【正文】 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 1 頁 共 49 頁 畢業(yè)設計說明書 (論文 ) 學生姓名： 學 號： 學 院： 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 題 目： YX1602(IP44)高效節(jié)能型 三相感應電動機的電磁設計 指導教師： 評閱教師： 2021 年 6 月 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 2 頁 共 49 頁 目 錄 1 引言 ??????????????????????????????????? 1 電機發(fā)展 ????????????????????????????????? 1 高效節(jié)能電機 ??????????????????????????????? 2 2 設計任務及設計過程 ???????????????????????????? 5 設計任務 ????????????????????????????????? 5 設計過程 ??????????????? ?????????????????? 5 3 手算電磁計算程序 ????????????????????????????? 8 額定數(shù)據(jù)和主要尺寸 ??????????????????????????? 8 磁路計算 ???????????????????????????????? 13 參數(shù)計算 ???????????????????????????????? 16 工作性能計算 ??????????????????????????????? 20 起動性能計算 ?????? ???????????????????????? 25 4 計算機輔助設計說明 ???????????????????????????? 28 計算機輔助設計的發(fā)展 ?????????????????????????? 28 計算機輔助設計在電機設計中的應用 ???????????????????? 29 設計一般過程 ??????????????????????????????? 29 C 語言簡介 ???????????????????????????????? 30 符 號對照表 ???????????????????????????????? 32 程序流程圖 ???????????????????????????????? 37 5 方案比較及選優(yōu) ?????????????????????????????? 40 方案一 ?????????????????????????????????? 40 方案二 ?????????????????????????????????? 41 方案三 ?????????????????????????????? ???? 42 方案四 ?????????????????????????????????? 43 結論 ???????????????????????????????????? 44 致謝 ???????????????????????????????????? 45 參考文獻 ?????????????????????????????????? 46 圖 1 定子沖片圖 圖 2 轉(zhuǎn)子沖片圖 圖 3 繞組展開圖 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 3 頁 共 49 頁 １ 引言 眾所周知，電機行業(yè)是一個傳統(tǒng)的機電制造行業(yè)，其發(fā)展已經(jīng)有二百多年的歷史，對整個國民經(jīng) 濟的發(fā)展起著相當重要的作用。電的產(chǎn)生、傳輸、使用都離不開電機，尤其是現(xiàn)代技術的發(fā)展、人們生活水平的改善、自動化技術的提高及機器人等都需要大量的電機。 電機的發(fā)展 縱觀世界電機產(chǎn)品的發(fā)展歷程，它始終跟隨著工業(yè)技術的發(fā)展，在相互競爭、相互促進中完善著自身，發(fā)生著變革。電機產(chǎn)品的發(fā)展過程大約可以劃分為四個發(fā)展階段。從 19世紀 30年代到 80年代為直流電機時代， 19世紀末葉，出現(xiàn)了交流電，隨之交流電動傳動在工業(yè)中逐步得到了廣泛應用， 20世紀 50年代以后，隨著電力電子學理論、微電子技術和現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，使 電機產(chǎn)品進入快速發(fā)展時期，先進的制造技術使傳統(tǒng)的電機產(chǎn)業(yè)煥發(fā)出了勃勃生機，交流電機代替直流電機也成為了必然的趨勢。 近十年來，隨著科學技術的發(fā)展，國外中小型異步電機的發(fā)展方向大致可歸納為八個字：“高效、低噪、調(diào)速、智能”。由于人類社會必須直面能源危機和解決環(huán)境污染問題，開發(fā)并使用高效率電機已逐漸成為全球的共識。 