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1、HUNAN UNIVERSITY 毕业设计(论文)设计论文题目：小型中频感应电机设计学生姓名：学生学号：专业班级：电气工程及其自动化2011级2班学院名称：电气与信息工程学院指导老师：学院院长：2015 年 5 月 30 日摘要由于电力电子、高电压技术和低损耗高强度电磁材料及控制等技术的飞速发展，高速电动机在制造工业、机械工业、国防等许多方面都得到了更广泛的应用。在高速电动机应用中，感应电动机因其成本低、结构简单和控制技术成熟，是高速电动机的主选类型1。目前，高速电机的设计还没有成熟，许多设计和工艺问题还没有获得圆满解决，在世界范围内各工业先进国家都在进行相关课题的研究。本课题根据高速感应电动
2、机的特点和设计思想的分析，对一台高速感应电动机进行了电磁计算和分析。利用Ansoft EM软件在电机设计中的应用，对样机进行了设计。最后利用了有限元分析法，详细描述了小型中频感应电机主要系数的有限元分析。关键词：高速；感应电机；电磁设计 湖南大学毕业设计(论文) 第I 页Design of Medium Frequency Introduction motor for Electric ToolAbstract Author: Duan Yuanue Tutor : Huang KeyuanFollowing with the development of power electronics
3、technology, the kind of material having larger compression strength and smaller loss, and control technology, high-speed motors are applied in all area such as machine industry and national defense industry. On account of lower cost, simple structure and advanced control technology, induction motor
4、is the main choice as high-speed motor. At present, the technology for design of high-speed motors is not perfect , many problem for design and techniques are not solved, the interrelated investigations are carried out in all advanced industry country.In this paper, at the foundation of design and a
5、nalysis on high-speed introduction motor, a high-speed introduction motor has been simulated and analyzed in electromagnet. And have introduced one Ansoft EM software and have introduced Ansoft EM software application in designing that in the electric motor. The function and parametric finite elemen
6、t method having introduced that finite element method analyses law finally, and having described main moduluss finite element method analysis detailedly of Medium Frequency Introduction motor for Electric Tool . Keywords:Electric tool; High-speed; Introduction motor; Electromagnet design目录1 绪论11.1 小
7、型中频感应电机的前景11.2 中频感应电机的研究现状和发展趋势11.3 本次设计研究的主要内容22 中频感应电机的基本原理32.1 高速感应电机定子特点与设计方法42.1.1电机定子铁芯设计特点42.1.2电机定子槽形设计62.1.3定子绕组结构设计与参数分析72.2 高速感应电动机转子特点与设计方法72.2.1高速感应电动机转子设计特点82.2.2高速感应电机转子槽形的设计92.3 高速感应电动机的散热设计103 中频感应电机的电磁设计113.1 小型中频感应电机电磁设计的目的113.2 传统异步电机设计方法113.2.1传统异步电机的主要尺寸设计公式113.2.2传统感应电机设计方法的特点
8、和局限性133.3 高速感应电机直接设计方法的研究133.3.1电机主要尺寸设计公式的推导133.3.2高速感应电动机设计方法的特点163.4 小型中频感应电机的电磁设计173.4.1RMxprt软件介绍173.4.2RMxprt磁路法分析184 中频感应电机有限元分析244.1 电机有限元分析Maxwell简介244.2 小型中频感应电机模型建立24结论27致谢28参考文献29附录31 湖南大学毕业设计(论文) 第30 页1 绪论1.1 小型中频感应电机的前景1895年，德国制造出世界上第一台直流电钻。外壳由铸铁制成，可以在钢板上钻4mm的孔。之后三相工频（50Hz）电钻出现，但电动机转速没
