電機(jī)設(shè)計(jì)及其CAD-第1章課件

1課程內(nèi)容《電機(jī)設(shè)計(jì)及其CAD》是一門專業(yè)課，是電機(jī)學(xué)的后續(xù)課程。介紹電機(jī)設(shè)計(jì)理論、參數(shù)計(jì)算方法、性能計(jì)算方法、電磁設(shè)計(jì)方法、結(jié)構(gòu)型式的選擇、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法等。重點(diǎn)：參數(shù)計(jì)算方法、性能計(jì)算方法電磁設(shè)計(jì)方法《電機(jī)設(shè)計(jì)及其CAD》課程簡(jiǎn)介2022/11/251SchoolofElectricalEngineering1課程內(nèi)容《電機(jī)設(shè)計(jì)及其CAD》課程簡(jiǎn)介2022/11/2課程特點(diǎn)理論聯(lián)系實(shí)際，根據(jù)生產(chǎn)需要和生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行電機(jī)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)考慮生產(chǎn)工藝條件，有些參數(shù)的確定不能按照理論推導(dǎo)的最佳計(jì)算結(jié)果進(jìn)行，如：感應(yīng)電動(dòng)機(jī)氣隙長(zhǎng)度確定機(jī)殼厚度極限（小電動(dòng)機(jī)的機(jī)殼可以很薄、但很薄時(shí)，鐵水在砂型中迅速降溫、流動(dòng)性差，容易出現(xiàn)氣孔、砂眼等缺陷。）3課程目的 掌握電機(jī)設(shè)計(jì)的實(shí)施過程 掌握電機(jī)性能分析的基本方法2022/11/252SchoolofElectricalEngineering2課程特點(diǎn)2022/11/222SchoolofEle 掌握三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算方法初步掌握電機(jī)CAD軟件編制4課程安排授課32

上機(jī)12（安排三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)大作業(yè)）

2022/11/253SchoolofElectricalEngineering 掌握三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算方法2022/11/223Sch第一節(jié)

電機(jī)制造工業(yè)近況與發(fā)展趨勢(shì)

一．世界發(fā)電設(shè)備發(fā)展趨勢(shì)1、火電設(shè)備：火電廠建廠快、投資少。大多數(shù)國家以火電為主。50年代：100～200MW，60年代：300～600MW，七十年代后期：800～1300MW主要發(fā)展趨勢(shì)為普遍采用單機(jī)容量為600~800兆瓦容量火電機(jī)組；第一章電機(jī)設(shè)計(jì)概述2022/11/254SchoolofElectricalEngineering第一節(jié)電機(jī)制造工業(yè)近況與發(fā)展趨勢(shì)第一章電機(jī)設(shè)計(jì)概述2空冷技術(shù)2、水電設(shè)備60年代以前：最大200MW，60年代：200～500MW，70年代：600MW定子繞組：大多采用水內(nèi)冷轉(zhuǎn)子繞組：部分國家采用水內(nèi)冷，大多數(shù)采用空氣冷卻雙水內(nèi)冷：我國的自主創(chuàng)新成果。鄭光華教授和上海電機(jī)廠于1958年制造的12000千瓦雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)，是世界上第一臺(tái)定子、轉(zhuǎn)子雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)。1964年，鄭光華教授獲國家發(fā)明一等獎(jiǎng)，1985年獲國家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。2022/11/255SchoolofElectricalEngineering空冷技術(shù)2022/11/225SchoolofElect“內(nèi)冷”是冷卻的方法之一，即把線圈導(dǎo)線做成凹凸形或空心的讓風(fēng)直接吹到銅線上，對(duì)線圈進(jìn)行直接冷卻。冷卻介質(zhì)：空氣氫氣液體內(nèi)冷（上世紀(jì)50年代）水的冷卻能力為最高。國際上第一次出現(xiàn)水內(nèi)冷（1956年，定子）

