电机设计2015

1、三相变频感应电动机三相变频感应电动机电磁设计与研究电磁设计与研究指标标准正文毕业要求专业必须有明确、公开的毕业要求, 毕业要求应能支撑培养目标的达成。专业应通过评价证明毕业要求的专业应通过评价证明毕业要求的达成达成。专业制定的毕业要求应完全覆盖以下内容：1.1.工程知识工程知识：能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂工程问题。2.2.问题分析问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，以获得有效结论。3.3.设计设计/ /开发解决方案开发解决方案：能够设计针对复杂工程问题的解决方案，设计满足特定需求的系统、单元（部件）或工艺流

2、程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。4.4.研究研究：能够基于科学原理并采用科学方法对复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。5.5.使用现代工具使用现代工具：能够针对复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。6.6.工程与社会工程与社会：能够基于工程相关背景知识进行合理分析，评价专业工程实践和复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任。7.7.环境和可持续发展环境和可持续发展：能

3、够理解和评价针对复杂工程问题的工程实践对环境、社会可持续发展的影响。8.8.职业规范职业规范：具有人文社会科学素养、社会责任感，能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行责任。 9.9.个人和团队个人和团队：能够在多学科背景下的团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色。10.10.沟通：沟通：能够就复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令。并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。11.11.项目管理项目管理：理解并掌握工程管理原理与经济决策方法，并能在多学科环境中应用。12.12.终身学习终身学习：具有自主

4、学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。专业认证对设计能力的要求课程目的课程目的一、电机设计概述一、电机设计概述7电池容量60kWh85kWh85kWh性能版基础售价62400美元72400美元87400美元车型全尺寸四门运动轿车档位单个固定档位，传动比9.73:1电动机后置后驱，后置后驱，三相交流异步电动机三相交流异步电动机最大功率225kW/302hp(5000-8000 rpm)270kW/362hp(6000-9500 rpm)310kW/416hp(5000-8600 rpm)峰值扭矩430Nm(0-5000 rpm)440Nm(0-5800 rpm)600Nm(0-510

5、0 rpm)0-96km/h加速5.9秒秒5.4秒秒4.2秒秒续航里程(特斯拉测定)370公里/230英里480公里/300英里续航里程(美国环保署测定)335公里/208英里426公里/265英里最高速度193kmh/120mph201kmh/125mph209kmh/130mph电池保修8年12.5万英里(约合20.11万公里)8年不限里程超级充电站2000美元终身免费实际是一台变频器供电实际是一台变频器供电的异步电动机的异步电动机变频电机中心高定义中心高定义 表表2 Y系列系列表表2、表、表31.3定频与变频电机对比定频与变频电机对比1、普通异步电动机、普通异步电动机 普通异步电动机普通

6、异步电动机在设计时主要考虑的在设计时主要考虑的性能参数是过载能力性能参数是过载能力、起动性能、效率和、起动性能、效率和功率因数。功率因数。 nTn1f1机械特性机械特性2、变频电机与变频调速、变频电机与变频调速ABB ACS 800 ￥7508 ABB ACS 350￥2719 变频器产品变频器产品1. 电源频率小于基频电源频率小于基频恒转矩调速恒转矩调速 Tem m, m U1/f1 同时调节电源电压，保持 主磁通不变，电磁转矩不变 2. 电源频率大于基频电源频率大于基频恒压调速（弱磁）恒压调速（弱磁） P=Tem*, =2n1 电压不变，主磁通减小， 但转速增加，使功率P不变n=60f (

7、1-s) /p 由改变电源频率 f 来改变转子转速E1=4.44f1W1Kw1 m变频调速原理变频调速原理恒转矩调速电机机械特性恒转矩调速电机机械特性nTn3n1n2TLf3f1f2f3 f1 f 2起动问题？nTn3n1n2f3f1f2f3 f1 f 2恒功率调速电机机械特性恒功率调速电机机械特性P1 = P2P1P2P3= P3脉宽调制（脉宽调制（PWM）技术：）技术：恒压频比（恒压频比（VVVF）控制、矢量）控制、矢量控制（控制（FOC）技术、直接转矩控制（）技术、直接转矩控制（DTC）技术）技术变频器与变频调速技术变频器与变频调速技术三相桥式整流器三相桥式整流器滤波电路滤波电路三相桥式

8、逆变电路三相桥式逆变电路3PHM4326789101交 直 交M6789三相桥式逆变电路三相桥式逆变电路SPWM供电供电各脉冲幅值相等、宽度正比于正弦波电压幅值SPWM变频电机由序列直流脉冲电压变频电机由序列直流脉冲电压供电代替传统的正弦电压供电供电代替传统的正弦电压供电du/dt? 电力电子及控制技术电力电子及控制技术发展推动电机发展发展推动电机发展一百年来异步电机变迁一百年来异步电机变迁年年 重量重量 成本成本 ( 磅磅/马力马力) ( $/马力马力)1890 200 1801957 22 221976 10 10 1990 5.2 4.6*下降近下降近40倍倍均要设计！均要设计！表表8

