本科生毕业设计（论文）开题报告
题目：三相异步电动机的设计及优化（Y160M2-2 15kw）
学院：信息工程学院系电气与自动化工程系
专业：电机电器
班级：电机电器06级1班
学号：6101106047
姓名：丁康峰
指导教师：肖倩华
填表日期：2010 年 4 月 5 日
一、选题的依据及意义
在自然界各种能源中，电能具有大规模集中生产、远距离经济传输、智能化自动控制的突出特点，它不但成为人类生产和活动的主要能源，而且对近代人类文明的产生和发展起到了重要的推动作用。与此相呼应，作为电能生产、传输、使用和电能特性变化的核心装备，电机在现代社会所有行业和部门中也占据着越来越重要的地位。
纵观电机的发展，其应用范围不断扩大，使用要求不断提高，结构类型不断增多，理论研究也不断深入。特别是近30年来，随着电力电子技术和计算机技术的进步，尤其是超导技术的重大突破和新原理；新结构；新材料；新工艺；新方法的不断推动，电机发展更是呈现出勃勃生机，其前景是不可限量的。
在现代社会中，电能是现代社会最主要的能源之一。在电能的生产、输送和使用等方面，电机起着重要的作用。电机主要包括发电机、变压器和电动机等类型。发电机是将其他形式的能源转换成电能的机械设备，它由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动，将水流，气流，燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能。发电机在工农业生产，国防，科技及日常生活中有广泛的用途。
电动机将电能转换成为机械能，用来驱动各种用途的生产机械。机械制造工业、冶金工业、煤炭工业、石油工业、轻纺工业、化学工业及其他各种矿企业中，广泛地应用各种电动机。例如，在交通运输中，铁道机车和城市电车是由牵引电机拖动的；在航运和航空中，使用船舶电机和航空电机；在农业生产方面，电力排灌设备、打谷机、榨油机等都是由电动机带动的；在国防、文教、医疗及日常生活中，也广泛应用各种小功率电机和微型电机。
大家应该都知道，电动机的转动是靠电能，电能在日常生活中的作用。而发电机是产生电能的主要途径之一，而同步发电机在发电机占据了主要的位置，可见对同步发电机具有重要的意义，主要有提高发电机的效率、减少能源的使用，减少Co2的排放量，减少发电机所用材料等等，总之，对国民经济的发展具有重要的作用。
二、本课题研究内容
本课题研究Y160M2-2 15KW 三相异步电动机设计，复算出电机的各种数据。并提出提升性能方面的建议。
本课题的主要计算过程如下：
1.主要规格的确定
2.主要尺寸的确定
3.电枢铁心及电枢绕组的确定
4.磁路计算
5.短路电流，过载能力及暂态电抗计算
6.额定负载时的损耗及效率计算
7．主要材料重的计算
三、国内外研究现状及发展趋势（含文献综述）
1、现状
国外公司注重新产品开发，在电机的安全、噪声、电磁兼容等方面很重视。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，绝缘等级采用F级和H级，而且也考虑电机制造成本的降低等国内虽有部分产品已达90年代初的国际水平，但相当部分的产品可靠性差，重量重，体积大和噪声大，综合水平只相当于80年代初期国际水平，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，科研投入少，新产品开发资金匮乏，企业技术创新能力较弱。
2、电机行业发展趋势
新型、特种电机仍将是与新原理；新结构；新材料；新工艺；新方法联系最密切；发展最活跃；也最富想象力的学科分支，并将进一步深入渗透到人类生产和生活的所有领域之中。随着人类生活品质的不断提升，绿色电机的概念已经提出并被人们所接受。虽然这个概念目前还是抽象的，但从环保角度看，低震动；低噪声；无电磁干扰；有再生利用能力以及高效率；高可靠性是一些最起码的要求，这对电机的设计制造和运行控制，尤其是原理；结构；材料；工艺等，无疑是一种新的挑战。此外，随着工业自动化的不断发展，智能化电机或智能化电力传动的概念也被越来越多的人们所认可。这种智能化包含两个方面的内容：其一是系统所具有的控制能力和学习能力，另一方面就是电机的容错运行能力，既要求研制所谓容错型电机。容错型电机的定义还不太确切，其基本要求就是以安全
为前提，允许电机在故障和误操作情况下的容错运行，直至故障消除或系统自动控制恢复。这对于传统的电机运行观念，无疑也是一个严峻的挑战。
