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单绕组双速异步电动机设计开题报告


毕业设计(论文)开题报告

题 学 专

目: 院: 业:

单绕组双速异步电动机设计

电气信息学院
电气工程及其自动化 学 号:

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开题报告填

写要求
1.开题报告(含“文献综述” )作为毕业设计(论文)答辩委 员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指 导下,由学生在毕业设计(论文)工作前期内完成,经指导教师签 署意见及所在专业审查后生效。 2.开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按此电子文档标 准格式(可从教务处网页上下载)打印,禁止打印在其它纸上后剪 贴,完成后应及时交给指导教师签署意见。 3. “文献综述”应按论文的格式成文,并直接书写(或打印) 在本开题报告第一栏目内, 学生写文献综述的参考文献应不少于 10 篇(不包括辞典、手册) ,其中至少应包括 1 篇外文资料;对于重 要的参考文献应附原件复印件,作为附件装订在开题报告的最后。 4.统一用 A4 纸,并装订单独成册,随《毕业设计(论文)说 明书》等资料装入文件袋中。

毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告
1.文献综述: 结合毕业设计 (论文) 课题情况, 根据所查阅的文献资料, 撰写 2500 字以上的文献综述,文后应列出所查阅的文献资料。

文 献 综 述
一、引言
电机是将电能转换成机械能转换成电能的转换装置。 它是依靠电磁感应而运行, 具 有能够作相对旋转的部件,所以又被称为旋转电机,通常简称为电机。 电机是国民经济各部门广泛采用的一种动力机械和发电设备。随着工农业的迅速 发展、机械化自动化程度的提高和日用电器的普及,电机的产量和种类日益增加。电 机的种类繁多,分类方法各不相同。单绕组双速异步电动机是一种只有一套定子绕组, 通过外部接线变换获得双种转速的电动机。它属于有极调速设备,具有简单、可靠、 高效及易于绕制的优点,在许多工业领域的变速拖动中有广泛的应用。 单绕组变极方法是国内、外近几年来电机工作者极感兴趣的问题之一,至今仍有 不少这方面的论著陆续发表。从变极是否打破相的界限来看,单绕组变极方法可分为 “反向法”和“换相法”两大类。国外对“反向法”变极一直发展着一种称为“极幅 调制”的方法,近年来并且把它推广到“换相法”上。我国开始时也研究了“极幅调 制”法,但随后即跳出了“极幅调制”法的框框,直接利用槽磁势矢量星形进行研究, 走我们自己发展的道路,取得较大成果,研制出具有一定先进水平的变极多速异步电 动机新系列。而后研制出的混相法更胜一筹,适用于任何多相绕组。 近年来,为了满足生产的需要,双速电机日益得到广泛的应用,不但能简化机床 主传动机构,并节省原材料及加工时间,同时可缩短非生产操作的变速时间而提高劳 动效率。随着电子技术的发展和各种绕组接线方法的设计,使原本只能恒速运行的笼 型电动机也可以实现高效率、大速比调速运行。因此,研制双速电动机具有一定的意 义。 异步电动机的调速方法比直流电动机复杂,随着电力电子技术的发展,为异步机 的调速开拓了广阔的前景。从异步机的转速公式可见,只要设法改变绕组极对数 P,就 可以改变同步转速 n。 ,从而改变电动机转速 n,这种调速方法不是平滑调速,而是一 级级地改变转速。常用的方法是定子上只装一套绕组,而用改变接法来获得两种或多 种极对数,称为单绕组变极调速。若绕组改接前后的极对数是成倍数关系,则这种调

速称为倍极比调速,例如 2 极、4/8 极等,否则,称为非倍极比调速,例如 4/6 极、 6/8 极等。 变极调速的异步电动机,一般采用笼型转子,因为笼型转子的极数能自动与定子 极数相等,以产生恒定的电磁转矩。单绕组双速速感应电机得到了广泛应用,其简单 的结构,良好的经济性、高可靠性和控制方便等优点是其他交流调速方式不能相比的。