目前，我國中小型電機約有 300 個系列， 1500 個品種，產(chǎn)品量大面廣，應用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、公共設施、家用電器等各個領域，廣泛用于驅(qū)動各種風機、水泵、壓縮機、機床、起重運輸機械、城市交通及工礦電動車輛 、建筑機械、冶金、有色金屬、紡織、印刷、造紙、石油化工、橡膠、食品等工業(yè)設備和農(nóng)業(yè)機械。 電動機作為最重要的動力設備之一，將電能轉(zhuǎn)換成機械能。以電機作為驅(qū)動的動力源，其耗用的電能占全國總發(fā)電量的 60% 以上。 當今的電動機一般都是按照最大負載下能正常工作為條件來選擇的，但在實際使用中，電機卻經(jīng)常是在中載、輕載，甚至在空載狀態(tài)下運行。因此，電動機的負載率低，效率不高，電能浪費現(xiàn)象十分嚴重。 出于能源節(jié)約和環(huán)境保護的考慮，當前世界上包括我國在內(nèi)的不少國家對電動機系統(tǒng)的節(jié)能都給予了高度重視，均把電動機節(jié)能的重點放在 以上的電動機上。因此，今后電機行業(yè)發(fā)展方向之一將為高效、節(jié)能型電機。 高效節(jié)能電機 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 4 頁 共 49 頁 高效節(jié)能電動機是指在運行中將電能轉(zhuǎn)換為動力時具有較高的轉(zhuǎn)換效率或較小的轉(zhuǎn)換損耗而節(jié)約電能的電動機。 從字面上解釋 ， 就是效率值高的電機 ， 即有效輸出功率比輸入功率的 百分 值高的電機。 我國發(fā)展高效節(jié)能電機的意義 我國正處在深化經(jīng)濟體制改革和國民經(jīng)濟高速發(fā)展時期，企業(yè)面臨宏觀經(jīng)濟調(diào)控、能源與環(huán)保政策的規(guī)范。檢驗機構出臺的法規(guī)明確了節(jié)電產(chǎn)品技術標準，企業(yè)通過政府制定的節(jié)能技術產(chǎn)品的標準生產(chǎn)產(chǎn)品。同時， 政府對節(jié)能產(chǎn)業(yè)實施政策引導，強化執(zhí)法管理力度，為企業(yè)建立良好的市場環(huán)境。隨著政府對節(jié)能產(chǎn)業(yè)的扶持，節(jié)能觀念的深入普及，打造健康有序的節(jié)電產(chǎn)業(yè)只是時間問題。 目前，電機行業(yè)已形成比較完整的產(chǎn)業(yè)體系，中小型電機產(chǎn)品的品種、規(guī)格、性能和產(chǎn)量基本上滿足市場需要。在經(jīng)濟全球化的背景下，當今世界已進入相互競爭、相互依存的時代，如何增強我國企業(yè)的國際競爭力，推動節(jié)能型企業(yè)建立，加強工業(yè)節(jié)能管理和技術改造，引導節(jié)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，不斷提高節(jié)能意識，資源意識和環(huán)境意識，充分發(fā)揮我國企業(yè)的優(yōu)勢，持續(xù)、快速、協(xié)調(diào)、健康地發(fā)展，已為形勢 所迫，成為企業(yè)必須要面對的問題。我國 GDP占全球 %，但能源消耗卻占到了全球的 11%，這表明我國經(jīng)濟運行仍是高投入、高消耗、高排放、不協(xié)調(diào)、低效益、難循環(huán)的粗放型經(jīng)濟增長方式，尚未轉(zhuǎn)變?yōu)榈屯度?、高產(chǎn)出、低消耗、少排放、能循環(huán)的集約型和節(jié)約型經(jīng)濟增長方式。近年來，我國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展受到能源瓶頸制約，日益加劇， 2021年下半年開始全國有11個省市缺電， 2021年缺電擴大到 24個省市，各地相繼出現(xiàn)不同程度的電荒、煤荒、油荒。且 我國電動機每年所耗電能相當于兩億多噸原煤的能量，若電動機效率提高 1%，則我國每年可節(jié) 約的原煤量約為 200多萬噸。 這也告誡企業(yè)在新產(chǎn)品開發(fā)、工業(yè)技術、設備效率等方面仍有較大空間，應深挖節(jié)能潛力。 鑒于我國電力緊張 ,應大力推廣節(jié)能電機。目前國內(nèi)電動機產(chǎn)量大，使用面廣，在當前能源和環(huán)境問題極為嚴峻的形勢下，我們有必要開發(fā)節(jié)能電機或高效率電機，以使電動機本身消耗的電能進一步下降 ,從而減少我國電動機系統(tǒng)的用電量。 高效節(jié)能電機的特點 YX 系列高效率電機是在 Y系列電機電磁設計的基礎上略作改動，如沖片槽形、鐵心長度、繞組型式等方面進行調(diào)整，使電機具有高效率特性而產(chǎn)生的電氣派生系列。 在年運行時間長，負載率較高的場合，采用 YX 系列高效率電動機可較大幅度的節(jié)約電能。 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 5 頁 共 49 頁 與標準電機相比 ， 使用高效率電機的優(yōu)點是： a) 效率高 ， 節(jié)能效果好。 YX系列電機與 Y系列電機相應規(guī)格相比，效率平均提高3%,功率因數(shù)平均提高約 ，總損耗平均下降 %，其中各項損耗下降的百分比為：繞組損耗約 20%，鐵耗約 10%，雜散損耗約 30%，風靡損耗約 40% 。 