9、有超过3000r/min。1914年，单相串激电动机驱动的电动工具出现，电动机转速达10000r/min以上。1927年，供电频率为150200Hz的中频电动工具出现，它不仅具有单相串激电动机转速高的优点，还像三相工频电动机那样结构简单可靠，但是由于需要用中频电流供电，因而使用受到限制。生活中可以将电动工具分为以下几类：研磨电动工具、金属切削电动工具、装配电动工具等。常见的电动工具有：电钻和电动螺丝刀等。对于一般交流无功换向器电动机，在工频电源为5060赫兹的频率工作时的最高运行转速为30003600转/分。工业上如需高转速运行，如木工电动机、电动工具、纺织电动机、高速磨头等，常应用中频电动机
10、。供给高速电动机运行的中频电源，一般为三相，其频率范围多数为4001500赫兹1。1.2 中频感应电机的研究现状和发展趋势近几十年来，高速电机是材料科学、电力电子技术、计算机技术发展的产物。高速感应电机现正成为电机领域的研究热点之一，得到了广泛的应用。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速电机特有的关键技术。高速电机可以有多种结构形式，如感应电机、永磁电机和磁阻电机等。本文对高速感应电机设计的关键技术进行了阐述。理解和掌握这些关键技术有利于我国进一步提高高速电机的设计质量，立足先进水平。目前，高速电机的设计还不成熟，许多设计问
11、题和工艺问题还没有获得圆满解决。高速电机具有以下优点：一是由于转速高，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。三是由于高速电机转动惯量小，所以动态响应快。但是，高速电机需要深入研究的问题很多，在我国尚处于起步阶段。国防工业和精密仪表制造工业的飞速发展，使人们对感应电机的制造越来越迫切，在世界范围内各经济发达国家都在进行有关课题的研究，感应电机已成为国内外研究的热点之一。为了提高生产效率，高速感应电机功率不断加大、转速逐渐提高、寿命也不断延长，国内外的研究人员都在积极努力地探索，以期达到上述目标2。1.3
12、本次设计研究的主要内容本文在仿真模拟研制样机的前提下，重点对电机的磁路设计进行一系列的研究，主要有以下几个内容：（1）分析小型中频电机的研究现状和发展趋势。（2）根据高速感应电动机与其他电动机的不同之处，分析高速电动机的设计特点，重点对高速电动机选取参数的一般原则和电动机参数的变化规律进行研究。（3）在传统高速感应电机研制方法的基础上，通过分析变频调速对设计电动机的影响，找到传统研制方法的特征和局限性，研究适合高速感应电机的设计方法。（4）依照高速感应电机的设计特点和设计方法分析，设计1.2kW，额定转速为21000r/min 的高速感应电机，并分析该电动机的励磁参数和运行性能。2 中频感应电
13、机的基本原理高速感应电动机和一般感应电动机的工作原理相同，它们都是通过提高供电频率来提高转速的。比如：当电机两极在50Hz供电频率下时，同步转速是3000r/min，供电频率为400Hz时，同步转速是24000r/min。高速感应电机的基本设计参量有：供电频率f（赫兹）、额定转速（转/分）、额定电压（伏）、额定输出功率（瓦或千瓦）。它供电的频率和旋转的速度都要比一般感应电动机高。因此，和一般感应电动机相比，在设计方面有以下几个特点：（1）因为电机是高速运转的，所以在确定主要尺寸、选择转子型式和选用转子的有效材料时，必须要先满足转子有非常高的刚度和机械强度3。（2）发热问题会严重影响到高速感应电
14、动机使用寿命4。从电磁设计的角度考虑，想要降低热源，提高电机使用寿命，就要减少电机损耗。因此在设计高速感应电机的过程中，应采取相应措施尽量减小电机的机械损耗5。（3）在降低电机的供电频率和减小电动机体积方面：由于高速感应电机的极数很少，因此一般采用2极或4极。2极电机的定子铁芯磁场和绕组电流频率仅为4极电动机的一半，可以更好的减少电动机定子的电磁损耗，因此从电磁角度出发采用2极方案更好。A和是高速电动机设计中的两个重要的电磁参数，依据电机生产和工作经验数据的积累来选定这两个值。线负荷A的取值范围是1550A/m，气隙磁场密度的取值范围是0.50.6T。线负荷A和定子绕组电流密度相乘即为热负荷，
15、它表示定子的内圆单位面积上绕组铜损耗（电阻损耗），而且它数值的大小直接影响绕组铜的用量和温升。设计高速电机时，因为高频高速电动机由逆变器进行供电，但逆变器的电源中有非常大的谐波分量，因此需要注意以下几个问题：（1）功率输出不变时，为减小电动机体积并节约材料，可以对电磁负荷适当提高；（2）如果选定比较高的，定子铁芯电磁损耗以及电动机的噪声和振动就会增加，但可能会降低电机定子绕组的电阻损耗；（3）若A或选取的较高，那么可能增加绕组上的铜损耗；（4）励磁电流的标么值，若选用的较高或A值降低，就会使上升，降低；（5）漏抗的标么值，当选择较大的或较低的A时，减小，会提高电动机起动的转矩和它过载的能力，但同时增大了起动电流。（6）电源存在谐波导致了电机比工频下供电时有更大的电阻耗耗。在相同冷却条件和绝缘结构下，要想保证温升
