毕业论文-10kw高频交流电动机设计及工艺分析

毕业论文题目10KW高频交流电动机设计及工艺分析系电气与信息工程系专业电气工程及其自动化班级0708学号学生姓名导师姓名完成日期2011年6月10日湖南工程学院毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目10KW高频交流电动机设计及工艺分析姓名何旭峰系别电气信息学院专业电气工程及其自动化班级电气0708学号200701010829指导老师彭晓教研室主任谢卫才一、基本任务及要求三相交流电动机在工业领域有广泛的用途。通过毕业设计要求学生熟悉及掌握该技术领域的相关知识，为学生今后的工作打下良好的基础。设计的主要内容如下1分析高频交流电动机特点及基本原理2掌握高频交流电动机设计的基本方法3分析和掌握高频交流电动机的工艺特点4完成高频交流电动机电磁设计。二、进度安排及完成时间12月21日至3月13日查阅资料；撰写文献综述和开题报告；确定总体方案。23月14日至4月15日毕业实习、撰写实习报告。34月18日至6月1日毕业设计14月18日5月7日分析高频交流电机的基本特点及基本原理25月8日5月20日分析高频交流电机的基本方法35月21日6月1日完成高频交流电机的电磁设计46月1日至6月8日撰写毕业设计论文56月8日至6月9日指导老师评阅、电子文档上传FTP。66月10日至6月12日毕业设计答辩。目录摘要ABSTRACT第1章绪论111概述112高频电动机的研究现状113高频电动机的应用1第2章高频电动机设计特点321磁性材料的选择322鼠笼式转子的槽型和导条材料选择323定子槽型和绕组问题424高频异步电机的参数计算问题425高频电机散热设计问题6第3章高频异步电机的轴承分析831机械轴承设计832无摩擦轴承技术833非机械接触式高速轴承的分类8第4章10KW高频交流异步电动机电磁设计1041额定数据和主要尺寸1042磁路计算1543参数计算1944工作性能计算2445起动性能计算29结束语34参考文献35致谢37附录3810KW高频交流电动机设计摘要高频电机现正成为电机领域的研究热点之一。其主要特点有两个一是转子的高速旋转；二是定子绕组电流和铁心中磁通的高频率。由此决定了不同于普通电机的高频电机特有的关键技术。本文讨论了高频异步电机设计的关键技术电磁设计问题轴承设计问题转子结构强度、结构稳定性问题散热设计问题。这些关键技术不同于普通异步电机的设计技术,对于高频异步电机的正常运行和控制有重要的指导意义。关键词高频异步电机电机设计关键技术10KWHIGHFREQUENCYACMOTORDESIGNABSTRACTTHEHIGHFREQUENCYELECTRICALMOTORSARENOWBECOMINGONEOFTHEHOTAREASOFRESEARCHTHEREARETWOMAINFEATURESFIRST,THEROTORHIGHSPEEDROTATIONANDTHEOTHERISTHESTATORWINDINGSCURRENTANDIRONHEARTSOFTHEHIGHFREQUENCYMAGNETICFLUXTHISDECISIONISDIFFERENTFROMTHEORDINARYHIGHSPEEDELECTRICALMOTORUNIQUEKEYTECHNOLOGIESTHEKEYTECHNOLOGYFORDESIGNOFHIGHFREQUENCYASYNCHRONOUSMOTORELECTROMAGNETICDESIGNBEARINGDESIGNSTRUCTURALSTRENGTHDESIGNOFROTORTHERMALDESIGNAREDISCUSSEDTHISPAPERTHESEKEYTECHNOLOGIESAREDIFFERENTFROMTHEDESIGNOFSTANDARDACMOTORSANDSUCHTECHNOLOGIESAREVERYIMPORTANTTOCONTROLANDAPPLYTHEHIGHFREQUENCYINDUCTIONMOTORSBETTERKEYWORDSHIGHFREQUENCYASYNCHRONOUSMOTORDESIGNOFELECTRICALMOTORKEYTECHNOLOGY第1章绪论11概述高频电机现正成为电机领域的研究热点之一。其主要特点有两个一是由于输入频率高使转子高速旋转；二是定子绕组电流和铁心中磁通的高频率。由此决定了不同于普通电机的高速电机特有的关键技术。高频电机在机械工业如高速磨床、铣床、国防工业等各方面获得了广泛的应用,它对于减少装置体积重量,提高设备性能有重要的意义。高频电机要求转子上无绕组、无电刷和滑环,鼠笼式异步电机、无刷直流电机、开关磁阻电机等均适合于高速运转。在高速电机应用中,异步电机由于成本低、结构简单和控制技术成熟,是高速电机选择的主要类型。高频驱动电源、高强度低损耗电磁材料及计算机技术的发展使电机能高速运行。随着材料技术、控制技术、电机设计技术以及制造业的发展，高频电机的优越性。高频电机已经在涡轮机械、高速加工中心、飞轮储能、电动工具等许多领域获得广泛的应用，并且这个领域仍在不断的扩大。