需要特别强调的是，近代科学技术，特别是计算机技术对电机学科的影响是巨大的，意义是深远的。电机的传统内涵已经发生着极大的变化，研究内容拓宽了，研究方法改进了，研究手段也丰富了。新的观念在形成，新的交叉学科在产生，老学科确实重新焕发了出了生机和魅力。近年来，围绕带电机以及其系统的各类控制设备和计算机应用软件的研制方兴未艾，并已构成电机学科新的发展方向。电机与电力电子技术的结合使得现代电力传动系统的分析必须将电机与系统以及电力电子装置揉成一个整体，由此可形成所谓的“电子电机学”。传统电机学以路（电路；磁路；热路；风路）；集中参数；均质等温体，刚体等概念分析处理电机，视电机为系统中的一个元件，若可将之称为“宏观电机学”的话，那么，从综合物理场的角度；用计算机手段分析处理电机的理论和方法体系就可以称之为“微观电机学”。此外，在我国，“电力电子与电力传动”已经发展称为一门学科。
四、本课题研究方案
研究Y160M2-2 15KW 三相鼠笼式异步电动机设计，对照已有的同型号的电机;参考提供的设计程序进行电磁复算。并：
1.在原复算方案的基础上节省材料；
2.在原复算方案的基础上；
3.在原复算方案的基础上既节省材料，又提高性能；
4.将三个方案进行比较，并用已学过的理论进行分析。
五、研究目标、工作进度：
研究目标：
根据用户提出的产品规格，技术要求，设计出满足用户要求的性能好，体积小，结构简单，运行可靠的电机。尽量减少材料的使用，主要是铁和铜的耗用量，使之更加经济。主要研究通过增加材料的耗用来达到提高效率和以牺牲效率来达到节省材料的目的。
2. 工作进度：
六、参考文献：
?：上海电器科学研究所．中小型三相异步电动机电磁计算程序[M]．上海：上海电器科学研究所．1971．
?：沈阳机电学院电机系．三相异步电动机设计原理与实验[M]．北京：科学出版社．1977．
?：季杏法．小型三相异步电动机技术手册[M]．北京：机械工业出版社．1987.6?：戴文进．电机学[M]．北京：清华大学出版社．2008．
?：陈世坤．电机设计[M]．北京：机械工业出版社．2008．
?：程福秀．电机设计与计算[M]．上海：龙门联合书局．2005．
?：南昌大学电气自动化系电机教研室．中小型三相异步电动机电磁设计手算程序[M]．
?：彭友元．电机绕组手册[M]．沈阳：辽宁科学技术出版社．1995．
?：上海电器科学研究所编著．中小型电机设计手册[M]．北京：机械工业出版社．1994.7
南昌大学
学士学位论文原创性申明
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作者签名：日期：
导师签名：日期：
NANCHANG UNIVERSITY
学士学位论文
THESIS OF BACHELOR
（2006—2010 年）
题目：三相异步电动机的设计及优化（Y160M2-2 15kw）
学院：信息工程学院系：电气及其自动化系
专业：电气工程及其自动化
班级：电机电器061班
学号：6101106047
学生姓名：丁康峰
指导教师：肖倩华
起讫日期：2010.3.22 ~ 2010.06.11
三相异步电动机的设计及优化（Y160M2-2 15kW）
专业：电气工程及其自动化学号：6101106047
姓名：丁康峰指导老师：肖倩华
摘要
异步电机是工农业生产中应用最广泛的电机。其性能的提高具有重要意义。在文章中简要介绍了异步电机设计的基础知识，阐述了中小型电机的设计方法与步骤，介绍了电磁设计的步骤与计算程序，也述及电机的优化设计。
电磁设计是根据设计技术要求确定电机的电磁负荷，计算转子、定子冲片和铁心各部分尺寸及绕组数据，进而核算电机各项参数及性能，并对设计数据做必要的调整，直到达到设计要求。
本文也简单介绍了AutoCAD 绘图的基础知识。Auto CAD是计算机辅助设计领域应用最广泛的工具之。.学会使用Auto CAD绘制三相异步电动机总装备图、定子冲片图、转子装备图、绕组联接图。
关键词:电动机；性能优化；Auto CAD。
On design and optimize of three-phase asynchronous motor（Y160M2-2 15kW）
Abstract
The induction motor is the most widespread electrical machinery in the industry and agriculture production . Its performance enhancement has the vital significance. In this article , the elementary knowledge of the induction motor designs is Briefly introduced, the method and the step of the middle and small scale electrical machinery design is also elaborated, the electromagnetism design step and the design computational procedure is introduced.