對(duì)于轉(zhuǎn)子水內(nèi)冷，在文獻(xiàn)上雖然有過討論，但由于某些重大技術(shù)問題難以解決1958年以前，中國的雙水內(nèi)冷。步進(jìn)電機(jī)：華中科技大學(xué)2022/11/256SchoolofElectricalEngineering“內(nèi)冷”是冷卻的方法之一，即把線圈導(dǎo)線做成凹凸形或空心的讓風(fēng)3、中小型電機(jī)中小型電機(jī)是量大面廣的機(jī)電產(chǎn)品，它廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、公共設(shè)施和家用電器等各個(gè)領(lǐng)域，如風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)、紡織機(jī)、軋鋼機(jī)、機(jī)床、空調(diào)機(jī)、電動(dòng)車輛的動(dòng)力源等。其耗電量占全國總發(fā)電量的60%以上，中小型電機(jī)的發(fā)展對(duì)國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、能源利用、環(huán)境保護(hù)和人民生活的提高都起著重要作用，因此各國政府對(duì)其發(fā)展均相當(dāng)重視，并制定了相應(yīng)的法規(guī)，標(biāo)準(zhǔn)和優(yōu)惠政策加以制約、規(guī)范和扶持。2022/11/257SchoolofElectricalEngineering3、中小型電機(jī)2022/11/227SchoolofEl國外的發(fā)展趨勢(shì)：在材料、工藝、設(shè)計(jì)等方面不斷進(jìn)行改進(jìn)，電機(jī)更新?lián)Q代速度快、開發(fā)周期短。國外電機(jī)的先進(jìn)水平主要體現(xiàn)在：可靠性高、壽命長(zhǎng)、專業(yè)化程度高、電機(jī)效率高、噪聲低、重量輕、外形美觀、絕緣等級(jí)高（采用F級(jí)或H級(jí)）等方面。以美國為代表的工業(yè)發(fā)達(dá)國家又在高效電機(jī)、變頻電機(jī)和特種電機(jī)等方面作了大量細(xì)致和深入的研究工作，推出了新的產(chǎn)品系列，制定了相應(yīng)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，極大地豐富了電機(jī)各類和電機(jī)理論，拓展了電機(jī)市場(chǎng)。2022/11/258SchoolofElectricalEngineering國外的發(fā)展趨勢(shì)：2022/11/228SchoolofE國內(nèi)：材料工藝落后外形不美觀主要生產(chǎn)量大面廣的產(chǎn)品（檔次的、利潤(rùn)小、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈）、高附加值產(chǎn)品少、高效電機(jī)少、精密電機(jī)少。產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)（價(jià)格）節(jié)約材料和提高性能使得生產(chǎn)廠家進(jìn)退兩難。（1）高效節(jié)能電機(jī)的背景與發(fā)展

70年代的兩次世界性的能源危機(jī)。美國體會(huì)到能源對(duì)國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的穩(wěn)定的重要作用。2022/11/259SchoolofElectricalEngineering國內(nèi)：2022/11/229SchoolofElectr美國于80年代制定了電機(jī)能效標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)時(shí)能夠達(dá)到電機(jī)能效標(biāo)準(zhǔn)的電機(jī)被視為高效電機(jī)。對(duì)購買高效電機(jī)的用戶進(jìn)行補(bǔ)貼（每馬力10~20美元正好是低效電機(jī)與高效電機(jī)的差價(jià)）。1990年，在美國所有銷售的中小型電機(jī)中，已有20%~30%的電機(jī)達(dá)到了能效標(biāo)準(zhǔn)的要求。進(jìn)入90年代，全球環(huán)境問題又成為困擾世界經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的大問題。美國各階層的人們都認(rèn)識(shí)到，現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的發(fā)展必須依賴于大量能源的消耗，而消耗能源所帶來的污染降低了人們的生活品質(zhì)。繼續(xù)以加大能源的消耗來發(fā)展經(jīng)濟(jì)是行不通的，而簡(jiǎn)單地限制能源使用量也不可取。2022/11/2510SchoolofElectricalEngineering美國于80年代制定了電機(jī)能效標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)時(shí)能夠達(dá)到電機(jī)能效標(biāo)準(zhǔn)的解決這一問題最可行的方法是提高能源利用的技術(shù)水平。美國國會(huì)于1992年10月24日通過了《能源政策法案》，規(guī)定：97.10.24后只允許生產(chǎn)高效電動(dòng)機(jī)2002.10.10后生產(chǎn)更高效的電動(dòng)機(jī)2007.10后生產(chǎn)技術(shù)上達(dá)到極限，經(jīng)濟(jì)上可行的最高效電動(dòng)機(jī)高效電機(jī)會(huì)制造成本增加，價(jià)格有所提高。對(duì)于一些長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的場(chǎng)合，高效電機(jī)能為用戶節(jié)約更多的電費(fèi)，且電機(jī)壽命長(zhǎng)。美國的各大電機(jī)廠家紛紛推出自己的高效電機(jī)。2022/11/2511SchoolofElectricalEngineering解決這一問題最可行的方法是提高能源利用的技術(shù)水平。2022為進(jìn)一步節(jié)能，美國國家電氣生產(chǎn)商協(xié)會(huì)（NEMA）又制定了更高效率水平的電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)，即所謂的NEMA能效標(biāo)準(zhǔn)。發(fā)達(dá)國家的普通用途電機(jī)主要依賴進(jìn)口，而向不發(fā)達(dá)國家出口高附加值產(chǎn)品。（2）永磁電機(jī)用永磁體產(chǎn)生磁場(chǎng)永磁體種類永磁電機(jī)種類：無刷直流電機(jī)、自起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)、調(diào)速永磁同步電機(jī)、永磁直流電機(jī)永磁電機(jī)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)多樣、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、效率高2022/11/2512SchoolofElectricalEngineering為進(jìn)一步節(jié)能，美國國家電氣生產(chǎn)商協(xié)會(huì)（NEMA）又制定了（3）特種電機(jī)不斷出現(xiàn)4微特電機(jī)傳統(tǒng)微特電機(jī) 1、小功率感應(yīng)電機(jī) 2、永磁電機(jī) 3、低速電機(jī)機(jī)電一體化微特電機(jī) 1、變頻感應(yīng)電機(jī) 2、無刷直流電機(jī) 3、步進(jìn)電機(jī) 4、開關(guān)磁阻電機(jī) 5、低速大轉(zhuǎn)矩調(diào)速電機(jī)2022/11/2513SchoolofElectricalEngineering（3）特種電機(jī)不斷出現(xiàn)2022/11/2213Schoo2022/11/2514SchoolofElectricalEngineering2022/11/2214SchoolofElectric2022/11/2515SchoolofElectricalEngineering2022/11/2215SchoolofElectric新原理微特電機(jī) 1、超聲波電機(jī) 2、超微靜電電機(jī) 3、鞭毛電機(jī)2022/11/2516SchoolofElectricalEngineering新原理微特電機(jī)2022/11/2216SchoolofE第二節(jié)