与电网供电不同，变频器供电电压、电流中含有大量的谐波，对电机的性能会产生显著的影响，如电机电流增大，损耗增加，效率、功率因数降低，温升增加，还会出现转矩脉动，使振动和噪声增大。这些都对异步电机的特性研究提出了新的课题，特别是高频电机在各个行业得到应用使得电机特性分析更加有必要。12高频电机的研究现状近年来，高频电机在各个领域得到了广泛的应用，对电机在高速运行状态下的特性分析越来越显得重要。高频电机运行在高频状态下，无论是工作状态还是材料性质都发生了很大的变化，同时高频电机均为变频器供电，运行在大量的谐波下。要考虑谐波对电机性能的影响。现在对高频电机的研究更多的集中在对高频电机的损耗计算和温升分析1，由于高频电机的供电中含有多次谐波使得铁耗的计算更为复杂。文献2使用了谐波分析法对高频电机进行研究取得一定成果。文献3提出考虑铁损的异步电机高速性能的矢量模型，为研究高频电机特性和设计提供了新思路总之对电机的高速性能研究现在还在初级阶段，还没能找到行之有效的方法，还有很长的一段路要走。13高频电机的应用高频高速电机正成为电机领域的研究热点。所谓高频高速电机通常是指频率超过400HZ的电机。它们具有以下优点一是由于频率高转速高，所以电机功率密度高，而体积远小于功率普通的电机，可以有效的节约材料。二是可与原动机相连，取消了传统的减速机构，传动效率高，噪音小。三是由于高频高速电机转动惯量小，所以动态相应快45。基于以上优点，高频电机在以下各方面具有广阔的应用前景（1）高频电机在空调或冰箱的离心式压缩机等各种场合得到应用6，而随着科学技术的发展，特殊要求越来越多，它的应用也会越来越广泛。（2）随着汽车工业混合动力汽车的发展，体积小，重量轻的高频发电机将会得到充分的重视，并在混合动力汽车，航空，船舶等领域具有良好的应用前景。（3）由燃气轮机驱动的高频发电机体积小，具有较高的机动性，可用于一些重要设施的备用电源，也可作为独立电源或小型电站，弥补集中式供电的不足，具有重要的实用价值。由于高频电机转子上的离心力与线速度的平方成正比，高频电机要求具有很高的机械强度；又由于高频电机频率高，铁耗大，在设计时应适当降低铁心中的磁密，采用低损耗的铁心材料。轴承的研究也是与高频电机密不可分的内容，因为普通轴承难以承受在高速系统中承受长时间运行，必须采用新材料和新结构的轴承。目前人们正在研究的类型有气动轴承及磁力轴承。高频电机在高速旋转时的离心力很大，当线速度达到200M/S以上时，常规叠片转子难以承受高速旋转产生的离心力，需要采用特殊的高强度叠片或实心转子。在转子动力学发展的近百年的历史中，出现过很多计算方法，发展到今天，现代的计算方法主要可以分为两大类传递矩阵法和有限元法。有限元法的运动方程表达方式简洁，规范，在求解转子动力学问题或转子和周围结构一起组成的复杂机械系统的问题时，有很多优点。有限元法对复杂转子系统剖分庞大，计算结果比传递矩阵法准确，然而计算耗时长，占用内存大。现代计算机技术的发展，给有限元法提供了良好的硬件技术，目前，有限元方法得到了广泛的应用。总而言之，国外对高频电机及相关技术的研究比较早，已经取得了很多的研究成果，而且随着新材料的不断出现，加工工艺的不断改进，技术必将以更快的速度向前推进。国内对高频电机的研究还不是很多，基本上限于功率较小的发电机或电动机。第2章高频异步电机的设计特点21磁性材料的选择高频异步电机供电频率在几百赫兹到几千赫兹,随着频率的提高,铁心损耗会迅速增加,铁心损耗将占高频异步电机总损耗的比重较大与普通异步机相比,而且高频异步电机的转速要比普通异步电机的转速快几倍到几十倍,在旋转过程中,必然产生比普通异步机高得多的离心力。在额定运行时,转子材料将承受很大的切向应力,所以不能采用50HZ供电的普通异步电机的磁性材料,而应选用其他性能更好的磁性材料。为了减少铁心损耗和在低磁场强度下产生高饱和磁通密度,可选用各向同性3硅含量的018MM厚硅钢片。高强度软磁合金钴铁合金也非常适用于作高频异步电机的磁性材料,钴铁合金比较昂贵,但是经过特殊的热处理,这种材料的屈服强度可以达到600MN/M2如49CO/49FE/2V合金,电磁性能较好。钴铁合金已经被应用于航空发电机和磁轴承上,取得了较好的效果7。非晶态磁性材料也是一类研究和开发中的新材料,高饱和型非晶态软磁材料很薄003005MM,电阻率比晶态合金高3到4倍,具有优良的软磁特性,可取代硅钢片作为铁心材料,损耗只有硅钢片的1/31/6另外,这种材料的抗拉强度是普通硅钢片的3倍。与硅钢片相比,非晶态磁性材料的缺点是饱和磁感应强度最大值是2T和铁心占空比系数较低,机械加工性差,在较高温度下性能不稳定,但是此种材料的高电阻率和高机械强度很适合高频电机的特点。从上面的分析可知,高频异步电机可以采用三种方案1定子铁心材料采用各向同性3硅含量的018MM厚的硅钢片,转子铁心则采用软磁合金叠装2定子和转子铁心材料可都采用软磁合金材料3定子铁心采用传统叠层结构的硅钢片或软磁合金材料,而转子为了提高强度、刚度、均匀度可设计成实心的。22鼠笼式转子的槽型和导条材料选择一般高频异步电机转子的鼠笼被设计成圆形闭口槽,以防止由于电机高速旋转产生的离心力将导条抛出,发生危险。