单相异步电机的设计与应用毕业论文.doc
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1、 学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名: 年 月 日 学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定,同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、 保密 ,在_年解
2、密后适用本授权书。2、 不保密 。(请在以上相应方框内打“”)作者签名: 年 月 日 导师签名: 年 月 日 毕 业 设 计 论 文 题 目:单相异步电机的设计与应用 Title Design and Application of Single-phaseInduction Motors院 系: 电气与电子工程学院 专 业: 电气工程及其自动化 姓 名: 指导教师: 2012年 6 月 8 日摘要:单相异步电机在过去的几十年内被广泛地应用于电风扇、洗衣机、压缩式电冰箱等家用场所,是一种体积小、能耗低、便于生产、设计和使用的小型电动机。随着科学技术水平的提高,近年来,对单相异步电机设计的要求越来
3、越高,在提高电机性能的同时,设计者也更加关注设计的准确性、计算机辅助设计技术的进步。本文首先介绍了单相异步电机设计和应用的背景知识、单相异步电机设计技术的国内外发展现状、课题研究路线和单相异步电机在生活中的应用。接下来再介绍了单相异步电机能够起动和运转的原理。在论文的核心部分,笔者介绍了进行单相异步电机设计的整体思路,然后展开对设计一台单相异步电机的具体步骤的阐述。文中对计算结果进行了一个简单的校验。在设计部分,笔者参照各类资料中给出的经验公式和参考值按照步骤完成了一台单线异步电机的设计。在仿真部分,笔者给出了使用ANSOFT RMXPRT软件进行仿真的步骤和结果,对这个软件的使用方法做了介绍
4、、对仿真结果得到的特性曲线的合理性进行了分析。最终通过对计算结果的校验和特性曲线合理性的分析,可以证明笔者的设计是合理的、能够用于所选应用的单相异步电机。设计这一台单线异步电机让笔者对单相异步电机的结构、运行原理和尺寸参数与电磁参数的关系理解得更加深刻。关键词:单相异步电机 电机设计 计算机辅助设计 Abstract: The applications of single-phase induction motor like electric fans, washers and refrigerators have been widespread in the past decades. Si
5、ngle-phase induction motors take smaller space and use less energy than a three-phase one, in addition to its convenience of design and production. In recent years, the design standard of a single-phase asynchrony machine has become higher and higher. It calls for not only a better performance, but
6、also for paying more attention to the accuracy of design and the development of CAD technology.In this essay, author introduced the background information of design and application of single-phase induction motors in the first few pages. With the number of page increasing, the author demonstrated re
7、cent domestic and international situations of the technology to design single-phase induction motors and explained the research route of authors practice designing a single-phase induction machine. Some information of applications of single-phase asynchrony motors in daily life. The principles of si
8、ngle-phase induction motors were introduced as same as the applications.In the core part of this essay, the author explained the logic route of the design work at first, and then listed details of the design work step by step and equation by equation. A simple check on results of electromagnetic cal
9、culation was exhibited after the details. In the part of calculation, the author finished designing a single-phase induction machine referring to some experiential equations and reference values. In the simulation part, steps and results of a simulation done by ANSOFT RMXPRT were exhibited. The way
10、to use this software and the process of analysis done by ANSOFT RMXPRT were introduced. The author discussed the rationality of the results simulated.Through these steps, the rationality of the design done by the author would be justified. Having the essay done, the author learned to realize the str