9、技术数据技术数据第一位数字第一位数字：防触及和固体进入防触及和固体进入0-无防护无防护1-防护大于防护大于50mm的固体的固体2-防护大于防护大于20mm的固体的固体3-防护大于防护大于2.5mm的固体的固体4-防护大于防护大于1mm的固体的固体5-防尘防尘6-尖密尖密第二位数字第二位数字：水水0-无防护无防护1-防滴防滴2-15防滴防滴3-防淋水防淋水4-防溅防溅5-防喷水防喷水6-防海浪或强力喷水防海浪或强力喷水7-浸水浸水8-潜水潜水1.7 防护等级：防护等级：IP44二、电机的主要参数二、电机的主要参数 之间的关系之间的关系确定主要尺寸确定主要尺寸磁路计算磁路计算参数计算参数计算性能计

10、算性能计算开始开始2.2 电机的主要参数之间的关系式电机的主要参数之间的关系式1112115 . 5nPABKlDWp推导见教材推导见教材14页！页！2.3 电磁负荷的选择电磁负荷的选择AJqa1112115 . 5nPABKlDWpBAkX *可由现有相近电机反推可由现有相近电机反推2.4 电机主要尺寸比的选择及确定主要电机主要尺寸比的选择及确定主要 尺寸的一般方法尺寸的一般方法三、绕组与冲片设计三、绕组与冲片设计 参考现有电机设计！关键！参考现有电机设计！关键！三、磁路计算三、磁路计算电机电磁场分析电机电磁场分析建模建模高铁异步牵高铁异步牵引电动机电引电动机电磁场分析磁场分析3.1 磁路计

11、算的基本原理磁路计算的基本原理ildHlilHdl02211FLHLHLHnn0021FFFFFFn3.4 轭部磁压降的计算轭部磁压降的计算四、参数计算四、参数计算4.1 绕组电阻的计算绕组电阻的计算cAlR)(1 1515ttt感应电机定子每相电阻感应电机定子每相电阻avlWl1aSlKRccwF122Zp)2/sin(2BRIIRRBBBRIRIRI22222222RBRRR222sin2ZpZpIIRB)2(222RRBBwApDZAlR22RKR22211212221112211dpdpdpdpdpdpiuKNKNmmKNmKNmKNKNkkK22111)(4ZKNmKdp4.2 绕组

12、电抗的一般计算方法绕组电抗的一般计算方法LXiLiL4.3 主电抗计算主电抗计算IEXmXXlpqWfx12104漏抗计算公式确定比漏磁确定比漏磁导：导： 槽部、槽部、端部、谐波端部、谐波五、损耗与效率五、损耗与效率VpKpFe00本次设计任务：本次设计任务：第一阶段：1、查阅参考文献及运用电机知识，分析变频电动机的设计特点，提交报告性能技术指标不同性能技术指标不同普通异步电动机主要考虑的性能参数是过载能力、启动性能、效率和功率因数。变频电动机过载能力和启动性能计算不同非正弦波电源的适应能力非正弦波电源的适应能力1）尽可能的减小定子和转子电阻。2）为抑制电流中的高次谐波，需适当增加电动机的电感

13、。3）变频电动机的主磁路一般设计成不饱和状态第二阶段：改进电磁计算过程，第二阶段：改进电磁计算过程，设计变频电机，核算性能设计变频电机，核算性能 提出计算变频电提出计算变频电机达到起动转矩倍机达到起动转矩倍数的需要的工作频数的需要的工作频率及电压、电流的率及电压、电流的核算方法核算方法第三阶段：生产实习，电机绕制，变第三阶段：生产实习，电机绕制，变频性能测试频性能测试学习变频器功能开发利用，电机参数测试设计方法指导KE电势比电势比建议：与功率建议：与功率相近的相近的Y系列系列电机靠近！电机靠近！表表8 建议：与功建议：与功率相近的率相近的Y系列电机同！系列电机同！单层交叉式计算绕组因数计算绕组因数一定要注意绕组的型式一定要注意绕组的型式三、三、 转子绕组与铁心的设计转子绕组与铁心的设计变频运行下限制变频运行下限制不同！参考相近不同！参考相近功率功率Y电机！电机！深槽 否？不同频率下的参数？不同频率下的参数？1、 定子电流I1的计算2 、功率因数cos的计算3 、效率的计算%100)1 (*1*NPp*2*2*21sfwcucuemcuNpppppps)(212*2*1*1*XRRsTNm性能不满足怎么办？性能不满足怎么办？ 要知道如何调