为了减小转子的热损耗,提高电机的效率,导条要选用铜甚至银材料,这样电流密度可做大。定子电密度可达16A/MM2普通异步电机是711A/MM2,转子电密度达20A/MM2普通异步电机是1015A/MM2。另外,如果转子槽闭口,转子的圆柱表面可以制作得比较光滑,可以减小电机的风阻损耗等附加损耗。转子端环可采用整体铜环并经银焊与导条牢固地焊在一起,可以进一步减小转子电阻降低转子电损耗。在高频异步电机的设计中,转子的结构强度是一个重要的问题。研究表明,传统的异步电机叠层转子的圆周线速度最高可达200M/S,但是超过这一速度,叠层结构的转子机械强度就不够了8。采用实心转子的异步电机由于结构简单,转子的机械可靠性高,适宜于高速甚至超高速运行。实心转子异步电机的定子结构与普通电机相同。转子为实心铁磁圆柱或圆筒,它既是磁路的铁心部分,又兼作电路的绕组,二者合二为一,这是实心转子异步电机区别于普通异步电机的关键。在实际运行时,由于集肤效应,转子电流涡流和磁通主要集中在转子表面较薄的渗透层内,其电流及磁场的分布情况与普通异步电机中的情况迥然不同,因而形成了实心转子异步电机的特有性能。研究表明,高速光滑有限长实心转子异步电机效率较一般鼠笼异步电机要小很多,其主要原因是电机中的气隙谐波引起的9。而气隙谐波的产生是由于定子绕组在槽中位置的不连续性绕组谐波以及不光滑的定子表面的导磁率的变化导磁谐波。减小高速实心转子异步电机的损耗的方法总结出来有1减小磁导谐波。一是尽可能减小定子槽开口的尺寸,利用有限元方法研究新的定子齿形。另外增加气隙长度可以减小转子表面的磁通波动。二是采用半磁性材料去封闭定子的槽开口,半磁性材料显著地减小了槽开口下方磁密分布的变化从而减小转子表面的损耗。2用分层理论方法对48000R/MIN的实心转子电机的分析计算表明,含铜量在2530的铜铁合金作高速实心转子电机具有较高的电气性能。3可以在实心转子表面覆盖一层合适的材料来减小转子表面的损耗,这种做法增加了转子的表面阻抗。覆盖在转子表面层的材料一般要求高导磁性和低导电性。一般用铝铁合金或纯铜。要减小转子的基本阻抗,可以在外层材料和转子本体之间加一层有很好导电性的材料,这样做可以得到更大的转矩。4为了改善实心转子异步高频电机的电气性能,可以在转子表面轴向或周向开槽。在一些应用中,在实心转子中加入导条类似于叠层结构转子以提高电机性能,但是其等值电路要修正,实心转子的参数作为等值电路中新加入的并联支路。23定子槽型和绕组问题高频异步电机定子槽型的选择和绕组线规的选择可类似于普通异步机的设计，对于高频感应电机,定子槽可采用半闭口槽,但采用较宽的槽口,以减小槽漏抗,提高运行特性的硬度及过载能力,最好在三相绕组端部串联三个温度传感器热敏电阻进行过载保护散热系统和供电系统故障可能引起电流过载。为了得到较好的正弦波形,消除和减少高次谐波的影响,减小振动,定子一般采用双层短距或整距绕组,定子斜槽。24高频异步电机的参数计算问题10高速频电机电磁设计的一个很重要的内容是计算电机参数,通过电机参数可以计算得到高频电机的机电特性如转矩/速度曲线,转矩/电流曲线,效率/输出功率曲线等。但是高频异步电机有其特殊的电磁规律,原来用于普通异步电机的电机参数计算方法显然不能用于高频异步电机。特别要考虑主磁通的饱和漏磁通的饱和定子和转子绕组的集肤效应。1定子电阻RS实际工作状态下,定子绕组的频率很高,由于集肤效应的影响,定子的交流电阻必然发生变化,其值是直流电阻乘以集肤效应系数。但是文献10研究表明,一般高频异步电机定子绕组由于线径很小,对集肤效应不很敏感,用直流电阻值代替交流电阻,对高频异步电机的性能计算精度影响不大。因此该电阻的计算公式和普通异步电机的计算公式完全一致。2定子漏抗XSXSX1SX1CX1A5对于高频异步电机来说,定子的槽漏抗X1S和气隙漏抗X1A受磁饱和的影响,但受集肤效应的影响不大,因此其定子的槽漏抗和气隙漏抗的设计值可以利用普通异步电机相应的计算公式获得,但还要乘上相应饱和系数,槽漏抗对应的饱和系数KAL11/2Q,气隙漏抗对应的饱和系数KAL09,上式中Q表示每极每相槽数。端部漏抗X1C就采用普通异步电机的计算公式。3转子电阻折算到定子侧一般高频异步电机被设计成鼠笼型转子,导条的截面积较定子导线截面积大得多,且在额定转差率下,转子的滑差频率较高例如同步转速30000R/MIN,2对极,转差01时,转子的工作频率就是100HZ,因此转子导条的集肤效应就不能忽略了,集肤效应使转子电阻增大。另外,转子的电阻还受到转子槽闭合饱和的影响。由于转子的槽被闭合,闭口槽的齿桥高很易饱和,而且受到冲剪加工的影响,晶格受到破坏,因此齿桥的磁导率也就大大降低,从而导致转子电阻和电抗的非线性特征。对于高频异步电机来说,这个现象可以用等效开槽来模拟10,此槽的的开口尺寸是原闭口槽直径尺寸的2535比较合适与实验结果吻合得较好。由以上分析可知,转子电阻折算到定子侧的计算要考虑集肤效应系数KR和饱和效应。