超高效三相感应电机-毕业论文.doc
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2、)撰写规范完成论文。(请在完成论文后,打印论文前,删除本页内容!)10HP-4超高效感应电机电磁设计与分析摘要中国是世界上第二大能耗国,提高能源效率一直被视为中国进一步发展的战略重点问题。在所有的高耗能产品中,电动机的用电量几乎占到全国用电量的一半。目前中国的中小型交流电机的平均效率比美国的最低效率要低35,如此计算,中国每年的节电潜能约为15000兆瓦。顾名思义,高效电机就是那种完成同样工作却比普通电机消耗更少的电机。因此,提高电机效率,使用高效电机替代正在使用的普通电机,成为节省能源消耗,降低运行成本的重要手段。能源短缺和环保问题已经越来越引起世界各国的关注,因此高效、环保产品将成为各领域
3、的发展趋势。作为一名电机及相关专业的设计人员,应把高效、环保电机作为已任,文章介绍了设计研制10HP-4 NEMA超高效电机的情况。首先介绍了高效电机的定义和发展趋势,着重介绍了NEMA高效电机的应用及其特点,一些参数的选择及技术要求,然后确定电机的主要尺寸,进行手算设计,通过对NEMA高效电机的电磁机计算,可以清楚的知道各个数据或参数对电动机性能和指标有什么影响,通过计算机辅助与手算进行对比,找出提高电机效率的方法,分析该辅助设计的可行性。用MATLAB画出特性曲线。关键词:高效;电机;电磁设计;分析;10HP-4 ultra-high-performance induction motor
4、 design and analysis of electromagnetic Abstract China is the worlds second largest energy country to improve energy efficiency in China has been regarded as the further development of the strategic focus of the problem. In all high energy-consuming products, motor electricity consumption accounting
5、 for almost half of the country. At present, Chinas small and medium-sized AC motor average efficiency than the United States to lower the minimum efficiency of 3-5%, so the calculation, Chinas annual energy-saving potential of about 15,000 megawatts. As the name suggests, is the kind of high-perfor
6、mance motor to complete the same work less than the ordinary consumption of the electric motor. Therefore, improving the electrical efficiency, the use of high-performance motor is being used to replace ordinary electrical and become energy-saving consumption, lower operating costs, an important too
7、l.The shortage of energy and destroy of the environment have absorbed more and more attention of every country all over the worldHigh efficiency and environmental protection will be the development direction of products in every fieldAs a professional motor designer,designing and development energy
8、saving and environment proof EM is our dutyThe 350HP NEMA design high efficiency motor is introduced in this paperFirst introduced the definition of high-performance motor and trends focused on the application of NEMA high efficiency motor and its characteristics, the choice of parameters and techni
9、cal requirements, and then identify the main motor size, the design of hand-count, high-performance motor through the electromagnetic NEMA computing, it is clear to know all of the data or parameters on motor performance and impact indicators, through computer-assisted comparison with the hand count