b) 運行時間越長的設備或裝置 ， 節(jié)能效果越明顯 ， 產(chǎn)品的經(jīng)濟性提高。 YX系列電機在負載率 50%～ 100%范圍內(nèi)，具有比較平坦的效率特性，且在 75%負載率 時的效率最高。最高效率與額定負載時的效率相比，約提高 %～ %，全系列平均提高 %，這有助于提高電機實際運行時的節(jié)能效果。 c) 因為采取了降低損耗的設計 ， 溫升小 ， 進而延長設備的使用壽命 ， 提高設備的可靠性。 d) 大大減少對環(huán)境的污染。 例如一臺全封閉自扇冷式電機 ， 規(guī)格為： ， 4 極 ， 200V ， 50Hz，負載率 100%。若 1年運行 5000小時 ， 則大約可以節(jié)電 400kWh 。 高效率感應電動機，因具有輸出效率高、功率范圍廣、價格低、堅固性和維修性好的特點，已在生產(chǎn)生活中被廣泛用作節(jié) 能電動機。 效率的提高 從電動機的主要構造出發(fā)，當電動機把從電源輸入的電能轉(zhuǎn)換成機械能時 ,有一部分能量以熱能形式消耗在電機內(nèi)部。這種不能在電動機軸上作為輸出功率所使用的能量叫做損耗。如果損耗大 ,電動機的溫升就會提高 ,由此可見電動機中的損耗 ,不僅會縮短絕緣壽命 ,還將消耗掉很多電能。為了提高效率 ,節(jié)省電力 (節(jié)能 ) ,最好辦法是盡量降低電動機的損耗。 電機的損耗主要包括以下四類：定轉(zhuǎn)子電氣損耗 ， 基本鐵損耗 ， 機械損耗 ， 雜散損耗。提高電機的效率 ,主要就是如何降低以上各種損耗 。 定轉(zhuǎn)子電氣損耗包括定子繞組 銅耗和轉(zhuǎn)子鋁耗。定子繞組銅損耗 1cup (W) 約占總損耗的 40% ， 主要為滿載時定子繞組在運行溫度下的電阻損耗。定子銅耗在電動機損耗中占有相當大的比例。如何降低定子銅耗 ， 對提高電動機的效率非常關鍵。降低定子銅耗可采用以下措施：提高槽滿率 ， 縮短繞組端部長度 ； 減薄絕緣 ， 提高槽利用率；降低電磁線的電阻率，可采用新材料。降低轉(zhuǎn)子鋁耗的措施：采用大截面積的轉(zhuǎn)子槽形和加大端環(huán)截面 ； 提高鋁的純度 ， 降低轉(zhuǎn)子電阻。 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 6 頁 共 49 頁 鐵心損耗 Fep (W)占總損耗的 20%， 由交變主磁通在定子或轉(zhuǎn)子鐵心 (分別計算 )中產(chǎn)生的磁滯損耗和渦流損耗組成。降低鐵心損耗可采取如下措施 ： a) 采用低損耗的優(yōu)質(zhì)冷軋硅鋼片 ， 采用較薄硅鋼片 ， 減少電機的渦流損耗 ； b) 調(diào)整槽形 ， 選用合理的磁密 ， 減少基波鐵損耗 ； c) 增加鐵心長 ， 用較多的硅鋼片 ， 減少磁密來降低損耗。 機械損耗 fwp (W)約占總損耗的 5%， 包括風扇及通風系統(tǒng)的損耗 ， 電機轉(zhuǎn)子表面即冷卻介質(zhì)的摩擦損耗、軸承摩擦損耗、密封圈摩擦損耗等。風摩損耗的產(chǎn)生與電機轉(zhuǎn)速、通風方式、風扇形式、風扇外徑、轉(zhuǎn)子外徑、軸承類型、潤滑特性、機械加工精度及裝配質(zhì)量等有關。降低機械損耗可選用與電機轉(zhuǎn)速相匹配的高效風扇及合理風路 ， 選用優(yōu)質(zhì)低磨擦軸承、摩擦阻力小的潤滑脂、密封圈。 雜散損耗 sp (W)約占總損耗的 10%，是 除上述四種損耗以外的全部損耗。雜散損耗包括由槽漏磁引起的導體中電流集膚效應產(chǎn)生的損耗 ， 定子諧波磁通在轉(zhuǎn)子繞組中感應諧波電流產(chǎn)生的損耗，以及斜槽籠型轉(zhuǎn)子導條間的橫向電流在導條與疊片鐵心之間構成回路產(chǎn)生的損耗。這些損耗與繞組形式、 節(jié)距、槽形、槽數(shù)、槽配合、槽絕緣、氣隙長度、繞組端部與端蓋距離、槽中導體高度、生產(chǎn)制造工藝的控制水平等因素有關。降低雜散損耗大致可采取如下措施 ： a) 定子槽采用多槽數(shù) ， 節(jié)距采用 5/6τ ； b) 減小定子、轉(zhuǎn)子槽口寬度 ； c) 鐵心兩端采用非導磁材料 ； d) 調(diào)整電磁設計方案 ， 選用合理槽形 、 槽配合，采用 正弦 繞組以削弱合成磁場中的高次諧波 ， 削弱附加損耗和附加轉(zhuǎn)矩 ； e) 適當增大氣隙 ； f) 轉(zhuǎn)子采用少槽 。 2 設計任務及設計過程 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 7 頁 共 49 頁 設計任務 電機設計的任務是根據(jù)用戶提出的產(chǎn)品規(guī) 格 (如功率、電壓、頻率等 )、技術要求 (如效率、功率因數(shù)、起動電流倍數(shù)、溫升限度等 )，結合技術經(jīng)濟方面國家的方針政策和生產(chǎn)實際情況，運用有關的理論和計算方法，正確處理設計時遇到的各種矛盾，從而設計出性能好、體積小、結構簡單、運行可靠、制造和使用維修方便的先進產(chǎn)品。電機設計是個復雜的過程，需要考慮的因素和確定的尺寸、數(shù)據(jù)很多