4转子漏抗转子的槽漏感受集肤效应的影响,使槽漏感减小,其集肤效应系数为KL另外,受饱和的影响,转子的实际漏抗要减小,将转子闭口槽的等效开口槽尺寸定为原闭口槽直径尺寸的2535,用所对应的半闭口圆形槽的计算公式,以此来模拟闭口圆形槽的饱和效应。5转子的槽漏抗集肤效应系数KL和转子的电阻集肤效应系数KR的计算KRRAC/RDC1KLLAC/LDC1000000作为高速范围,此值还直接反映高频电机的刚度特性。在高速电机的应用中,角接触球轴承用得比较广泛,因为在高频异步电机有实际机械负载的条件下,这种轴承显示了很好的速度和刚度的折中。一般情况下,超高频的电机的轴承要用弹性材料进行预负载。32无摩擦轴承技术为克服机械轴承的性能不足,近二十年来发展起来了气浮轴承、磁轴承,特别是磁轴承具有无接触、无润滑、无磨损、无机械噪声和结构简单的特点,在高速运转领域获得较为广泛的运用。采用磁轴承的高频电机在其两端分别配置一个磁轴承单元,每个磁轴承单元含有环绕着转轴的电磁体,利用带反馈的径向位置控制器来控制电磁体的励磁电流即电磁体的径向磁力,使转轴保持悬浮运转。在实际运用中,磁轴承电机存在着如下问题输出功率难以进一步提高。为了提高电机的输出功率,电机的轴向长度和径向长度必然要随之加大。由于电机两端磁轴承本身占有一定的轴向长度,为了在高速时能避开转轴的临界转速以免引起转轴的共振,只能尽量控制电机本身的轴向长度而电机转轴径向尺寸半径则受电磁体材料机械强度的限制。磁轴承需要一定数量的励磁线圈、变换器和造价不菲的传感器。近年来兴起的无轴承交流电机13是高频电机领域的一项重大突破,一方面它在保持磁轴承电机长寿命的优点外,还突破更高转速和大功率的限制,拓宽了高频电机的应用范围。33非机械接触式高速轴承的分类普通的机械轴承在高频电机中应用寿命很短,一般需要采用非机械接触式轴承,主要有三类141充油轴承。通过在转动体与非转动体之间形成一层油膜使转子悬浮,需要一套油循环系统。由于存在漏油问题和损耗较大,因此逐渐被先进的气悬浮和磁悬浮技术所代替。2空气轴承。空气轴承的结构原理如图6所示。用压缩空气代替油膜实现气悬浮,漏气比漏油问题容易解决。与磁悬浮轴承比,空气轴承的体积较小,控制简单其缺点是用很薄的一层压缩空气25NM支撑转子,承受负载能力有限,同时对轴承材料的性能与加工精度要求极高。图6空气轴承结构原理示意图3磁悬浮轴承。通过磁力耦合实现定转子之间的非接触悬浮,可进行动态悬浮力控制,不存在漏油和漏气问题,在高频高速电机中应用较多。第4章10KW高频交流异步电动机电磁计算已知数据输出功率KWP10额定电压VU38相数M频率HZF10极数2PB级绝缘，连续运行41额定数据和主要尺寸1额定功率KWPN102额定电压（接）VUN383功电流AMIKW704效率805功率因素4COS6极对数2P7定转子槽数每相每极槽数取整数31Q则62211MPZ并采用转子斜槽68定转子每极槽数9436211PZ2P9确定电机主要尺寸主要尺寸来确定和LDIEF930931021LN8PPKNE计算功率KWPNE581240930COS3初选，可取，取，6PA1NM9601DPKMA20TB670假定。IN1450RN330421450286702961681MBAKAVDPNMP取则MVPDIL157046133按定子内外径比求出定子冲片外径I25064/1取MD2601MII17064/1铁心的有效长度DVLIEF6221取铁心长LI6010气隙的确定MMLI33310510574于是铁心有效长度MLIEF156021502转子外径DI9712转子内径先按转轴直径MI6211极距1350421PI12定子齿距ZDTI48671转子齿距MT029213定子绕组采用单层绕组，交叉式，节距19，210，111814为了削弱齿谐波磁场的影响，转子采用斜槽，一般斜一个定子齿距，于1T是转子斜槽宽MBSK014515设计定子绕组并联支路每槽导体数1A31SN16每相串联匝数486291AMZS每相串联匝数1742381N17绕组线规设计初选定子电密，计算导线并绕根数和每根导线截面积的乘积。2105MAJ2116053JAIANCI其中定子电流初步估计值AIKW5138409COS1选用截面积相近的铜线高强度漆包线，并绕根数，线径，21INMD31绝缘后直径，截面积，MD31213MC2654ACI18设计定子槽形MBZHDBSII333110MN10471076692482M1074104236104582RZHDB331II1MN取BI31519槽在面积按槽绝缘采用282212110590512057MRHRASSDMDM复合绝缘，槽楔为，复合板，槽绝缘占面积。MI30MH2281209351RHAIII槽满率4760145291EFSIFADNS20绕组系数1PK95802SIN3SI1AQD其中61ZP95801PDPK每相有效串联导体数343481DPN21设计转子槽形与转子绕组预计转子导条电流AZKIDP472630518932112其中由资料查出。