11、ucture of single-phase induction motors and to understand the principles of single-phase asynchrony machines and the way to use ANSOFT RMXPRT to analyze properties of a single-phase induction motor. Key words: Single-phase induction motor Motor design CAD 目录摘要IAbstractII一 绪论11 课题背景12 国内外现状12.1新的电机设计
12、模型22.2 提高电机设计的准确性22.3高速异步电机设计的关键技术33 研究路线33.1 设计过程33.2 模拟运行状态44 单相异步电机的应用举例44.1 电扇44.2 洗衣机54.3 压缩式电冰箱6二 单相异步电机原理71 一相绕组通电72 两相绕组通电11三 单相异步电机的设计121 基本设计思路122 基础设计参数123 设计计算过程144 重要参数的选择325 初步计算结果中的问题及参数调整346 计算结果校验34四 ANSOFT RMXPRT仿真与仿真结果351 RMXPRT仿真过程352 RMXPRT仿真结果39五 总结42致谢43附录:ANSOFT RMXPRT计算结果44参
13、考文献52一 绪论1 课题背景异步电机在1885年由意大利物理学家和电气工程师费拉里斯发明。1888年,提出实验报告,对旋转磁场作了严格的科学描述,为以后开发异步电动机、自起动电动机奠定了基础。费拉里斯相信他所提出的旋转磁场理论以及他所开发的新产品在科学上的价值远远超过物质上的价值,因此他有意不为自己的发明申请专利,而是在实验室向公众演示这些最新成果。他还倡导使用交流电系统。同年,尼古拉特斯拉在美国取得了感应电机的专利。一年之后,Mikhail Dolivo-Dobrovolsky发明笼型异步电机Babbage C, Herschel J.W.F. Account of the repetit
14、ion of M. Aragos experiments on the magnetism manifested by various substances during the act of rotation,Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 1825:467-496。异步电机的发展迅速,对于相同大小的异步电机,额定功率由1897年的5.5kW发展到1976年的74.6kW。现在,鼠笼型异步电机是使用最广泛的异步电机。 异步电机主要用作电动机,其功率范围从几瓦到上万千瓦,是国民经济各行业和人们日常生活中应用最
15、广泛的电动机,为多种机械设备和家用电器提供动力。例如机床、中小型轧钢设备、风机、水泵、轻工机械、冶金和矿山机械等,大都采用三相异步电动机(asynchronous motor)拖动;电风扇、洗衣机、电冰箱、空调器等家用电器中则广泛使用单相异步电动机。异步电机也可作为发电机,用于风力发电厂和小型水电站等。在当今世界能源危机亮起红灯的大背景之下,世界范围内随处可见的单相异步电机用电能扮演着我们生活不可或缺的帮手:压缩式电冰箱、洗衣机、电风扇、排气扇等。设计单相异步电机的工作需要更高的效率、更高的精度,人们需要转速更快、体积更小、效率更高的单相异步电机来为他们服务。因此,研究单相异步电机的设计问题变
16、得很重要,在计算机辅助设计得到大量应用的今天,怎样才能有更高效率的设计方式让工程师有更多时间去思考单相异步电机的进化,怎样才能有更精确的电磁计算程序让模拟出来的数据和曲线能够确确实实地反映电机实物在实际工作环境中的功能与状态,怎样才能有更好的平台让世界范围内的电机设计师们能够方便地交流、把先进的技术和理念传播给需要帮助的人、教育质量不发达的国家和地区、入门的新人。研究单相异步电机的设计与应用绝对不是浪费时间。2 国内外现状可以肯定的是,如今的电机设计行业沐浴着电子科学技术与计算机网络技术进步井喷式发展的春风,电机设计师们要考虑的问题与10年、20年前完全不同。2.1新的电机设计模型中国CAE技
17、术研究、开发和应用可以说是几起几落,走着一条十分艰难的发展之路。已故我国著名计算数学家冯康先生在50年代就提出了有限元方法的基本思想,几乎是和国外同步 冯康. 基于变分原理的差分格式. 应用数学与计算数学, 1965, 30(11): 11-12。 在几十年的发展道路上,有限元分析用于电机设计的例子已经数不胜数 Tsukerman I A. Coupled Field - circuit Problems : Trends and AccomplishmentJ . IEEE Trans. Mag, 1993, 29(2) : 1701- 1704,新的有限元数学思想也带动了新的电机设计模型的
18、发展 Wang Jian-She. A NodalAnalysis Approach for 2D and 3D Magnetic- Coupled ProblemsJ. IEEE Trans. On Magnetic, 1996, 32(3): 1074-1077。异步电机产品分为大体积小功率和小体积大功率两大类。对于后者,在产品着手生产以前, 设计人员需要使用 2D /3D有限元法分析电机的电、磁、热、力各方面, 必须花费相当大精力以确保设计指标能够完全满足客户要求 Tan H Pham, Transient Finite Element Analysis of an Induction
19、Motor with External Circuit Connections and Electromechanical CouplingJ . IEEE Transactions on Energy Conversion, 1999, 14(4): 1407-1412。对于前者,情况显然不同, 本文集中讨论此类电机的设计方法。此类大体积小功率电机的设计对设计模型提出的基本要求就是: 快而准, 这是一个两难选择,传统等值电路模型在此领域独占鳌头 王爱龙, 熊光煜. 新型异步电机设计模型的研究. 微特电机, 2007, 8: 5860这种设计方法也称为等效电路-磁路法,数学模型的框架主要建立在
20、等值电路的基础上,等值电路中的参数采用磁路的方法求得, 或者是在假设前提下,根据电磁场方程用解析法求得。计算公式中的一些修正系数不可避免地依赖于设计者的个人经验, 一些设计程序经过若干年的调整、修正,已经最大限度地接近试验结果。然而, 传统的等值电路模型不仅受制于修正因子选取,而且也很难准确考虑诸如叠片的复杂磁路、饱和、集肤效应、铁心损耗等对电机性能的影响。特别是对于结构特殊的新产品的开发 Zhong L, Rahman M F. Analysis of direct torque control in permanent drivesJ. IEEE Tra on Power Electron
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