二、电力拖动的调速技术
1.调速方式的类别
根据感应电动机的转速特性可知,它的调速方式有三大类:频率调节、磁极对数调 节和转差率调节,比较成熟和广泛应用的有 8 种通用调速技术。 基于节能角度, 通常把交流调速分为高效调速和低效调速。高效调速指基本上不增 加转差损耗的调速方式,在调节电动机转速时转差率基本不变,不增加转差损失,或 将转差功率以电能形式回馈电网或以机械能形式回馈机轴;低效调速则存在附加转差 损失,在相同调速工况下其节能效果低于不存在转差损耗的调速方式。 属于高效调速方式的主要有变极调速、串级调速和变频调速;属于低效调速方式的 主要滑差调速(包括电磁离合器调速、液力偶合器调速、液粘离合器调速) 、转子串电 阻调速和定子调压调速。其中,液力偶合器调速和和液粘离合器调速属于机械调速, 其他均属于电气调速。变极调速和滑差调速方式适用于笼型异步电动机,串级调速和 转子串电阻调速方式适用于绕线型异步电动机,定子调压调速和变频调速既适用于笼 型,也适用于绕线型异步电动机。变频调速和机械调速还可用于同步电动机。

2.调速方式的技术特性
(1)串级调速:串级调速是在绕线型感应电动机的转子电路中串入一个与转子电动 势相反的附加电动势,用以减少转子电流,降低转子的转矩,从而达到调速的目的。 这时,转子电路内不再串入外接附加电阻产生转差损耗,而是将转子的转差功率回馈 电网或机轴,是一种高效调速方式。 串级调速的典型调速系统有两种:一种是电气串级调速系统,另一种是电机串级调 速系统。电气串级调速电路是由异步机转子一侧的整流器和电网一侧的晶闸管逆变器 组成。用改变逆变器的逆变角来调节异步机转速,将整流后的直流通过逆变器变换成 具有电网频率的交流,将转差功率回馈电网。电机串级调速电路是把转子整流后的直 流作为电源接到一台直流电动机的电枢两端,用调节励磁电流来调节异步机转速,直

流机与异步机同轴相接,将转差功率变为直流器的输入功率与异步机一起拖动负载, 使转差功率回馈机轴。电机串级调速的调速范围不大,又增加了一台直流电动机,使 系统复杂化,应用不多。电气串级调速系统比较简单,控制方便,应用比较广泛。 串级调速的主要优点是调速效率高,可实现无级调速,初始投资不大。缺点是对电 网干扰大,调速范围窄,功率因数也比较低,与转子串电阻相比,主要是它的效率优 势。 (2)变频调速:变频调速是通过改变电动机定子供电频率来改变旋转磁场同步转速 进行调速的,是无附加转差损耗的高效调速方式。变频调速系统的关键装置是频率变 换器,即变频器,由它来提供变频电源。变频器的变流元件目前主要有大功率三极管、 晶闸管和可关断晶闸管三种。变频器可分为交-直-交(交流-直流-交流)变频器 和交-交(交流-交流)变频器两大类。 变频调速的突出优点是调速效率高,启动能耗低,调速范围宽,可实现无级调速, 动态响应速度快,调速精度很高,操作简便,且易于实现生产工艺控制自动化。此外, 在装置发生故障后能自动投入人工频运行,不会影响生产作业是它最显著的优点。由 于它的调速性能优于其他调速技术,安装场地条件又比较灵活,应用范围广泛,是市 场需求增长最快的调速方式。它的最大缺点是变频器技术复杂,初始投资高(尤其是 高压变频器) ,对电网有干扰,要有较高的使用和维护技术。适用于要求调速范围宽、 起停频繁、较长时间低速运行的场合,以及调速精度要求高的过程工艺控制设备上。 (3)定子调压调速:定子调压调速是用改变定子电压实现调速的方法来改变电动机 的转速,调度过程中它的转差功率以发热形式损耗在转子绕组中,属于低效调速方式。 由于电磁转矩与定子电压的平方成正比,改变定子电压就可以改变电动机的机械特性, 与某一负载特性相匹配就可以稳定在不同的转速上,从而实现调速功能。供电电源的 电压是固定的,它用调压器来获得可调压的交流电源。传统的调压器有饱和电抗器式 调压器、自耦变压器式调压器和感应式调压器,主要用于笼型感应电动机的减压启动, 以减少启动电流。晶闸管是交流调压调速的主要形式,它利用改变定子侧三相反并联 晶闸管的移相角来调节转速,可以做到无级调速。 调压调速的主要优点是控制设备比较简单,可无级调速,初始投资低,使用维护比 较方便,可以兼作鼠笼机的降压启动设备。缺点是调速效率比较低,低速运行调速效 率更低;调速范围窄,只有对风机和泵类工作机械调速可以获得较宽的调速范围并减 少转差损耗;调速特性比较软,调速精度差;对电网干扰也大。适用于调速范围要求 不宽,较长时间在高速区运行的中小容量的异步电动机。