01初步取转子导条电密，253MAJB于是导条的截面积2221847IBMMBZHDBSSI333212012MAX210805654MBZHDBSSSI333222MN21061054MMBBIIIII333MN2AXAX221072610689731导条截面积（转子槽面积）23221212010753015348MMHBHBASSSB估计端环电流APZIR9254672端环所需面积220195MJIAR其中端环电密得端环所需面积为216AJBR26104MAR42磁路计算22满载电势初设92701LEKVUN26358023每极磁通初设16SK由图35查得097NMWBBFKEDP09631745081421为计算磁路各部分磁密，需先计算磁路中各部分的磁导截面24每极下齿部截面积233111087910457095MZBLKAPIFEI226II25定子轭部高度MMRHDHSIJ33312110625105587转子轭部高度MHDHSIJ33221052650267轭部导磁截面积23231171509MLKAJIFEJ22108906HJIJ26一极下空气隙截面积221503LAEF27波幅系数48160PAVSBF28气隙磁密计算TAS68300289729定子齿部磁密FBISI411078943130转子齿部磁密TAISI3110634231从D23磁化曲线找出对应上述磁密的磁场强度CMHI914CMAHI89232有效气隙长度KEF331061045其中气隙系数为23913807504822110BTK0171017504252333202BTK263K33齿部磁路计算长度MRHLI3211109653I208634轭部磁路计算长度MPHDLJJ3311102981252JJ331187046035气隙磁压降ABKF57341045679025636齿部磁压降LHII29731321AFII71408682237饱和系数25734221KIIS误差，合格1904538定子轭部磁密TABJJ471073261339转子轭部磁密JJ23107329613240从D23磁化曲线找出对应上述磁密的磁场强度CMAHJ581CMAHJ8241轭部磁压降其中轭部磁位降校正系数由资料的附图查出,于是19403621JHTBJ7515701JCALHCFJJJ708431920587011，于是93526JH2JB52JCLJJJ891063108745032242每极磁势AAFFJJII8245891072436593612143满载磁化电流AKNMPFID0149580174390290144磁化电流标么值8649KWMI45励磁电抗369106215135698743045326210EFSDPMSLKNFX45238096NKWMSSUIX43参数计算46线圈平均半匝长单层线圈0195120099290336MYCBCKL0165200150185M12DTYPRHDI2/21210101720810915210910351103/220129103M节距比2/31,取08其中D1是线圈直线部分伸出铁心的长度，取1030MM。KC是经验系数取1247单层线圈端部平均长200151201090186MYCEKDL1248漏抗系数CX21210/4NEFDPUMPLNF45004107（09598174）2015311103/32380200436149定子槽比漏磁导111LUSK10410107651172101BHU7539804107651L因1371520912RH076721B其中KU1KL1150定子槽漏抗EFDPXSTSLZCMX21156098362X04207CX51定子谐波漏抗SDPEFXKSMX21211689506322XC077CX其中S000952定子端部漏抗单层交叉式绕组的端部漏抗与分组的单层同心式绕组相近则EFDPXYEELKCX2116407295803367CX53定子漏抗11ESXX（0421407750336）CX1533CX00669154转子槽比漏磁导7325022LUS102BHULLBH2102223354H/B276，B1/B2183查表得L18655转子槽漏抗EFXSTSLZCPMX212560733128CX56转子谐波漏抗SEFXKRMX2123206953C109CX查表得R001957转子端部漏抗XE2EFRTELPDLX2137502条468XC0156CX58转子斜槽漏抗250XTBXSKSKXC091410273CX59转子漏抗22SKESXX126109015027CX27633CX0120860总漏抗21X018861定子直流电阻R112CTANL1032934707609662定子相电阻标幺值R1NKWUI38059600245763有效材料定子导线重量11CTSCWANZLG105034293613291068910389KG式中C为考虑导线绝缘和引线重量的系数，漆包圆铜线取105为导线密度硅钢片重量GFEFETFEDLK20950155（0260005）278103807KG式中为冲剪余量，取78103M64转子电阻导条电阻折算值RB22114ZAKNMLBDP2604596958017430320684式中KB是叠片不整齐造成导条电阻增加的系数端环电阻