電機(jī)設(shè)計(jì)及其CAD-第1章

SchoolofElectricalEngineering109十一月20241課程內(nèi)容是一門專業(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、磁路計(jì)算方法、參數(shù)計(jì)算方法、性能計(jì)算方法、電磁設(shè)計(jì)方法、溫升計(jì)算、結(jié)構(gòu)型式的選擇、電磁振動(dòng)與噪聲、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法等。重點(diǎn)：電機(jī)設(shè)計(jì)理論、電磁參數(shù)計(jì)算方法、電磁性能計(jì)算方法、電磁設(shè)計(jì)方法（以電機(jī)為例介紹電磁裝置的設(shè)計(jì)方法）課程簡(jiǎn)介SchoolofElectricalEngineering209十一月2024初步掌握電機(jī)CAD軟件編制方法SchoolofElectricalEngineering309十一月20244課程安排32學(xué)時(shí):授課各單元作業(yè)SchoolofElectricalEngineering409十一月2024第一章電機(jī)設(shè)計(jì)概述SchoolofElectricalEngineering509十一月2024第一座自己創(chuàng)辦的電廠：西苑電燈公所，1889.1發(fā)電，20馬力1882年，英國(guó)人立德?tīng)柍闪⑸虾ｋ姎夤?，今南京東路190號(hào)創(chuàng)辦了中國(guó)第一座發(fā)電廠。7月26日19時(shí)，電廠開(kāi)始供電，夜幕下，弧光燈一齊發(fā)光。SchoolofElectricalEngineering609十一月2024中國(guó)第一座水電站：1905年，臺(tái)灣龜山水電站（500kW）中國(guó)自建的第一座水電站：石龍壩發(fā)電廠位于滇池出水道，距離昆明70公里。1908年開(kāi)始籌建，1910年開(kāi)工，1912年4月發(fā)電，送電到昆明市區(qū)，23kV。

1、2號(hào)機(jī)組共480千瓦，西門子公司制造的機(jī)組，奧地利伏依特公司生產(chǎn)的水輪機(jī)仍在運(yùn)行，7040kW。SchoolofElectricalEngineering709十一月2024我國(guó)生產(chǎn)的第一套發(fā)電設(shè)備：

1936年，發(fā)展重工業(yè)的第一個(gè)三年計(jì)劃，航空發(fā)動(dòng)機(jī)、動(dòng)力機(jī)械和工具機(jī)具的制造廠，成立中央電工器材廠（現(xiàn)在的湘潭電機(jī)廠）和中央機(jī)器廠（現(xiàn)在的昆明機(jī)床廠）SchoolofElectricalEngineering809十一月2024SchoolofElectricalEngineering909十一月2024SchoolofElectricalEngineering1009十一月2024SchoolofElectricalEngineering1109十一月20241958年，根據(jù)蘇聯(lián)圖紙資料于制成第一臺(tái)仿25MW空冷式汽輪發(fā)電機(jī)按蘇聯(lián)圖紙制造30MW

自行設(shè)計(jì)一臺(tái)50MW，設(shè)計(jì)不成熟，只生產(chǎn)2臺(tái)

蘇聯(lián)圖紙50WM

1960年，按蘇聯(lián)圖紙制造100MW，因定點(diǎn)電廠下馬，閑置4年，1967年安裝在高井電廠。上述工作為自行開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)。1958～1978年：自行開(kāi)發(fā)0.75-600MW汽輪發(fā)電機(jī)（1）雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)1958年6月26日，鄭光華、王槱生等人首先提出了轉(zhuǎn)子繞組銅線內(nèi)通水冷卻方案，并試驗(yàn)成功。SchoolofElectricalEngineering1209十一月2024SchoolofElectricalEngineering1309十一月202427日到上海電機(jī)廠

28日交流

7月7日成立課題組開(kāi)始設(shè)計(jì)

9月試制成功世界首臺(tái)12MW隱極式雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)

1958年12月并網(wǎng)運(yùn)行

1959年,25MW和50MW雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)