電機(jī)設(shè)計(jì)的任務(wù)與過程一

電機(jī)設(shè)計(jì)的任務(wù)及設(shè)計(jì)時(shí)給定的數(shù)據(jù)1.何為電機(jī)設(shè)計(jì)根據(jù)用戶提出的產(chǎn)品規(guī)格（來自國家、使用單位和個(gè)人）技術(shù)要求（包括功率、電壓、和轉(zhuǎn)速等）和技術(shù)指標(biāo)（效率、溫升等），結(jié)合國家標(biāo)準(zhǔn)和生產(chǎn)實(shí)際，運(yùn)用有關(guān)設(shè)計(jì)理論與計(jì)算方法，設(shè)計(jì)出性符合要求、可靠性高、經(jīng)濟(jì)性好的合格產(chǎn)品。不同種類電機(jī)有不同的性能要求，同一類電機(jī)在不同應(yīng)用場(chǎng)合冶有不同的性能要求。普通感應(yīng)電動(dòng)機(jī)指標(biāo)：功率、功率因數(shù)、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)、起動(dòng)電流倍數(shù)、最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)、效率、溫升等。2022/11/2517SchoolofElectricalEngineering第二節(jié)電機(jī)設(shè)計(jì)的任務(wù)與過程2022/11/2217Scho2.對(duì)電機(jī)設(shè)計(jì)的要求設(shè)計(jì)準(zhǔn)確：避免大馬拉小車、小馬拉打車性能滿足要求可靠性高經(jīng)濟(jì)性好符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)電機(jī)設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜過程，對(duì)各項(xiàng)性能指標(biāo)要統(tǒng)籌兼顧。3.對(duì)設(shè)計(jì)人員的要求掌握相應(yīng)的知識(shí)和方法了解設(shè)計(jì)要求2022/11/2518SchoolofElectricalEngineering2.對(duì)電機(jī)設(shè)計(jì)的要求2022/11/2218School理論聯(lián)系實(shí)際，設(shè)計(jì)與工藝相結(jié)合4.電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)給定的數(shù)據(jù)和技術(shù)要求額定功率：輸出功率

電動(dòng)機(jī)輸出機(jī)械功率，發(fā)電機(jī)輸出電功率。額定電壓（供電方式：頻率）極數(shù)與連接方式額定頻率額定轉(zhuǎn)速額定功率因數(shù)其它要求：起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、起動(dòng)電流、牽入轉(zhuǎn)矩、牽出轉(zhuǎn)矩、過載能力等。

2022/11/2519SchoolofElectricalEngineering理論聯(lián)系實(shí)際，設(shè)計(jì)與工藝相結(jié)合2022/11/2219Sch二

電機(jī)設(shè)計(jì)的過程和內(nèi)容簡(jiǎn)介1

準(zhǔn)備階段聽取生產(chǎn)和使用單位的意見和要求;收集電機(jī)產(chǎn)品的技術(shù)資料；了解國家標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定（國、軍標(biāo)）然后編制技術(shù)任務(wù)書，形成技術(shù)條件。使用環(huán)境：如高溫、水下、高海拔等；性能要求：性能指標(biāo)、外形尺寸、安裝尺寸技術(shù)條件：制造廠與用戶間或設(shè)計(jì)者與制造廠之間的一種協(xié)議，相當(dāng)于技術(shù)合同，是設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和驗(yàn)收的依據(jù)。22電磁設(shè)計(jì)根據(jù)技術(shù)條件的規(guī)定，參照生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通過電。2022/11/2520SchoolofElectricalEngineering二電機(jī)設(shè)計(jì)的過程和內(nèi)容簡(jiǎn)介2022/11/2220Scho磁計(jì)算和方案比較，確定與所設(shè)計(jì)電機(jī)電磁性能有關(guān)的尺寸和數(shù)據(jù)，確定相關(guān)材料，核算其電磁性能，得到一個(gè)合格的電磁方案。包括：定轉(zhuǎn)子鐵心材料及尺寸繞組材料及尺寸3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定電機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)、部件尺寸、加工要求與材料規(guī)格要求、機(jī)械強(qiáng)度計(jì)算和溫升計(jì)算。⑴

