⅱ 第 1 章 緒論 …………………………………… ………………………………… 1 概 述…………………… … ………………………………………… …… 1 高頻電動(dòng)機(jī)的研究現(xiàn)狀…………………………… … …………………… 1 高頻電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用……………………… … ……………………………… 1 第 2 章 高頻電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)特點(diǎn) …………………………………………………… 3 磁性材料的選擇 …………… ……………………………… ………… 3 鼠籠式轉(zhuǎn)子的 槽型和導(dǎo)條材料選擇 …………………………………… … 3 定子槽型和繞組問題 …………………………………………………… … 4 高頻異步電機(jī)的參數(shù)計(jì)算問題 ……………………………………… … 4 高頻電機(jī)散熱設(shè)計(jì)問題 ……………………………………………… … 6 第 3 章 高頻異步電機(jī)的軸承分析 ……… … …… ……………………………… 8 機(jī)械軸承設(shè)計(jì) …………………… … ………… …………………………… 8 無摩擦軸承技術(shù) ……………… … … …………… ………………………… 8 非機(jī)械接觸式高速軸承的分 類 ………… … ……………………………… 8 第 4 章 10kw 高頻交流異步電動(dòng)機(jī)電磁設(shè)計(jì) …………………………………… 10 額定數(shù)據(jù)和主要尺寸………………… … … ……… …………………… 10 磁路計(jì)算………………………… … … ……… ……… ………………… 15 參數(shù)計(jì)算…………………………… … …… …… …………… ………… 19 工作性能計(jì)算……………………… … … … …………………… ……… 24 起動(dòng)性能計(jì)算…………… ……… … ……… …………………………… 29 結(jié)束語 ……………………… …………………………………… ………………… 34 參考文獻(xiàn) ………………………………… ……… ………… … …………………… 35 致謝 …………………………………………………………… ……… …………… 37 附錄 ……………………………………………………………………………… … 38 高頻交流電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì) I 10kw 高頻交流電動(dòng)機(jī) 設(shè)計(jì) 摘 要 : 高頻 電機(jī)現(xiàn)正成為電機(jī)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。其主要特點(diǎn)有兩個(gè)：一是轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)；二是 定子繞組電流和鐵心中磁通的高頻率。由此決定了不同于普通電機(jī)的高頻 電機(jī)特有的關(guān)鍵技術(shù)。 本文 討論了高頻 異步電機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù) :電磁設(shè)計(jì)問題 。軸承設(shè)計(jì)問題 。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問題 。散熱設(shè)計(jì)問題。這些關(guān)鍵技術(shù)不同于普通異步電機(jī)的設(shè)計(jì)技術(shù) ,對 于高頻 異步電機(jī)的正常運(yùn)行和控制有重要的指導(dǎo)意義。 關(guān)鍵詞 :高頻 異步電機(jī) 。電機(jī) 設(shè)計(jì) 。關(guān)鍵技術(shù) 高頻交流電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì) II 10kw Highfrequency ac motor design Abstract : The high frequency electrical motors are now being one of the hot areas of research. There are two main features: First, the rotor highspeed rotation and the other is the stator windings current and iron hearts of the highfrequency magic flux. This decision is different from the ordinary highspeed electrical motor unique key technologies. The key technology for design of high–frequency asynchronous motor : electromagic design 。 bearing design 。structural strength design of rotor 。 thermal design are discussed this paper. These key technologies are different from the design of standard AC motors and such technologies are very important to control and apply the high frequency induction motors better. Keywords: highfrequency asynchronous motor 。 Design of Electrical Motor 。 key technology. 高頻交流電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì) 1 第 1 章 緒論 概述 高頻 電機(jī)現(xiàn)正成為電機(jī)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。其主要特點(diǎn)有兩個(gè)：一是 由于輸入頻率高使轉(zhuǎn)子 高速旋轉(zhuǎn)；二是定子繞組電流和鐵心中磁通的高頻率。由此決定了不同于普通電機(jī)的高速電機(jī)特有的關(guān)鍵技術(shù)。 