1960年,100MW雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)。

6月28日，浙江省委第一書(shū)記接見(jiàn)浙大課題組老師，指示蕭山電機(jī)廠進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造

同年,3MW、1500r/min凸極式雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)，并網(wǎng)運(yùn)行。雙水內(nèi)冷為自主創(chuàng)新成果。電磁彈射SchoolofElectricalEngineering1409十一月2024SchoolofElectricalEngineering1509十一月2024

1972年，哈機(jī)廠試制成200MW氫水冷汽輪發(fā)電機(jī)：定子繞組水內(nèi)冷、轉(zhuǎn)子繞組氫內(nèi)冷、鐵芯氫冷，75年順利并網(wǎng)發(fā)電。以后，哈機(jī)廠生產(chǎn)的200MW及以上大電機(jī)組一般均采用水氫氫冷卻。SchoolofElectricalEngineering1609十一月2024（3）空冷發(fā)電機(jī)50年代仿造的空冷汽輪發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中暴露出不少缺點(diǎn)。1961～1963年期間，全國(guó)電機(jī)行業(yè)進(jìn)行聯(lián)合設(shè)計(jì)，對(duì)仿蘇和仿捷系列進(jìn)行了完善。

聯(lián)合設(shè)計(jì)QF新系列：3～25MW首臺(tái)機(jī)組先后在1962一1965年期間試制完成。該新系列后來(lái)在行業(yè)中推廣和批量生產(chǎn)。SchoolofElectricalEngineering1709十一月2024原因：一是先天不足，缺乏必要的試驗(yàn)依據(jù)；二是后天失調(diào)，粗制濫造。整頓的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，可靠性大大提高。但仍存在一些問(wèn)題，發(fā)電機(jī)絕緣等。SchoolofElectricalEngineering1809十一月2024上?；爻兄频?00MW考核機(jī)組于1985年制成，裝在山東石橫電廠，1987年7月投運(yùn)，1988年5月通過(guò)考核試驗(yàn)SchoolofElectricalEngineering1909十一月2024哈爾濱基地承制的600MW考核機(jī)組于1986年制成，裝在安徽平纖電廠。于1989年11月投運(yùn)。SchoolofElectricalEngineering2009十一月20242007年，世界最大的水電機(jī)組在三峽運(yùn)行成功。由哈電獨(dú)立設(shè)計(jì)建造，700MW。此前，我國(guó)只有設(shè)計(jì)、制造320MW水電機(jī)組的能力。SchoolofElectricalEngineering2109十一月2024SchoolofElectricalEngineering2209十一月2024（1）單機(jī)容量：70年代中期突破1200MW后停滯不前，巨型機(jī)組暴露一些問(wèn)題，對(duì)巨型汽輪發(fā)電機(jī)需求量的增長(zhǎng)減緩（2）一些公司汽輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)量急劇下降

GE（通用電氣）和西屋公司，80年代后急劇下降SchoolofElectricalEngineering2309十一月2024（3）歐美公司并購(gòu)重組．形成4大集團(tuán)

演變過(guò)程（4）核電機(jī)組需求量增加70年代起，核電單機(jī)容量的增長(zhǎng)速度就超過(guò)常規(guī)機(jī)組。80年代后，研制成功1000MW級(jí)及以上的核電機(jī)組，投運(yùn)的許多核電機(jī)組的單機(jī)容量也超過(guò)1000MW。以500—600MW級(jí)機(jī)組為主。目前核電汽輪發(fā)電機(jī)的發(fā)展速度也已減緩，甚至停滯不前

（5）冷卻方式：早期：氫冷、空冷SchoolofElectricalEngineering2409十一月2024目前：定子繞組：大多采用水內(nèi)冷轉(zhuǎn)子繞組：部分國(guó)家采用水內(nèi)冷，多采用氫冷或空冷。“內(nèi)冷”：把線圈導(dǎo)線做成空心的，讓流體直接吹過(guò)銅線，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）SchoolofElectricalEngineering2509十一月2024雙水內(nèi)冷：我國(guó)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，鄭光華獲國(guó)家發(fā)明一等獎(jiǎng)，1985年獲國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。SchoolofElectricalEngineering2609十一月2024（3）西門子體系：氫氫氫、水氫氫（4）ABB體系：主要方式：水氫氫，其次：雙水內(nèi)冷水電設(shè)備60年代以前，最大200MW

