完整版中型高压异步电动机设计及仿真毕业设计.docx

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完整版中型高压异步电动机设计及仿真毕业设计

中型高压异步电动机设计及仿真

DesignandSimulationof Medium-SizedHighVoltageInductionMotor

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摘要

对中型高压异步电动机的电磁设计方法进行了研究。

并且提出了应用MATLAB软件进行电机电磁计算过程仿真的优势和方法。

首先说明了国内外电机制造工业的发展状况，电机的分类情况和选用方法，并对中型高压异步电动机的特点和用途进行了简单的叙述。

分析了三相异步电动机的基本工作原理，讲述了电机设计的主要任务和主要过程。

为电机设计做好了必要理论知识的准备。

然后详细介绍了中型高压异步电动机的电磁设计步骤与设计方法。

电机设计中所需要考虑的因素和确定的尺寸、数据很多，这就难免会遇到错综复杂的矛盾。

因此设计者必须针对具体的情况采取适合的解决方法，全面地、综合的看待问题。

本阶段的任务是根据设计要求，手算电机电磁计算程序。

确定所设计电机有关的尺寸和参数，并核算其电磁性能。

最后应用MATLAB软件进行整个计算过程的仿真。

计算机技术的不断发展，为复杂的电磁计算创造了有利条件；计算机辅助工具的应用，给电机设计和优化带来了新的契机。

利用计算机编写电磁计算程序进行电磁计算的求解已经成为必然的趋势。

通过电磁计算所得的电机性能指标必须符合设计要求，否则应对计算过程中的某些参数进行调整。

改变某些参数得到不同的电机设计方案，通过比较这些方案，确定出最佳的设计方案。

利用计算机软件（MATLAB）编写电机设计程序进行电机的电磁计算能够提高工作效率和设计的精确度。

关键词：

中型高压异步电动机；电机设计；电磁计算

Abstract

Studytheelectromagneticdesignmethodsofmedium-sizedhighvoltageinductionmotor,andproposeadvantagesandmethodsofapplyingMATLABsoftwareinsimulationprocessofelectromagneticcalculation.

First,statethedevelopmentofmotormanufacturingindustryathomeandabroad,theclassificationofmotorandwayofselection.Simplynarratethefeatureanduseofmedium-sizedhighvoltagemotor.Analyzeworkingprincipleofthree-phaseinductionmotor,andstatethemaintaskandprocessofelectricalmachinedesign.Preparethenecessarytheorytoelectricalmachinedesign.

Thenintroducetheelectromagneticdesignstepsandmethodsofmedium-sizedhighvoltageinductionmotorindetail.Therearemanyuncertainfactors,sizeanddataintheprocessofelectricalmachinedesign,whichmeansintricacycontradictionsunavoidable.Therefore,thedesignersaresupposedtolookatproblemsinthegeneralandsyntheticallyandadjustmeasurestolocalconditions.Taskofthisstageistobaseontherulesofdesign,andcalculateelectromagneticcalculationprogramofmotor.Determinesizeandfactorsrelatedtothemotortobedesignedandcheckitselectromagneticproperty.

Finally,useMATLABsoftwaretosimulatethewholeprocessofcalculation.Thedevelopmentofcomputerscienceoffersadvantagestoelectromagneticcalculation.Applicationofcomputeraidedsoftwarebringsnewchancestoelectricalmachinedesignandoptimization.Itisinevitabletousecomputertowriteelectromagneticcalculationprogramwhenmakingelectromagneticcalculation.TheperformanceindexofmotorobtainedbyelectromagneticcalculationisobligedtofitinnationalstandardorrequestinAssignmentofTechnicalDesign,otherwisesomefactorsneedsadjustmentintheprocessofcalculation.Changeimportantparameterstogetdifferentdesignschemesandcompareeachschemewithotherstoelectoptimaldesignscheme.UsingMATLABsoftwaretowriteprogramofelectricalmachinedesignwhenmakingelectromagneticcalculationimprovesworkefficiencyandaccuracyofdesign.