確定防護(hù)型式、安裝方式、冷卻方式防護(hù)：對(duì)帶電部分和轉(zhuǎn)動(dòng)部分有機(jī)械保護(hù)。開啟、封閉，防爆、潛油、潛水2022/11/2521SchoolofElectricalEngineering磁計(jì)算和方案比較，確定與所設(shè)計(jì)電機(jī)電磁性能有關(guān)的尺寸和數(shù)據(jù)，安裝方式：底角安裝、凸緣安裝冷卻方式：自冷、自扇冷、他扇冷⑵

根據(jù)所選負(fù)荷高低，選取適當(dāng)?shù)耐L(fēng)冷卻系統(tǒng)⑶

安排總體結(jié)構(gòu)，繪制總裝圖⑷

零件的分裝配圖和零件圖

4

工藝設(shè)計(jì)（1）工藝流程的確定每一工件的加工，往往要經(jīng)過多道工序，這些工序的順序、加工方法、兩道工序之間的加工裕度、尺寸的檢驗(yàn)等，都要有合理安排，也就是工藝流程。如轉(zhuǎn)子軸：下料、打頂尖孔、粗車、精車、銑鍵槽、磨軸頸（與軸承配合的地方）。

2022/11/2522SchoolofElectricalEngineering安裝方式：底角安裝、凸緣安裝2022/11/2222Scho工藝流程要合理可行。如軸的加工，先銑鍵槽再精車，刀具和工件之間是斷續(xù)切削，工件表面光潔度無法保證，容易打刀。再如自起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子加工：鐵心沖剪鐵心疊壓套假軸轉(zhuǎn)子鑄鋁套軸轉(zhuǎn)子加工將永磁體從鐵心端部放入（2）工具、夾具、模具、量具的設(shè)計(jì)

在電機(jī)制造過程中，為保證質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率所必須的工具、夾具、模具、量具的設(shè)計(jì)。模具：沖模、鑄鋁模、繞線模等夾具：如保證定子機(jī)座兩端止口同心度的夾具

量具：關(guān)鍵尺寸的檢驗(yàn)工具

2022/11/2523SchoolofElectricalEngineering工藝流程要合理可行。2022/11/2223Schoolo1－定子鐵心2－定子槽3―轉(zhuǎn)子槽4－轉(zhuǎn)子鐵心5－永磁體6－軸自起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)2022/11/2524SchoolofElectricalEngineering1－定子鐵心2－定子槽3―轉(zhuǎn)子槽4－轉(zhuǎn)子鐵心第三節(jié)國家標(biāo)準(zhǔn)一

國家標(biāo)準(zhǔn)國家有關(guān)部門在總結(jié)以往電機(jī)設(shè)計(jì)、制造和使用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，從當(dāng)前實(shí)際出發(fā)，并考慮今后的發(fā)展學(xué)要，而對(duì)電機(jī)提出的一定要求的文件。特點(diǎn)：結(jié)合考慮產(chǎn)品實(shí)用性、技術(shù)先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)合理性、使用可靠性和生產(chǎn)上的可能性作用：電機(jī)質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，電機(jī)生產(chǎn)依據(jù)。二

國標(biāo)分類國家頒布（GB）和部頒布（例如JB）⑴

電機(jī)的一般規(guī)定和技術(shù)要求2022/11/2525SchoolofElectricalEngineering第三節(jié)國家標(biāo)準(zhǔn)2022/11/2225Schoolof《GB755-87電機(jī)基本技術(shù)要求》：規(guī)定各類電機(jī)的技術(shù)要求，試驗(yàn)項(xiàng)目、試驗(yàn)方法、銘牌和線端標(biāo)志。（2）一種或幾種具體類型電機(jī)的技術(shù)條件《JB3074-82Y列(IP44)三相異步電機(jī)技術(shù)條件（1980-2807）》：對(duì)額定數(shù)據(jù)、使用條件、性能指標(biāo)及允許偏差、安裝尺寸、試驗(yàn)方法、驗(yàn)收規(guī)則以及標(biāo)準(zhǔn)、包裝、保管等有詳細(xì)而明確的規(guī)定。容差：大批量生產(chǎn)時(shí)，材料和工藝參數(shù)的允許波動(dòng)、各種測(cè)量方法和儀表的允許誤差、各廠具體生產(chǎn)條件的不同，使產(chǎn)品性能指標(biāo)不可能絕對(duì)達(dá)到技術(shù)要求規(guī)定的數(shù)值。2022/11/2526SchoolofElectricalEngineering《GB755-87電機(jī)基本技術(shù)要求》：規(guī)定各類電機(jī)的技術(shù)要求⑶