60年代，200～500MW

70年代，600MW

定子繞組水內(nèi)冷、轉(zhuǎn)子繞組強(qiáng)迫空氣冷（有的水內(nèi)冷）SchoolofElectricalEngineering2709十一月2024SchoolofElectricalEngineering2809十一月2024SchoolofElectricalEngineering2909十一月20242國(guó)內(nèi)發(fā)展概況產(chǎn)量大、價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)主要生產(chǎn)量大面廣的產(chǎn)品（檔次低、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：材料和生產(chǎn)工藝落后外形不美觀缺乏法規(guī)的支持，節(jié)材和提高性能使廠家進(jìn)退兩難。三、高效節(jié)能電機(jī)1國(guó)外

70年代的兩次世界性的能源危機(jī)。SchoolofElectricalEngineering3009十一月2024SchoolofElectricalEngineering3109十一月2024SchoolofElectricalEngineering3209十一月2024對(duì)購(gòu)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(guó)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(wèn)題又成為困擾世界經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的大問(wèn)題。美國(guó)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(lái)的污染降低了生活品質(zhì)。繼續(xù)以加大能源的消耗來(lái)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。SchoolofElectricalEngineering3309十一月2024SchoolofElectricalEngineering3409十一月2024為進(jìn)一步節(jié)能，美國(guó)國(guó)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)。

世界主要國(guó)家都制定了自己的高效電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)。

發(fā)達(dá)國(guó)家的普通用途電機(jī)主要依賴進(jìn)口，而向不發(fā)達(dá)國(guó)家出口高附加值產(chǎn)品。

SchoolofElectricalEngineering3509十一月2024SchoolofElectricalEngineering3609十一月20241979年開(kāi)始，組織了Y系列電動(dòng)機(jī)的統(tǒng)一設(shè)計(jì)，采用B級(jí)別絕緣，性能良好，運(yùn)行可靠。功率范圍為0.55～250kW，機(jī)座中心高為80～315mm，共12個(gè)機(jī)座。上世紀(jì)90年代，又設(shè)計(jì)了替代Y系列電動(dòng)機(jī)的Y2系列，與Y系列相比，Y2系列提高了防護(hù)等級(jí)和絕緣等級(jí)，降低了噪音，電機(jī)結(jié)構(gòu)更為合理，安裝尺寸及功率等級(jí)符合IEC標(biāo)準(zhǔn)。其功率范圍為0.12～315kW，機(jī)座高為63～355mm，共15個(gè)機(jī)座。是目前的主流產(chǎn)品。比Y系列體積小、效率稍低、電磁負(fù)荷高本世紀(jì)初，Y3系列的設(shè)計(jì)，Y3系列電機(jī)全部采用冷軋硅鋼片，具有效率高、噪音低、起動(dòng)性能好等優(yōu)點(diǎn)。SchoolofElectricalEngineering3709十一月2024這些系列產(chǎn)品均為一般效率電動(dòng)機(jī)，目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的高效率電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品主要用于出口。3我國(guó)的電動(dòng)機(jī)能效標(biāo)準(zhǔn)（1）1998年頒布了“節(jié)約能源法”對(duì)若干重要用能產(chǎn)品規(guī)定了最低能效限值，實(shí)施了節(jié)能產(chǎn)品的認(rèn)證制度。（2）2OO2年1月頒發(fā)了“中小型的三相異步電動(dòng)機(jī)能效限定值和節(jié)能評(píng)價(jià)值(GB18613-2002)”標(biāo)準(zhǔn)有二套效率指標(biāo)：最低效率限值：屬?gòu)?qiáng)制性指標(biāo)；目前所生產(chǎn)的電動(dòng)機(jī)的平均效率水平SchoolofElectricalEngineering3809十一月2024