10、 to identify ways to improve the motor efficiency, to achieve maximum efficiency. Characteristic curve drawn using MATLABKeywords: NEMA efficient electromagnetic; motor; design and analysis of environmental; protection 不要删除行尾的分节符,此行不会被打印- IV -目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 高效电机的定义21.3 国外对高效电机的判别
11、标准31.4 国内对高效电机的判别标准和现状4第2章 NEMA高效感应电机的基本理论52.1 NEMA高效电机的结构及特点52.2 NEMA高效电机的基本原理52.3 效率的提高62.3.1 其他提高效率的途径72.4 NEMA高效电机标准7第3章 电机的设计与手算方案93.1 电磁设计的特点93.2 设计电机的主要尺寸93.3 典型样机电磁设计103.3.1 设计任务113.3.2 典型样机的电磁手算设计11第4章 计算机辅助设计284.1 C语言简介284.1.1 C语言的发展284.1.2 C语言的特点284.2 计算机辅助设计说明294.3 计算机辅助设计在电机设计中的应用294.4
12、设计一般过程304.4.1 图表的处理304.4.2 循环量的迭代314.5 程序流程图314.6 计算机机算结果334.7 针对样机的性能分析错误!未定义书签。结论37致谢38参考文献39附录40千万不要删除行尾的分节符,此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”,然后“更新整个目录”。打印前,不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行- VI -第1章 绪论1.1 课题背景纵观世界电机产品的发展历程,它始终跟随着工业技术的发展,在相互竞争、相互促进中得到完善,发生着变革。电机产品的发展过程大约可以划分为四个发展阶段。从19世纪30年代到80年代为直流电机时代,19世纪末叶,出现了交流
13、电,随之交流电动传动在工业中逐步得到了广泛应用,20世纪50年代以后,随着电力电子学理论、微电子技术和现代控制理论的发展,使电机产品进入快速发展时期,先进的制造技术使传统的电机产业焕发出了勃勃生机,交流电机代替直流电机也成为了必然的趋势。近十年来,随着科学技术的发展,国外中小型异步电机的发展方向大致可归纳为八个字:“高效、低噪、调速、智能”。由于人类社会必须直面能源危机和解决环境污染问题,开发并使用高效率电机已逐渐成为全球的共识。目前,我国中小型电机约有300个系列,1500个品种,产品量大面广,应用于工业、农业、国防、公共设施、家用电器等各个领域,广泛用于驱动各种风机、水泵、压缩机、机床、起
14、重运输机械、城市交通及工矿电动车辆、建筑机械、冶金、有色金属、纺织、印刷、造纸、石油化工、橡胶、食品等工业设备和农业机械。1电动机作为最重要的动力设备之一,将电能转换成机械能。以电机作为驱动的动力源,其耗用的电能占全国总发电量的60% 以上。当今的电动机一般都是按照最大负载下能正常工作为条件来选择的,但在实际使用中,电机却经常是在中载、轻载,甚至在空载状态下运行。因此,电动机的负载率低,效率不高,电能浪费现象十分严重。出于能源节约和环境保护的考虑,当前世界上包括我国在内的不少国家对电动机系统的节能都给予了高度重视,均把电动机节能的重点放在0.75kW以上的电动机上。因此,今后电机行业发展方向之
15、一将为高效、节能型电机。电动机作为国民生产中重要的力能输出设备,广泛应用于工业,商业,公用设施和家用电器的各个领域。不过,在为方方面面提供动力的同时,电动机也在消耗着大量的电力资源。据不完全统计,在全球工业发达国家和较大的发展中国家,电动机的用电量约占到所有工业用电量的三分之二,占全部用电总量的一半。我国现在正处在高速发展的阶段,对电力的需求更是紧迫。每年大量的电力需求不仅消耗着惊人的资源,同时还要造成相当严重的环境污染。相比于发达国家的每百万美元GDP的平均大约3吨的标准煤耗,我国18.5吨的水平可想而知是一种多么大的压力。如何降低能源消耗,降低能源占生产成本的比重,提高国民的经济竞争力,是
16、急待解决的问题,而广泛使用高效电机就成为一种非常行之有效的办法。高效电机是指那些相比于普通的电动机而言,不仅在效率指标上有很大优越性的同时,而且对环境污染更少,噪音更小,而且运行寿命更长,成本更低的电机。尽管高效电机是一个近十几年才被提出来的非常新的概念,但是在这很短的时间里,其已经取得了非常大的发展。新材料,新技术和新工艺的不断出现,为电机效率的进一步提高创造了非常好的客观条件。尽管这会在一定程度上增加电机制造的成本及销售价格,但从长远考虑,其经济和社会效益都是可观的。这一点国内外各方面已经取得了广泛的共识。在高效电机的推广方面美国所作的工作最多。1992年美国颁布了能源政策法令,规定自19