各種電機(jī)的試驗(yàn)方法型式試驗(yàn)與檢查試驗(yàn)方法，測(cè)量?jī)x器選擇國標(biāo)要修訂：發(fā)電機(jī)波形瞬變率≤5%企標(biāo)第四節(jié)標(biāo)準(zhǔn)化和通用化目的：提高生產(chǎn)率、降低制造成本一

標(biāo)準(zhǔn)化1（1）

零部件標(biāo)準(zhǔn)化采用標(biāo)準(zhǔn)件：螺釘、螺母、軸承、銅線，便于生產(chǎn)2（2）安裝尺寸標(biāo)準(zhǔn)化2022/11/2527SchoolofElectricalEngineering⑶各種電機(jī)的試驗(yàn)方法2022/11/2227School中心高，地角螺釘?shù)目v橫向間距，軸伸直徑，鍵槽規(guī)格，軸身長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)化。便于用戶使用。二

通用化

鐵心沖模價(jià)格高：?jiǎn)尾蹧_模：幾百-幾千元

復(fù)式?jīng)_槽：幾千-幾萬

高速?zèng)_模：幾十萬盡量用一套沖模生產(chǎn)盡可能多的規(guī)格的沖片（1）

電機(jī)外徑不能隨意選擇

鋁鋼片寬度1m，選擇外徑要考慮材料的利用率

直徑為245mm時(shí)，可沖四個(gè)沖件

若為230mm，則浪費(fèi)較大2022/11/2528SchoolofElectricalEngineering中心高，地角螺釘?shù)目v橫向間距，軸伸直徑，鍵槽規(guī)格，軸身長(zhǎng)度的同一外徑可對(duì)應(yīng)不同的極數(shù)的電機(jī)：內(nèi)徑可不同，長(zhǎng)度也可不同。（2）

沖片盡量通用同一極數(shù)的不同功率電機(jī)（相近）可選用同一沖片，調(diào)整長(zhǎng)度可提高沖模通用性。材料利用不盡合理，但總體上是經(jīng)濟(jì)的（3）其它部件的通用性

盡量使用已有產(chǎn)品的零部件2022/11/2529SchoolofElectricalEngineering同一外徑可對(duì)應(yīng)不同的極數(shù)的電機(jī)：內(nèi)徑可不同，長(zhǎng)度也可不同。21課程內(nèi)容《電機(jī)設(shè)計(jì)及其CAD》是一門專業(yè)課，是電機(jī)學(xué)的后續(xù)課程。介紹電機(jī)設(shè)計(jì)理論、參數(shù)計(jì)算方法、性能計(jì)算方法、電磁設(shè)計(jì)方法、結(jié)構(gòu)型式的選擇、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法等。重點(diǎn)：參數(shù)計(jì)算方法、性能計(jì)算方法電磁設(shè)計(jì)方法《電機(jī)設(shè)計(jì)及其CAD》課程簡(jiǎn)介2022/11/2530SchoolofElectricalEngineering1課程內(nèi)容《電機(jī)設(shè)計(jì)及其CAD》課程簡(jiǎn)介2022/11/2課程特點(diǎn)理論聯(lián)系實(shí)際，根據(jù)生產(chǎn)需要和生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行電機(jī)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)考慮生產(chǎn)工藝條件，有些參數(shù)的確定不能按照理論推導(dǎo)的最佳計(jì)算結(jié)果進(jìn)行，如：感應(yīng)電動(dòng)機(jī)氣隙長(zhǎng)度確定機(jī)殼厚度極限（小電動(dòng)機(jī)的機(jī)殼可以很薄、但很薄時(shí)，鐵水在砂型中迅速降溫、流動(dòng)性差，容易出現(xiàn)氣孔、砂眼等缺陷。）3課程目的 掌握電機(jī)設(shè)計(jì)的實(shí)施過程 掌握電機(jī)性能分析的基本方法2022/11/2531SchoolofElectricalEngineering2課程特點(diǎn)2022/11/222SchoolofEle 掌握三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算方法初步掌握電機(jī)CAD軟件編制4課程安排授課32

上機(jī)12（安排三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)大作業(yè)）

2022/11/2532SchoolofElectricalEngineering 掌握三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算方法2022/11/223Sch第一節(jié)

電機(jī)制造工業(yè)近況與發(fā)展趨勢(shì)