（3）2006年，GB18613-2006《中小型三相異步電動(dòng)機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》分為1、2、3級(jí)能效限定值：100%、75%額定功率的效率均應(yīng)不低于3級(jí)。目標(biāo)能效限定值：100%、75%額定功率的效率均應(yīng)不低于2級(jí)，其值在本標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施之日4年后開(kāi)始實(shí)施。節(jié)能評(píng)價(jià)值:100%、75%額定功率的效率均應(yīng)不低于1級(jí)2007年07月01日實(shí)施。節(jié)能效率評(píng)價(jià)值：屬推薦性指標(biāo)。比前者高2～3個(gè)百分點(diǎn)，為節(jié)能電動(dòng)機(jī)的效率水平。SchoolofElectricalEngineering3909十一月2024SchoolofElectricalEngineering4009十一月2024SchoolofElectricalEngineering4109十一月2024SchoolofElectricalEngineering4209十一月20244高效永磁電機(jī)用永磁體產(chǎn)生磁場(chǎng)永磁電機(jī)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)多樣、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、效率高永磁電機(jī)種類：永磁直流電機(jī)、調(diào)速永磁同步電機(jī)、無(wú)刷直流電機(jī)、異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)SchoolofElectricalEngineering4309十一月2024調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)永磁直流電動(dòng)機(jī)SchoolofElectricalEngineering4409十一月2024無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)SchoolofElectricalEngineering4509十一月2024SchoolofElectricalEngineering4609十一月2024設(shè)計(jì)準(zhǔn)確：避免大馬拉小車、小馬拉大車性能滿足要求，可靠性高，經(jīng)濟(jì)性好符合國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)3.對(duì)設(shè)計(jì)人員的要求掌握相應(yīng)的專業(yè)知識(shí)和設(shè)計(jì)方法貫徹國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，注意電機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性對(duì)性能指標(biāo)統(tǒng)籌兼顧，對(duì)不同問(wèn)題采取相應(yīng)措施理論聯(lián)系實(shí)際，設(shè)計(jì)與工藝相結(jié)合如感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，不同場(chǎng)合對(duì)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)的要求不同SchoolofElectricalEngineering4709十一月2024感應(yīng)電機(jī)：1-5同步電機(jī)：1-6直流電機(jī)：1、2、5SchoolofElectricalEngineering4809十一月2024SchoolofElectricalEngineering4909十一月2024SchoolofElectricalEngineering5009十一月2024⑴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(kāi)啟、封閉、防爆、潛油、潛水安裝方式：底角安裝、凸緣安裝冷卻方式：自冷、自扇冷、他扇冷、氫冷、水冷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,對(duì)總裝圖進(jìn)行修改SchoolofElectricalEngineering5109十一月2024

直流電機(jī)的裝配圖SchoolofElectricalEngineering5209十一月2024

轉(zhuǎn)子分裝配圖SchoolofElectricalEngineering5309十一月2024SchoolofElectricalEngineering5409十一月20244

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(guò)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。

轉(zhuǎn)子軸加工流程：下料、打頂尖孔、粗車、精車、銑鍵槽、磨軸頸（與軸承配合的地方）。SchoolofElectricalEngineering5509十一月2024

先精車再銑鍵槽，否則刀具和工件之間是斷續(xù)切削，表面光潔度無(wú)法保證，容易打刀SchoolofElectricalEngineering5609十一月2024（2）工具、夾具、模具、量具的設(shè)計(jì)在電機(jī)制造過(guò)程中，為保證質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率所必須的工具、模具、夾具、量具的設(shè)計(jì)。模具：沖模、鑄鋁模、繞線模等SchoolofElectricalEngineering5709十一月2024夾具，如夾緊定子機(jī)座的夾具SchoolofElectricalEngineering5809十一月2024量具：關(guān)鍵尺寸的檢驗(yàn)工具