The optimized design of the electrical machinery is also mentioned.，Auto CAD is the computer-aided design domain applies one of most widespread tools. The academic society uses Auto CAD to draw up the three-phase asynchronous motor always to equip the chart, the stator flushes the piece chart, the rotor equipment chart, the winding joint chart。
Key word: The electric motor;the performance optimizes,;Auto CAD。
目录
摘要 ................................................................................................................................................... I Abstract ..........................................................................................................................................II 目录 ................................................................................................................................................ III 第一章异步电动机的概述 . (1)
1.1异步电动机的用途及分类 (1)
1.2异步电动机的任务与过程 (1)
1.3异步电动机主要性能指标 (2)
第二章异步电动机的计算程序 (4)
2.1鼠笼式异步电动机的计算程序 (4)
第三章异步电动机的优化 (27)
3.1设计方案优化 (27)
3.2电磁方案的调整 (27)
总结 (31)
参考资料（References） (32)
致谢 (33)
第一章异步电动机的概述
1.1异步电动机的用途及分类
根据电机的可逆原理，异步电机既可用作电动机，也可用作发电机。但其作发电机运行时性能较差，故很少采用。而用作电动机时具有较好的工作特性，故其主要用作电动机。异步电动机结构简单，价格低廉，运行可靠，坚固耐用，易于控制，因而是电动机中应用得最为广泛的一种。异步电动机是一种交流电机，主要用作电动机，拖动各种生产机械，广泛应用于交通运输、农业生产以及国防、文教、医疗和日常生活中。
异步电动机具有较高的运行效率和较好的工作特性，从空载到满载范围内接近恒速运行，能满足大多数工农业生产机械的传动要求。异步电动机还便于派生成各种防护型式，以适应不同环境条件的需要。随着电力电子器件以及交流变频调速技术的发展，由异步电动机和变频调速器组成的交流调速系统的调速性能以及经济性已可与直流调速系统相媲美，且使用维护简便，因而应用愈来愈广泛。
由于异步电动机在运行过程中必须从电网吸收感性无功功率，因此其功率因素较差，总是小于1，此外，异步电动机空载电流大，起动和调速性能都不够理想，是异步电机的主要缺点。
异步电动机的种类很多，从不同的角度考虑，有不同的分类方法。
按照相数来分，有单相异步电动机，三相异步电动机。大功率机械拖动时，一般都用三相异步电动机，日常生活和工业控制装置则多用单相异步电动机。
按转子结构分，有鼠笼试异步电动机和绕线式异步电动机两种，其中，鼠笼式异步电动机，又包括单鼠笼式异步电动机、双鼠笼式异步电动机和深槽式异步电动机。
按机壳的保护方式分，有防护式异步电动机、封闭式异步电动机，以及防爆式异步电动机。
1.2异步电动机的任务与过程
电机设计的任务是根据用户提出的产品规格、技术要求、结合技术经济方面国家的方针政策和生产实际情况，运用有关的理论和计算方法，正确处理设计时遇到的各种矛盾，从而设计出性能好、体积小、结果简单、运行可靠、制造和使用维修方便的先进产品。
在设计前和设计过程中，设计人员还应认真进行调查研究，听取有关人员的
意见和建议，注意理论与实际，设计与工艺相结合。例如深入现场，访问用户和查询有关技术资料等等，以便对所设计电机的技术要求、现状、发展趋势、生产经验与现有加工条件等有所了解，从而为具体设计打下坚实的基础，减少设计差错。
电机设计是个复杂的过程，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。因此设计人员必须全面地、综合地看问题，并能因时因地制宜，针对具体情况采取不同的解决方法。
电机设计时通常会给定下列数据：（1) 额定功率（2）额定电压（3）相数及相同连接方式（4）额定频率（5）额定转速或同步转速（6）额定功率因数。
对电机的技术要求通常在有关的国家标准或技术条件中规定，其内容视具体电机二异。
电机设计的过程可分为：
㈠准备阶段：通常抱过两方便内容：首先是熟悉国家标准，收集相近电机的产品样本和技术资料，并听取生产和使用单位的意见与要求；然后在国家标准有关规定及分析相应资料的基础上，编制技术任务或技术建议书。
㈡电磁设计：本阶段的任务是跟据技术任务书的规定，参相生产实践经验，通过计算和方案比较，来确定与所设计电机电磁性有关的尺寸和数据，选定有关材料，并核算电磁性能。
㈢结构设计：结构设计的任务是确定电机的机械结构，零部件尺寸，加工要求与材料的规格及性能要求，包括必要的机械计算及通风和升温计算。
1.3异步电动机主要性能指标
异步电动机性能指标有：
（1）效率：电动机输出机械功率与输入电功率之比，通常用百分数表示。
（2）功率因素：电动机输入有效功率与视在功率之比
（3）起动电流：电动机在额定电压、额定频率和转子起动时从供电回路输入的最大稳态方均根电流
（4）起动转矩：电动机在额定电压、额定频率和转子起动时说产生的转矩的最小测得值
（5）最小转矩：电动机在额定电压、额定频率下，在零转速与对应于最大转矩的转速之间所产生的稳态异步转矩的最小值。
（6）最大转矩：电动机在额定电压、额定频率下说能产生的最大稳态异步
转矩。
（7）噪声：电动机在空载稳态运行时A计权声功率级（dB)，以及在额定负载运行是时超过空载运行的噪声声功率级增量。
（8）振动;电动机在空载稳态运行时振动速率有效值。