一．世界發(fā)電設(shè)備發(fā)展趨勢(shì)1、火電設(shè)備：火電廠建廠快、投資少。大多數(shù)國家以火電為主。50年代：100～200MW，60年代：300～600MW，七十年代后期：800～1300MW主要發(fā)展趨勢(shì)為普遍采用單機(jī)容量為600~800兆瓦容量火電機(jī)組；第一章電機(jī)設(shè)計(jì)概述2022/11/2533SchoolofElectricalEngineering第一節(jié)電機(jī)制造工業(yè)近況與發(fā)展趨勢(shì)第一章電機(jī)設(shè)計(jì)概述2空冷技術(shù)2、水電設(shè)備60年代以前：最大200MW，60年代：200～500MW，70年代：600MW定子繞組：大多采用水內(nèi)冷轉(zhuǎn)子繞組：部分國家采用水內(nèi)冷，大多數(shù)采用空氣冷卻雙水內(nèi)冷：我國的自主創(chuàng)新成果。鄭光華教授和上海電機(jī)廠于1958年制造的12000千瓦雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)，是世界上第一臺(tái)定子、轉(zhuǎn)子雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)。1964年，鄭光華教授獲國家發(fā)明一等獎(jiǎng)，1985年獲國家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。2022/11/2534SchoolofElectricalEngineering空冷技術(shù)2022/11/225SchoolofElect“內(nèi)冷”是冷卻的方法之一，即把線圈導(dǎo)線做成凹凸形或空心的讓風(fēng)直接吹到銅線上，對(duì)線圈進(jìn)行直接冷卻。冷卻介質(zhì)：空氣氫氣液體內(nèi)冷（上世紀(jì)50年代）水的冷卻能力為最高。國際上第一次出現(xiàn)水內(nèi)冷（1956年，定子）

對(duì)于轉(zhuǎn)子水內(nèi)冷，在文獻(xiàn)上雖然有過討論，但由于某些重大技術(shù)問題難以解決1958年以前，中國的雙水內(nèi)冷。步進(jìn)電機(jī)：華中科技大學(xué)2022/11/2535SchoolofElectricalEngineering“內(nèi)冷”是冷卻的方法之一，即把線圈導(dǎo)線做成凹凸形或空心的讓風(fēng)3、中小型電機(jī)中小型電機(jī)是量大面廣的機(jī)電產(chǎn)品，它廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、公共設(shè)施和家用電器等各個(gè)領(lǐng)域，如風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)、紡織機(jī)、軋鋼機(jī)、機(jī)床、空調(diào)機(jī)、電動(dòng)車輛的動(dòng)力源等。其耗電量占全國總發(fā)電量的60%以上，中小型電機(jī)的發(fā)展對(duì)國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、能源利用、環(huán)境保護(hù)和人民生活的提高都起著重要作用，因此各國政府對(duì)其發(fā)展均相當(dāng)重視，并制定了相應(yīng)的法規(guī)，標(biāo)準(zhǔn)和優(yōu)惠政策加以制約、規(guī)范和扶持。2022/11/2536SchoolofElectricalEngineering3、中小型電機(jī)2022/11/227SchoolofEl國外的發(fā)展趨勢(shì)：在材料、工藝、設(shè)計(jì)等方面不斷進(jìn)行改進(jìn)，電機(jī)更新?lián)Q代速度快、開發(fā)周期短。國外電機(jī)的先進(jìn)水平主要體現(xiàn)在：可靠性高、壽命長(zhǎng)、專業(yè)化程度高、電機(jī)效率高、噪聲低、重量輕、外形美觀、絕緣等級(jí)高（采用F級(jí)或H級(jí)）等方面。以美國為代表的工業(yè)發(fā)達(dá)國家又在高效電機(jī)、變頻電機(jī)和特種電機(jī)等方面作了大量細(xì)致和深入的研究工作，推出了新的產(chǎn)品系列，制定了相應(yīng)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，極大地豐富了電機(jī)各類和電機(jī)理論，拓展了電機(jī)市場(chǎng)。2022/11/2537SchoolofElectricalEngineering國外的發(fā)展趨勢(shì)：2022/11/228SchoolofE國內(nèi)：材料工藝落后外形不美觀主要生產(chǎn)量大面廣的產(chǎn)品（檔次的、利潤(rùn)小、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈）、高附加值產(chǎn)品少、高效電機(jī)少、精密電機(jī)少。產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)（價(jià)格）節(jié)約材料和提高性能使得生產(chǎn)廠家進(jìn)退兩難。（1）高效節(jié)能電機(jī)的背景與發(fā)展