折算值RR211ZAPNMDRDP2605439581743042601837导条电阻标幺值RB000174NKWUI3805967端环电阻标幺值RR00047NKWI3805916转子电阻标么值R2RBRR0022544工作性能计算65满载时定子电流有功分量标么值I1P1236890166满载时转子电流无功分量标么值IXI1P21I1P21X1X1021601394411236211021601394112362018111021611MSX5362049167满载时定子电流无功分量标么值I1QIMIX0469014306568满载电势标么值KE1L1I1PR1I1Q1X11123600207065004910942与22项初设值KE相符69空载时电势标么值11IM1030900419097601X70空载时定子齿磁密BT101637T10TL5894207671空载时转子齿磁密BT201658T6019427120TL72空载时定子轭磁密BJ101502T5194207110JL73空载时转子轭磁密BJ201287T1942076120JL74空载时气隙磁密0748T0B72094610L75空载时定子齿部磁压降FT10HT10LT146810215971037474A76空载时转子齿部磁压降FT20HT20LT25341022310312282A77空载时定子轭部磁压降FJ10CJ1HJ10LJ104020110278811036336A78空载时转子轭部磁压降FJ20CJ2HJ20LJ2043890102276910310597A79空气隙磁压降24405A6301047825BK80空载总磁压降0210210FFJJTT7474122826336105972440550497A81空载磁化电流10092DPMKNFI598743436A（四）工作性能计算82定子电流标么值13161I12QPI670322定子电流实际KWI183定子电流密度J121794362MAANAICT84线负荷A1DIMI241970143885转子电流标么值I221XPI60311536转子电流实际值I221ZKNMDPKW695803458916742965A端环电流实际值IRA587214362PZ86转子电流密度导条电密225837164MAAIJB端环电密240289IJR87定子电气损耗132320025700447121IPCU0044710103447WN88转子电气损耗117200220030122RIPALPAL2PAL2PN0030110103301W89附加损耗铜条转子PS002PSPSPN00210103200W90机械损耗二级封闭自扇冷式PFW3/P2D141043/2202641041027W机械损耗标么值PFWPFW/PN1027/1010300102791定子铁耗1定子轭重量GT4PAT1LT14237710392103781032165FE2定子齿重量GJ2PAJ1LJ14298731031697103781035211FE3损耗系数PHET5388PHEJ37654定子齿损耗PFETK1PHETGT255388521702W5定子轭损耗PFEJK2PHEJGJ2380216163W6定子铁耗PFEPFETPFEJ1637022332W对于半闭口槽按经验取K12K225铁耗标么值PFEPFE/PN2332/10103002392总损耗标么值PPCU1PAL2PFWPSPFE012393输出功率PN11P101231122794效率1P/PN1101227/112278907890789/89070080595功率因数I1P/I111236/1309086COS96转差率SN21FWFERSALLPP0932019400275PFERNFEIRTR31027465100113497转速NN60F/P1SN6060/21002751750R/MIN98最大转矩倍数TM212XRSN18024570212227445起动性能计算99起动电流假设值IST2535TMIKW74A100起动时定转子槽磁势平均值FSTISTNS1/A10707KU1KD12KP1Z1/Z20743207071095982136/269723404A101空气隙中漏磁场的虚拟磁密BL0FST/2C041063022/205103093774538T06425C21T06425634009377由BL查得漏抗饱和系数KZ046102齿顶漏磁饱和引起的定子齿顶宽度的减少CS1T1B011KZ1484381046596103M103齿顶漏磁饱和引起的转子齿顶宽度的减少CS2T2B021KZ204211046105103M104起动时定子槽比漏磁导KU1KL11ST1U1L04070186507650976251580011BCBHSU83430195105起动时定子槽漏抗XS1STXS111STS1055/11240440CX03510CX106起动时定子谐波漏抗X1STKZX1051077CX03577CX107起动时定子漏抗X1STXS1STX1STXE1035100