(4)变极调速:变极调速是通过改变定子绕组的极对数来改变旋转磁场同步转速进 行调速的,是无附加转差损耗的高效调速方式。由于极对数 p 是整数,它不能实现平 滑调速,只能有级调速。根据式(3-14)可知,在供电频率 f=50Hz 的电网,p=1、2、 3、4 时,相应的同步转速 n0=3000、1500、1000、750r/min。改变极对数是用改变定 子绕组的接线方式来完成的。双速电动机的定子是单绕组,三速和四速电动机的定子 是双绕组。这种改变极对数来调速的笼型电动机,通常称为多速感应电动机或变极感 应电动机。 变极调速电动机是改变电动机定子绕组的接线方式来改变电动机的磁极对数,从 而可以有级地改变同步转速,实现电动机转速有级调速。这种调速电动机目前有定型 系列产品可供选用,比如单绕组多速电动机。它的优点是无附加差基损耗,效率高; 控制电路简单,易维修,价格低;与定子调压或电磁转差离合器配合可得到效率较高 的平滑调速。变极调速技术是通过采用变极多速电动机实现调速的。这种多速电动机 大都为笼型转子电动机,其结构与基本系列异步电动机相似,现国内生产的有双、三、 四速等 3 类。采用该项技术需要增加的初始投资平均为 50 元/kW,年运行费用基本不 变,节电率按 30%计算,用户投资回收期为三四个月。