70年代的兩次世界性的能源危機(jī)。美國體會(huì)到能源對(duì)國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的穩(wěn)定的重要作用。2022/11/2538SchoolofElectricalEngineering國內(nèi)：2022/11/229SchoolofElectr美國于80年代制定了電機(jī)能效標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)時(shí)能夠達(dá)到電機(jī)能效標(biāo)準(zhǔn)的電機(jī)被視為高效電機(jī)。對(duì)購買高效電機(jī)的用戶進(jìn)行補(bǔ)貼（每馬力10~20美元正好是低效電機(jī)與高效電機(jī)的差價(jià)）。1990年，在美國所有銷售的中小型電機(jī)中，已有20%~30%的電機(jī)達(dá)到了能效標(biāo)準(zhǔn)的要求。進(jìn)入90年代，全球環(huán)境問題又成為困擾世界經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的大問題。美國各階層的人們都認(rèn)識(shí)到，現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的發(fā)展必須依賴于大量能源的消耗，而消耗能源所帶來的污染降低了人們的生活品質(zhì)。繼續(xù)以加大能源的消耗來發(fā)展經(jīng)濟(jì)是行不通的，而簡(jiǎn)單地限制能源使用量也不可取。2022/11/2539SchoolofElectricalEngineering美國于80年代制定了電機(jī)能效標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)時(shí)能夠達(dá)到電機(jī)能效標(biāo)準(zhǔn)的解決這一問題最可行的方法是提高能源利用的技術(shù)水平。美國國會(huì)于1992年10月24日通過了《能源政策法案》，規(guī)定：97.10.24后只允許生產(chǎn)高效電動(dòng)機(jī)2002.10.10后生產(chǎn)更高效的電動(dòng)機(jī)2007.10后生產(chǎn)技術(shù)上達(dá)到極限，經(jīng)濟(jì)上可行的最高效電動(dòng)機(jī)高效電機(jī)會(huì)制造成本增加，價(jià)格有所提高。對(duì)于一些長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的場(chǎng)合，高效電機(jī)能為用戶節(jié)約更多的電費(fèi)，且電機(jī)壽命長(zhǎng)。美國的各大電機(jī)廠家紛紛推出自己的高效電機(jī)。2022/11/2540SchoolofElectricalEngineering解決這一問題最可行的方法是提高能源利用的技術(shù)水平。2022為進(jìn)一步節(jié)能，美國國家電氣生產(chǎn)商協(xié)會(huì)（NEMA）又制定了更高效率水平的電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)，即所謂的NEMA能效標(biāo)準(zhǔn)。發(fā)達(dá)國家的普通用途電機(jī)主要依賴進(jìn)口，而向不發(fā)達(dá)國家出口高附加值產(chǎn)品。（2）永磁電機(jī)用永磁體產(chǎn)生磁場(chǎng)永磁體種類永磁電機(jī)種類：無刷直流電機(jī)、自起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)、調(diào)速永磁同步電機(jī)、永磁直流電機(jī)永磁電機(jī)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)多樣、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、效率高2022/11/2541SchoolofElectricalEngineering為進(jìn)一步節(jié)能，美國國家電氣生產(chǎn)商協(xié)會(huì)（NEMA）又制定了（3）特種電機(jī)不斷出現(xiàn)4微特電機(jī)傳統(tǒng)微特電機(jī) 1、小功率感應(yīng)電機(jī) 2、永磁電機(jī) 3、低速電機(jī)機(jī)電一體化微特電機(jī) 1、變頻感應(yīng)電機(jī) 2、無刷直流電機(jī) 3、步進(jìn)電機(jī) 4、開關(guān)磁阻電機(jī) 5、低速大轉(zhuǎn)矩調(diào)速電機(jī)2022/11/2542SchoolofElectricalEngineering（3）特種電機(jī)不斷出現(xiàn)2022/11/2213Schoo2022/11/2543SchoolofElectricalEngineering2022/11/2214SchoolofElectric2022/11/2544SchoolofElectricalEngineering2022/11/2215SchoolofElectric新原理微特電機(jī) 1、超聲波電機(jī) 2、超微靜電電機(jī) 3、鞭毛電機(jī)2022/11/2545SchoolofElectricalEngineering新原理微特電機(jī)2022/11/2216SchoolofE第二節(jié)

電機(jī)設(shè)計(jì)的任務(wù)與過程一

電機(jī)設(shè)計(jì)的任務(wù)及設(shè)計(jì)時(shí)給定的數(shù)據(jù)1.何為電機(jī)設(shè)計(jì)根據(jù)用戶提出的產(chǎn)品規(guī)格（來自國家、使用單位和個(gè)人）技術(shù)要求（包括功率、電壓、和轉(zhuǎn)速等）和技術(shù)指標(biāo)（效率、溫升等），結(jié)合國家標(biāo)準(zhǔn)和生產(chǎn)實(shí)際，運(yùn)用有關(guān)設(shè)計(jì)理論與計(jì)算方法，設(shè)計(jì)出性符合要求、可靠性高、經(jīng)濟(jì)性好的合格產(chǎn)品。不同種類電機(jī)有不同的性能要求，同一類電機(jī)在不同應(yīng)用場(chǎng)合冶有不同的性能要求。普通感應(yīng)電動(dòng)機(jī)指標(biāo)：功率、功率因數(shù)、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)、起動(dòng)電流倍數(shù)、最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)、效率、溫升等。2022/11/2546SchoolofElectricalEngineering第二節(jié)電機(jī)設(shè)計(jì)的任務(wù)與過程2022/11/2217Scho2.對(duì)電機(jī)設(shè)計(jì)的要求設(shè)計(jì)準(zhǔn)確：避免大馬拉小車、小馬拉打車性能滿足要求可靠性高經(jīng)濟(jì)性好符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)電機(jī)設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜過程，對(duì)各項(xiàng)性能指標(biāo)要統(tǒng)籌兼顧。3.對(duì)設(shè)計(jì)人員的要求掌握相應(yīng)的知識(shí)和方法了解設(shè)計(jì)要求2022/11/2547SchoolofElectricalEngineering2.對(duì)電機(jī)設(shè)計(jì)的要求2022/11/2218School理論聯(lián)系實(shí)際，設(shè)計(jì)與工藝相結(jié)合4.電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)給定的數(shù)據(jù)和技術(shù)要求額定功率：輸出功率