357703350CX00455108考虑集肤效应转子导条相对高度1987103HBSFB219871032810360/004341061915HB转子导条高度HB284103MBB/BS2导条宽和槽宽之比BB/BS21109转子电阻增加系数和电抗减少系数KF18KX0778110起动时转子槽比率磁导（0504565）077822391785222LXUSTH02/B02CS2/CS2B02U05/1952/952104565111起动时转子槽漏抗XS2STXS222STS17854/27391256CX08187CX112起动时谐波漏抗X2STKZX2051108CX04982CX113起动时转子斜槽漏抗XSKSTKZXSK0510273CX01255CX114起动时转子漏抗X2STXS2STX2STXE2XSKST08206055230139201559CX00697115起动时总漏抗XSTX2STX1ST004740072801152116起动时转子总电阻R2STKFRBRR180017400047003602117起动时总电阻RSTR1R2ST00245700360200606118起动时总阻抗ZST22STSTSXR106001302119起动电流ISTIKW/ZST958/013467413A误差02ISTIST/I1587120起动时转矩倍数TSTR2ST/ZST21SN00360/013022100275207下面将本台电机的主要性能指标与技术条件中的标准作一比较标准值计算值偏差1效率08808907122功率因数0840858213最大转矩倍数222275344起动转矩倍数22207595起动电流倍数705871632结束语随着军工和民用对高频高速发电机和电动机的需求,高频高速电机已成为国内外研究的热点之一由于高频高速电机的高功率密度和高速、高频运行特点,涉及到材料、机械、电磁、电力电子、自动化、检测技术与计算机控制等多学科的前沿技术,因此需要深入研究的问题很多,在我国尚处于起步阶段在电机结构上除了继续深入研究高频高速电机并扩大其转速和功率范围外,还需要研究感应式和磁阻转子等其他结构形式的高速电机需要进行高速电机电磁与机械综合设计方法研究,应用电磁场、应力场与温度场耦合方法,分析计算电机定转子的高频和高速损耗和温升分布,电机的强度、刚度、振动和噪声需要研究高温高速磁悬浮轴承系统的关键技术,具有冗余容错能力的高可靠性的磁悬浮轴承系统以及磁悬浮轴承柔性转子系统的控制方法。需要进行高频高速电机功率变换和控制系统变流器的拓扑结构与控制策略研究供电与控制系统运行状态监测与可靠性研究高频高速发电机供电质量控制技术、多机并网及与其他供电系统并联运行技术的研究。在这两个多月的毕业设计中，我的课题是高频交流电机设计，由于第一次搞高频交流电机设计，设计经验不足，一些参数要反复估计、计算，最后才能达到比较理想的结果，各项性能指标满足了设计要求。本次毕业设计的课题涉及的知识面非常广，其中有许多以前不曾接触过的东西。因此，刚开始时确实觉得无从下手，摸不着头绪。然而，经过半个月多地大量阅读参考资料和复习专业书以后，逐渐对课题内容有了较深的认识，从而基本上掌握了异步电动机的工作原理，设计思路，以及设计时应注意的各种问题。在作了大量的准备工作之后，初步确定了异步电动机的设计方案，经过几个星期的努力，完成了电机设计。我认为毕业设计的整个过程就是一个发现问题、分析问题、解决问题的过程，整个毕业设计是在不断解决问题的过程中一步一步向前推进。每一个问题的出现都是对我极大的挑战，每个问题的解决都是在知识和心理上对我的一次洗礼。同时我也认识到搞好设计工作，不仅需要充足的知识准备，而且更需要心理上的准备。设计时不但要认真仔细，还必须有极强的耐性和较好的自我调节能力。本次毕业设计的各项指标基本上符合要求，但仍存在着不少问题。毕业设计不仅是对我们所学知识的一次检查，更重要的是我们能将所学的知识综合应用，进一步扩展，真正达到学以致用的境界。当看到自己设计完成的作品时，心里无比的自豪，同时也为自己将来步入社会，在工作岗位增加了一份自信和从容。参考文献1MASATOOTA,SHIGENORIANDOHSUPERHIGHSPEEDMOTORWITHMAGNETICBEARINGFORMACHINETOOLSPINDLECIPEC95,YOKOHAMA1995135013552BARRYM,CHERIL,GREGORYDDEVELOPMENTOFAN11000R/MIN3500HPINDUCTIONMOTORANDADJUSTABLESPEEDDRIVEFORREFINERYSEVICRJIEEETRANSACTIONONINDUSTRYAPPLICATION,1997,3338158253KESHIA,TOMITAH,MIYASHITAOPOWERANDSPEEDLIMITATIONINHIGHSPEEDELECTRICAMACHINESCIPEC95,YOKOHAMA1995132113264MAJORRV,LIMITEDCRAWLEY,WESTSUSSEXDEVELOPMENTOFHIGHSTRENGTHSOFTMAGNETICALLOYSFORHIGHSPEEDELECTRICALMACHINESMTHEINSTITUTIONOFELECTRICALENGINEERS,LONDON19988/18/45BOGLIETTIA,FERRARISP,LAZZARIMABOUTTHEDESIGNOFVERYHIGHFREQUENCYINDUCTIONMOTORSFORSPINDLEAPPLICATIONSJELECTRICMACHINESANDPOWERSYSTEMS,1997,253874096邓智泉,严仰光无轴承交流电机的基本理论和研究现状J电工技术学报,2000,15229357SARRIJ,ARKKIOALOSSESINHIGHSPEEDASYNCHRONOUSMOTORHELSINKIUNIVERSITYOFTECHNOLOGYLABORATORYOFELECTROMECHANICS,FINLAND19967047088PYRHONENJ,KURRONENPPROPERTIESOFHIGHSPEEDSOLIDROTORINDUCTIONMACHINESMREASEARCHREPORTPART3OFDEPARTMENTOFENERGYTECHNOLOGY,LAPPEENRANLAPPPEENRANTAUNIVOFTECH1993102310349KOUKIMATSUSE,TOSHIYUKIHAYASHIDA,ICHIROMIKI,HISAOKUBOTAEFFECTOFCROSSPATHRESISTANCEBETWEENADJACENTROTORBARSONPEFFORMANCEOFINVERTERFEDHIGHSPEEDINDUCTIONMOTORJIEEETRANSACTIONONINDUSTRYAPPLICATION,1994,30362163510BOGLIETTIA,FERRARISP,LAZZARIMTESTPROCEDUREFORVERYHIGHSPEEDSPINDLEMOTORSCCONFRECIEEEIAS90,SEATTLEUSA199010210811李立毅,崔淑梅,宋凯高频电主轴的发热及其对策J微电机,2000,333474912赵争鸣逆变器供电下的异步电机计算机辅助设计J电工技术学报,1998,1363134,3913WANGFX,ZONGM,ZHENGWP,ETALDESIGNFEATURESOFHIGHSPEEDPMMACHINESAPROCEEDINGSOFTHESIXTHINTERNATIONALCONFERENCEONELECTRICALMACHINESANDSYSTEMSCBEIJINGINTERNATIONALACADEMICPUBLISHERSWORDPUBLISHINGCORPORATION,2003667014杨淑英电力系统概论北京中国电力出版社，200315唐任远现代永磁同步电机理论与设计北京机械工业出版社，199716李发海,朱东起电机学科学出版社，200717BOGLIETTIA,FERRARISP,LAZZARIMABOUTTHEDESIGNOFVERYHIGHFREQUENCYINDUCTIONMOTORSFORSPINDLEAPPLICATIONSELECTRICMACHINESANDPOWERSYSTEMS,1997,2538740918PULLKRTHEDESIGNANDDEVELOPMENTOFASMALLGASTURBINEANDHIGHSPEEDGENERATORPHDDISSERTATION，IMPERIALCOLLEGEUNIVERSITYOFLONDON，199119ETEMAD,MR,FEAOCCHL,AHALLJANDPULLENKANEVALUATIONOFHIGHSPEEDGENERATORSPROCEEDINGSOFTHE27THISATASYMPOSIUM,AACHEN，GERMANY，1994V162963720王秀和永磁电机中国电力出版社，20078张文转子动力学理论基础北京科学出版社，199021王凤翔高速电机的设计特点及相关技术研究沈阳工业大学学报，200622晏砺堂高速旋转机械振动北京科学出版社，199423LAHTEENMAKIJDESIGNANDVOLTAGESUPPLYOFHIGHSPEEDINDUCTIONMACHINEPHDDISSERTATIONHELSINKIACTAPOLYTECHNICASCANDINAVICA,200224虞烈，刘恒轴承转子动力学。西安西安交大出版社，200125THOMWT，DAHLEHMDTHEORYOFVIBRATIONWITHAPPLICTAIONBEIJINGTSINGHUAUNIVERSITYPRESS，200526郑兆昌机械振动北京机械工业出版社，198227尹泽勇燃气轮机转子循环对称接触应力分析北京国防工业出版社28李冰，邓智全，严仰光高速异步电机的关键技术微特电机，2002，671029贾志刚，梅林涛有限元方法在膨胀节强度分析中的应用设计与结构2001，118（4）434530RAHMAN