参考文献
[1] 国内外双速电机发展现状 迟远英、张少杰、李京文 赵勇强主编 中国电力出版社 [期刊论文] 《微电机》 生产力研究

[2] 调速技术发展状况与趋势分析 [3] 调速电机技术 王长贵主编

中国科技产业

[4] 单绕组双速异步电机反向变极原理及接法方法 刘金泽 [5] 电机设计 [6] 电机学 陈世坤主编 机械工业出版社 中国电力出版社 浙江大学出版社

胡虏生、胡敏强主编 许大中编著

[7] 交流电机调速理论 [8] 异步电动机设计手册 [9] 电机绕组修理手册

傅丰礼、唐孝镐主编 金续曾主编

机械工业出版社

中国水利水电出版社 上海科学技术出版社 化学工业出版社

[10] 实用电机设计计算手册

黄坚、郭中醒主编 乔长君主编

[11] 电机绕组布线接线彩色图册 [12] 电动机速查速算手册

方大千主编

中国水利水电出版社 机械工业出版社

[13] 调速电机机组的控制技术

叶杭冶主编

[14] 1EEETRANSACTIONSONINDUSTRYAPPLICATIONS.1992,280

2.开题报告:一、课题的目的与意义;二、课题发展现状和前景展望;三、 课题主要内容和要求;四、研究方法、步骤和措施

开题报告
一、变极调速目的与意义
变极调速电动机是改变电动机定子绕组的接线方式来改变电动机的磁极对数,从而 可以有级地改变同步转速, 实现电动机转速有级调速。现代工业生产中,要求电动机具有 优良的调速性能。异步电动机的调速方法比直流电动机复杂,随着电力电子技术的发展, 为异步机的调速开拓了广阔的前景。从异步机的转速公式 n=n1(1-s)=60f1P(1-s)可见, 只要设法改变绕组极对数 P,就可以改变同步转速 n1,从而改变电动机转速 n,这种调速方 法不是平滑调速,而是一级一级地改变转速。常用的方法是定子上只装一套绕组,而用改 变接法来获得两种或多种极对数,称为单绕组变极。 若绕组改接前后的极对数是成倍数关 系,则这种调速称为倍极比调速,例如 2 ? 4 极、4 ? 8 极等,否则,称为非倍极比调速,例 如 4 ? 6 极、6 ? 8 极等。变极调速的异步电动机,一般采用笼型转子,因为笼型转子的 极数能自动与定子极数相等,以产生恒定的电磁转矩。由于单绕组变极绕法简单,出线头 较少,对制造工厂最为简单实用。

二、变极调速现状及展望
电动机调速的研究始于 20 世纪 60 年代,已经取得了许多可喜的成果。近年来,电 力电子技术、大规模集成电路和计算机技术的飞速发展,为交流调速技术的发展创造了 有利条件,使交流电动机调速和控制提高到了一个新的水平。 国内外都十分重视开发研究 交流电动机的调速技术,目前在发达国家中,很多直流调速已经被交流调速所取代,从 而避免了直流电动机换向困难、维修不便等缺点。世界上有 60%左右的发电量是通过电 动机消耗的。据统计,我国各类电动机的装机容量已超过 4 亿 kW,在目前 4 亿 kW 的电 动机负载中,约有 50%的负载是变动的,其中的 30%可以使用电动机调速。因此,就目 前的市场容量考虑,约有 6000 万 kW 的调速电机市场。电动机只有在额定负载下运行效 率才高,由于安全等方面的考虑,电动机常常处于低效运行状态。因此,电机调速节能 一直被广泛关注。 风机和泵类采用电动机调速装置来代替阀门和挡板调节流量,有明显节 电效果。这是因为由交流电动机驱动的风机和泵类都是平方转矩负载。它们的流量与转 速成正比、压力与转速的平方成正比,功率与转速的立方成正比。即电机转速降低 1/2

时,所需功率降至原来的 1/8,由此可见调速节能的重要意义。 为使所设计的电机具有生命力、竞争力,在设计之前了解本行业的发展趋势是必要 的。这些趋势,也就是市场、制造厂所追逐的目标,可归纳如下: (1) 、降低振动、噪声; (2) 、提高可靠性及使用寿命; (3) 、方便使用维护; (4) 、节能; (5) 、提高“三化”水平,采用国际标准; (6) 、向“无级”发展的调速性能; (7) 、开发适应不同工况及环境的新品种; (8) 、简化加工工艺、剔除过剩功能,降低制造成本; (9) 、采用新结构、新材料及先进的设计、加工技术; (10) 、配套供货; (11) 、力求机电一体化。

三 、主要内容及要求
设计一台单绕组双速异步电动机。该电动机定子一套绕组,由不同的接法形成不同 的极对数,具不同的转速。双速电机的极对数有倍极比调速和非倍极比调速。对不同的 调速采用不同的方法。为了实现双速,除了完成两套不同的电磁方案计算,还需画出绕 组展图和不同的接线图。并对两种不同的电磁方案进行比较。

四 、研究方法步骤和措施
1、研究方法:
首先对单绕组双速异步电动机的发展前景进行分析,确定课题。然后对双速异步电 动机进行整体分析,对于单绕组双速异步电动机的原理进行分析,确定单绕组双速异步 电动机每个组成部分,最后针对每一个部分进行电磁计算和结构设计。

2、研究步骤:
(1)对于一定容量的单绕组双速异步电动机的原理进行分析, (2)确定单绕组双速异步电动机整体结构设计, (3)分析整个单绕组双速异步电动机的个个组成部分,

(4)各部分组成部分的电磁计算和结构设计, (5)绘出单绕组双速异步电动机定转子图以及绕组展开图。

毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告
指导教师意见: 1.对“文献综述”的评语:

2.对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计(论文)结果的预测:

指导教师: 年 所在专业审查意见: 月 日

负责人: 年 月 日


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