電動(dòng)機(jī)輸出機(jī)械功率，發(fā)電機(jī)輸出電功率。額定電壓（供電方式：頻率）極數(shù)與連接方式額定頻率額定轉(zhuǎn)速額定功率因數(shù)其它要求：起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、起動(dòng)電流、牽入轉(zhuǎn)矩、牽出轉(zhuǎn)矩、過載能力等。

2022/11/2548SchoolofElectricalEngineering理論聯(lián)系實(shí)際，設(shè)計(jì)與工藝相結(jié)合2022/11/2219Sch二

電機(jī)設(shè)計(jì)的過程和內(nèi)容簡(jiǎn)介1

準(zhǔn)備階段聽取生產(chǎn)和使用單位的意見和要求;收集電機(jī)產(chǎn)品的技術(shù)資料；了解國家標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定（國、軍標(biāo)）然后編制技術(shù)任務(wù)書，形成技術(shù)條件。使用環(huán)境：如高溫、水下、高海拔等；性能要求：性能指標(biāo)、外形尺寸、安裝尺寸技術(shù)條件：制造廠與用戶間或設(shè)計(jì)者與制造廠之間的一種協(xié)議，相當(dāng)于技術(shù)合同，是設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和驗(yàn)收的依據(jù)。22電磁設(shè)計(jì)根據(jù)技術(shù)條件的規(guī)定，參照生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通過電。2022/11/2549SchoolofElectricalEngineering二電機(jī)設(shè)計(jì)的過程和內(nèi)容簡(jiǎn)介2022/11/2220Scho磁計(jì)算和方案比較，確定與所設(shè)計(jì)電機(jī)電磁性能有關(guān)的尺寸和數(shù)據(jù)，確定相關(guān)材料，核算其電磁性能，得到一個(gè)合格的電磁方案。包括：定轉(zhuǎn)子鐵心材料及尺寸繞組材料及尺寸3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定電機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)、部件尺寸、加工要求與材料規(guī)格要求、機(jī)械強(qiáng)度計(jì)算和溫升計(jì)算。⑴

確定防護(hù)型式、安裝方式、冷卻方式防護(hù)：對(duì)帶電部分和轉(zhuǎn)動(dòng)部分有機(jī)械保護(hù)。開啟、封閉，防爆、潛油、潛水2022/11/2550SchoolofElectricalEngineering磁計(jì)算和方案比較，確定與所設(shè)計(jì)電機(jī)電磁性能有關(guān)的尺寸和數(shù)據(jù)，安裝方式：底角安裝、凸緣安裝冷卻方式：自冷、自扇冷、他扇冷⑵

根據(jù)所選負(fù)荷高低，選取適當(dāng)?shù)耐L(fēng)冷卻系統(tǒng)⑶

安排總體結(jié)構(gòu)，繪制總裝圖⑷

零件的分裝配圖和零件圖

4

工藝設(shè)計(jì)（1）工藝流程的確定每一工件的加工，往往要經(jīng)過多道工序，這些工序的順序、加工方法、兩道工序之間的加工裕度、尺寸的檢驗(yàn)等，都要有合理安排，也就是工藝流程。如轉(zhuǎn)子軸：下料、打頂尖孔、粗車、精車、銑鍵槽、磨軸頸（與軸承配合的地方）。

2022/11/2551SchoolofElectricalEngineering安裝方式：底角安裝、凸緣安裝2022/11/2222Scho工藝流程要合理可行。如軸的加工，先銑鍵槽再精車，刀具和工件之間是斷續(xù)切削，工件表面光潔度無法保證，容易打刀。再如自起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子加工：鐵心沖剪鐵心疊壓套假軸轉(zhuǎn)子鑄鋁套軸轉(zhuǎn)子加工將永磁體從鐵心端部放入（2）工具、夾具、模具、量具的設(shè)計(jì)

在電機(jī)制造過程中，為保證質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率所必須的工具、夾具、模具、量具的設(shè)計(jì)。模具：沖模、鑄鋁模、繞線模等夾具：如保證定子機(jī)座兩端止口同心度的夾具

量具：關(guān)鍵尺寸的檢驗(yàn)工具

2022/11/2552SchoolofElectricalEngineering工藝流程要合理可行。2022/11/2223Schoolo1－定子鐵心2－定子槽3―轉(zhuǎn)子槽4－轉(zhuǎn)子鐵心5－永磁體6－軸自起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)2022/11/2553SchoolofEl