Keywords:

medium-sizedhighvoltageinductionmotor;electricalmachinedesign;electromagneticcalculation

第1章绪论

1.1国内外电机制造工业的差距

国外注重新产品的开发，并且对电机的安全、噪声、电磁兼容等方面要求比较高。

国外的先进水平主要体现在：

电机的可靠性高，寿命长，通用化程度高，电机效率不断提高，噪声低，重量轻，电机外形美观，而且也考虑了电机制造成本的降低等要求。

国内部分产品已达国际水平，但相当部分的产品可靠性差，效率低，重量重，体积大和噪声大，其主要原因是制造工艺落后，关键材料的质量和品种不能满足要求，科研和设计工作没有跟上[1]。

国外电机设计理念先进，对于电机采用计算机分析技术，运用多功能分析软件，如电磁计算分析软件、结构仿真分析软件等，产品综合设计水平高。

而国内电机企业设计手段传统、缺乏先进的设计理念和手段，对于基本系列电机研发与衍生电机开发的分工比较模糊，产品设计周期长[2]。

1.2电机的分类

我国目前生产的三相异步电动机按电机尺寸分成大、中、小型。

大型：

中心高H>630mm，定子铁心外径>1000mm；功率范围在400kW以上，电压为3000V和6000V。

中型：

中心高H=（355~630）mm，定子铁心外径=（500~1000）mm；功率范围在（45~1250）kW以上，电压为380V和3000V和6000V。

小型：

中心高H=（80~315）mm，定子铁心外径=（120~500）mm,功率范围在（0.55~132）kW，电压为380V。

Y（IP44）系列的中心高H=（80~280）mm，定子铁心外径=（120~445）mm，共11个机座，功率范围为（0.55~90）kW，电压380V[3]。

1.3中型高压异步电动机的介绍

本文中讲述的是中型高压异步电动机的电磁设计方法。

中型高压电动机是指额定电压在1000V以上，中心高在（355~630）mm，定子铁心外径在（500~1000）mm的电动机。

常使用的有6000V和10000V两种电压等级[4]。

本文中所研究电机的额定电压为6000V。

由于电机功率与电压和电流的乘积成正比，因此当电机功率增大时，如果电机电压不产生变化，那么导线中的电流必然增大。

导线中通过电流后会受到电磁力的作用。

当电流增加到一定程度，电磁力的大小会超过导线的允许承受能力的限制[5]，所以需要通过提高电压实现大功率输出[6]。

本文中设计的电机是YR系列绕线式电机。

YR系列电动机系是Y基本系列上派生出来的[7]。

YR系列电动机采用双层短矩波绕组绕线转子，接法均为Y联结。

电机转子通过滑环及电刷装置与外加的启动（调速）电阻相连接，通过调节外加电阻的数值，可获得大的启动转矩，较小的启动电流，并能在一定范围内调节电动机的转速[8]。

对于大中型电动机带重载启动的工况，可采用绕线式异步电动机[9]。

对于大中型电动机容量大，起动电流对电网的冲击较大[10]；又因带重载，负载要求电动机提供较大的起动转矩。

这种情况下绕线式异步电动机就显出明显的优势。

只要转子回路串的电阻合适，就既可减少起动电流又可增加起动转矩，因而电动机容量大、重载这两个要求可同时满足[11]。

1.4电机的电磁设计任务与过程

电机电磁设计是根据用户提出的产品规格（如功率、电压、转速等）、技术要求（如效率、参数、温升限度、机械可靠性要求等），运用有关的电磁计算方法进行电机的电磁计算。

通过正确处理设计时遇到的各种矛盾，确定出所设计电机合适的主要尺寸和电机性能[12]。

电机电磁设计中需要考虑的因素和确定的尺寸、数据很多，这就难免会遇到错综复杂的矛盾所以设计过程比较复杂。

因此设计人员必须全面地、综合的看待和分析问题。

感应电机设计时通常给定下列数据：

额定功率、额定电压（线电压）、功率因数、额定频率、额定转速。

1.5课题研究的过程及目的

本课题是对中型高压异步电动机进行电磁设计和仿真。

首先应学习电机电磁设计的基础知识和设计方法。

然后根据设计要求手算电机电磁设计程序。

计算的主要参数有：

定（转）子铁心尺寸；定（转）子绕组结构；电机的磁路、运行性能和起动性能等。

最后应用MATLAB软件进行整个计算过程的仿真。

电磁计算相当于求解一项比较复杂的数学计算题[13]，计算机技术的发展为电磁计算创造了有利条件，利用计算机编写程序进行求解是解决这类问题的有效途径。

通过电磁计算所得的电机性能指标必须符合设计要求，否则应进行调整。

改变重要的参数得到不同的方案，比较这些方案并进行分析，从它们中选出最优的设计方案。

第2章基本工作原理

本文中所介绍的中型高压异步电动机所用的为绕线式转子。

绕线式绕组是与定子绕组相似的对称三相绕组。

一般接成星形。

将三个出线端分别接到转轴的三个滑环上，在通过电刷引出电流。

绕线式转子的特点是可以通过滑环电刷在转子回路中接入附加电阻，以改善电动机的起动性能、调节其转速，其接线如图2-1所