高頻 電機(jī)在機(jī)械工業(yè) (如高速磨床、銑床 ) 、國防工業(yè) 等各方面獲得了廣泛的應(yīng)用 ,它對于減少裝置體積重量 ,提高設(shè)備性能有重要的意義。 高頻 電機(jī)要求轉(zhuǎn)子上無繞組、無電刷和滑環(huán) ,鼠籠式異步電機(jī)、無 刷直流電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)等均適合于高速運(yùn)轉(zhuǎn)。在高速電機(jī)應(yīng)用中 ,異步電機(jī)由于成本低、結(jié)構(gòu)簡單和控制技術(shù)成熟 ,是高速電機(jī)選擇的主要類型。高頻驅(qū)動(dòng)電源、高強(qiáng)度低損耗電磁材料及計(jì)算機(jī)技術(shù)的 發(fā)展使電機(jī)能高速運(yùn)行。 隨著材料技術(shù)、控制技術(shù)、電機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)以及制造業(yè)的發(fā)展，高頻電機(jī) 的優(yōu)越性 。高 頻電機(jī)已經(jīng)在渦輪機(jī)械、高速加工中心、飛輪儲(chǔ)能、電動(dòng)工具等許多領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用，并且這個(gè)領(lǐng)域仍在不斷的擴(kuò)大。 與電網(wǎng)供電不同，變頻器供電電壓、電流中含有大量的諧波，對電機(jī)的性能會(huì)產(chǎn)生顯著的影響，如電機(jī)電流增大，損耗增加，效率、功率因 數(shù)降低，溫升增加，還會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，使振動(dòng)和噪聲增大。這些都對異步電機(jī)的特性研究提出了新的課題，特別是高頻電機(jī)在各個(gè)行業(yè)得到應(yīng)用使得電機(jī)特性分析更加有必要。 高頻電機(jī)的研究現(xiàn)狀 近年來，高 頻電機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣 泛的應(yīng)用，對電機(jī)在高速運(yùn)行狀態(tài)下的特性分析越來越顯得重要。高 頻電機(jī)運(yùn)行在高頻 狀態(tài)下，無論是工作狀態(tài)還是材料性質(zhì)都發(fā)生了很大的變化，同時(shí)高 頻電機(jī)均為變頻器供 電，運(yùn)行在大量的諧波下。要考慮諧波對電機(jī)性能的影響?，F(xiàn)在對高頻電機(jī)的研究更多的集中在對高頻電機(jī)的損耗計(jì)算和溫 升分析 [1]，由于高頻 電 機(jī)的供電中含有多次諧波使得鐵耗的計(jì)算更為復(fù)雜。 文獻(xiàn) [2]使用 了諧波分析法對高 頻電機(jī)進(jìn)行研究取得一定成果。文獻(xiàn) [3]提出考慮鐵損的異步電機(jī) 高速性能的矢量模型，為研究高 頻電機(jī)特性和設(shè)計(jì)提供了新思路．總之對電機(jī)的高速性能研究現(xiàn)在還在初級階段，還沒能找到行之有效的方法，還有很長的一段路要走。 高頻電機(jī)的應(yīng)用 高 頻高 速電機(jī)正成為電機(jī)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。所謂高 頻高速電機(jī)通常是指頻率超過 400Hz的電機(jī)。它們具有以下優(yōu)點(diǎn)：一是由于 頻率高 轉(zhuǎn)速高，所以電機(jī)功率密度高，而體積遠(yuǎn)小于功率普通的電機(jī)，可以有效的節(jié)約材料。 二是可與原動(dòng)機(jī)相連，取消了傳統(tǒng)的減速機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)效率高，噪音小。三是由于 高頻 高速電機(jī)轉(zhuǎn)高頻交流電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì) 2 動(dòng)慣量小，所以動(dòng)態(tài)相應(yīng)快 ［ 45］ 。 基于以上優(yōu)點(diǎn)，高頻 電機(jī)在以下各方面具有廣闊的應(yīng)用前景： （ 1） 高頻 電機(jī)在空調(diào)或冰箱的離心式壓縮機(jī)等各種場合得到應(yīng)用 ［ 6］ ，而隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特殊要求越來越多，它的應(yīng)用也會(huì)越來越廣泛。 （ 2） 隨著汽車工業(yè)混合動(dòng)力汽車的發(fā)展，體積小，重量輕的高頻 發(fā)電機(jī)將會(huì)得到充分的重視，并在混合動(dòng)力汽車，航空，船舶等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。 （ 3）由燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)的高頻 發(fā)電機(jī)體積小，具有較高的機(jī)動(dòng)性， 可用于一些重要設(shè)施的備用電源，也可作為獨(dú)立電源或小型電站，彌補(bǔ)集中式供電的不足，具有重要的實(shí)用價(jià)值。 由于高頻電機(jī)轉(zhuǎn)子上的離心力與線速度的平方成正比，高頻電機(jī)要求具有很高的機(jī)械強(qiáng)度；又由于高頻 電機(jī)頻率高，鐵耗大，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)適當(dāng)降低鐵心中的磁密，采用低損耗的鐵心材料。 軸承的研究也是與高頻 電機(jī)密不可分的內(nèi)容，因?yàn)槠胀ㄝS承難以承受在高速系統(tǒng)中承受長時(shí)間運(yùn)行，必須采用新材料和新結(jié)構(gòu)的軸承。目前人們正在研究的類型有氣動(dòng)軸承及磁力軸承。 高頻 電機(jī)在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的離心力很大，當(dāng)線速度達(dá)到 200m/s 以上時(shí)，常規(guī)疊片轉(zhuǎn)子難 以承受高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，需要采用特殊的高強(qiáng)度疊片或?qū)嵭霓D(zhuǎn)子。 在轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)發(fā)展的近百年的歷史中，出現(xiàn)過很多計(jì)算方法，發(fā)展到今天，現(xiàn)代的計(jì)算方法