17、97年之后,不允许生产和进口能效水平低于相关规定指标的电机。而且此后又不断出台新的,更高的能效指标规范,从而非常有力的推动了高效电机替代普通电机的步伐。欧洲尽管没有美国起步早,但到1999年也完成了对高效电机推广的规范的制定,并且在近4,5年内迅速完成了由普通电机到高效电机的转型过程。我国于2002年颁布了与高效电机有关的效率指标,尽管相关的规定没提及停止普通低效电机生产和推广普及高效电机的具体时间表,但是高效电机全面取代普通电机已经成为一种必然的趋势。不论是美国,还是欧洲,以及之后的日本,英国,法国,加大,澳大利亚和巴西等国家,都在规定本国的电机企业生产高能效产品的同时,提高了对进口电机效率
18、的审批标准。我国每年生产的电动机中,有相当大比例用于出口。国际上对于电机效率要求的提高,不仅仅督促我们在生产环节上作出各种改进和优化,而且要求我们必须同时在电机试验方面作出相应的完善,以便得到国际上的认可。目前,尽管我国国内许多电机企业有能力生产符合各国能效标准的高效电机,但是,相关的测试系统却通常都要依靠进口昂贵的外国设备,这不仅耗费了大笔的外汇,而且国外的设备在有些方面不能完全适合我国的实际生产情况和要求。在这种背景下,设计适合我国国情而且成本低廉高效电机测试系统是一件非常有意义的事情。21.2 高效电机的定义当向三项定子绕组中通过入对称的三项交流电时,就产生了一个以同步转速n1沿定子和转
19、子内圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场。由于旋转磁场以n1转速旋转,转子导体开始时是静止的,故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势(感应电动势的方向用右手定则判定)。由于导子导体两端被短路环短接,在感应电动势的作用下,转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用(力的方向用左手定则判定)。电磁力对转子轴产生电磁转矩,驱动转子沿着旋转磁场方向旋转。通过上述分析可以总结出电动机工作原理为:当电动机的三项定子绕组(各相差120度电角度),通入三项交流电后,将产生一个旋转磁场,该旋转磁场切割转子绕组,从而在转子绕组中产生感应电流(转子绕组是闭合通路
20、),载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力,从而在电机转轴上形成电磁转矩,驱动电动机旋转,并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。高效电机(High Efficiency Motor)通常是指高效三相异步电动机。与普通的三相异步电动机相比,具有效率高(至少1-3个百分点),损耗小,运行温度低,噪声小,寿命长,可靠性高等特点。说的具体一点,在我们国家,效率水平能够达到或超过电动机能效国家标准(GB 18613-2002)中所规定的节能评价值的电动机,就可以称为高效电机。1.3 国外对高效电机的判别标准美国于1992年颁布了能源政策法令(EPACT,Energy Policy Act of 1
21、9 92);对包括电动机在内的一些设备抽出了节能要求,规定了电动机的最低效率值在60个月后正式生效,即在1997年以后,美国不能再生产和进口低于EPACT所规定效率指标的电动机EPACT效率指标是当时美国主要电机制造商生产高效率电机的效率指标平均值,它是美国电机制造商协会(NEMA;National Electrical Manufacturers Association) 1990年标准NEMA12-10规定的以后,NEMA又制定了NEMA E设计标准,即NEMA 12-11标准,其效率指标较NEMA 12-10提高了1-4个百分点,但是起动性能有所降低。近年来美国又制订了起动性能与EPAC
22、T要求一致的超高效率电机(Premium Efficiency)指标,其效率水平较EPACT指标提高了1个百分点,损耗又较EPACT下降20%左右。欧洲电机和电子制造商协会(CEMEP,the European Commission of the European Committee of Electric Machinery and Power Electronics Manufacturers)和欧盟能源组织于1999年联合提出了欧洲电动机效率方案,颁布了电动机效率标准的协议,即CEMEP-EU协议。规定了effl, eff2, eff3三档效率指标,其中cIT3是当前生产的电动机效率;e
23、ff2电动机损耗降低20%以上,适用于年运行时间在2000小时以上的电动机;effl电动机损耗降低40%以上,适用于年运行时间在4000小时以上的电动机。此外目前国际上对电动机效率制订标准的国家还有加拿大、日本、墨西哥、巴西、澳大利亚和新西兰等。21.4 国内对高效电机的判别标准和现状我国于2002年初颁布国家标准GB1 8613-2002“中小型三相异步电动机能效限定值及节能评价值”,该标准己于2002年8月1日起实施。该标准规定了电动机能效限定值,是强制性指标;另外规定了电动机节能评价值,为推荐性指标。具体说就是,标准所涵盖的电动机,用规定试验方法测出的效率必须达到或超过能效限定值,而只有
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