15kW三相异步交流电动机的设计与优化_开题报告

（一）三相交流异步电动机目前国内外研究状况

总所周知，电动机是当今社会中应用最普遍、最基本的能量转换装置，数量极大，目前我国约有10亿台电动机在运转，电动机的耗电量占电网总负荷的60%，占整个工业用电的70%。但是，人们也许并不知道，这10亿台电动机中却有高达60%以上的电机是长期在低负荷、低效率状态下运行，大约有30%的电能是被白白浪费掉了！这对于我们这样一个能源短缺的发展中国家来讲，浪费的电能如同“天文数字”！不仅如此，浪费过多导致电网系统电压降低，而由于低电压运转，全国每年被烧毁电机数量在20万台次以上，因此花费的修理费达20亿元左右，造成的停工停产损失高达百亿元。

据统计，我国电机系统用电量约占全国用电量的60%，80%以上的电机产品效率比国外先进水平低2－5个百分点，虽然国产高效电机与国外先进水平相当，但价格高、市场占有率低；风机、泵、压缩机产品效率比国外先进水平低2－4个百分点，虽然设计水平与国外先进水平相当，但制造技术和工艺有差距；电机传动调速及系统控制技术差距较大，产品效率比国外先进水平低20－30%。电机系统量大面广，节电潜力巨大。全国现有各类电机系统总装机容量约4.2亿千瓦，运行效率比国外先进水平低10－20个百分点，相当于每年浪费电能约1500亿千瓦时。

三相异步电动机运行时其电动机转子的转速低于旋转磁场的转速，所以转子绕组因与磁场间存在着相对运动而产生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。而电动机作为各大生产器械的动力源，对国家重工业可谓起着中流砥柱作用。而近几年我国电机的效率有了不少的提升，但即使这样依然和国际先进的电动机存在一定差距，电动机系统运行效率较低于国外先进水平约10%～20%。

电机系统存在的主要问题是：电动机及被拖动设备效率低，电动机、风机、泵等设备陈旧落后，效率比国外先进水平低2－5个百分点；系统匹配不合理，“大马拉小车”现象严重，设备长期低负荷运行；系统调节方式落后，大部分风机、泵类采用机械节流方式调节，效率比调速方式约低30%；恶劣环境下，电机使用寿命和基本性能得不到保证。

（二）三相交流异步电机的研究目的与意义

结合车间目前电机的工作环境和情况，以及供能需求和能耗最优化，现对电机部分结构做出调整和优化，使得电机更加适合车间的生产。

1.电机的调速与控制

随着三种调速方法在工程实践中应用的不断深入，变极调速和变转差率调速呈现出了较多的问题。变极调速属于有级调速，控制回路复杂，造价较高，且仅适用于鼠笼式异步电动机；变转差率调速以转子串电阻调速为主，属于有级调

速，而且调速范围较窄、稳定性较差。与其它两种变速方式相比，变频控制实现了无极调速，而且调速的精度也得到提高；平滑性好，电机起动时冲击电流较小，避免了对电网的冲击和其它电气设备的干扰；可以接入通讯网络，实现自动化

和智能化控制。

2.电机的结构材料优化

异步电机是工业生产中广泛使用的动力设备。随着技术的发展，各个领域的特殊工作环境，对异步电机的高温性能提出了更高要求。温度的升高使得材料的各项性能发生改变，而材料性能的改变对异步电机电机的工作性能具有较大影响，也对电机的设计提出了更高的标准和要求

3.电机的性能优化

传统直接转矩控制系统存在磁链和转矩脉动的问题。在额定转速的30%以下的低速阶段,这些问题的存在将导致速度控制性能严重下降,甚至失控,这就限制了直接转矩控制的应用范围。提高直接转矩控制系统的低速性能是扩大其应用范围的关键。结合自己工作的环境和供能需求适当的改变电机的结构，来满足日常的供能

（三）研究的前景展望

三相异步交流电机的应用较为广泛，其性能的优化也得到普遍的关注，所以在日后的生产发展中，尤其是恶劣环境的影响下电机的性能和寿命最大化也会是至关重要的一个环节。

1.电机的发展历程

1.1电机的基本分类

1.1.1按照电机电能分类

1.1.2按照电机原理分类

1.1.3按照电机的结构分类

1.1.4按照电机的速度分类

1.1.5按照电机的用途和使用方式分类

1.2异步电机的概述

1.2.1异步电机的基本结构

1.2.2异步电机的工作原理

1.2.3异步电机的应用范围

1.2.4异步电机的基本类别

1.3国内外电机的发展状况

1.3.1国内发展状况

1.3.2国外发展状况

2.电机的设计

2.1电机的额定参数确定

2.2电机结构和尺寸确定

2.3电机磁路的计算

2.4电机的工作性能计算

2.5电机启动性能的计算

3.电机的优化

3.1电机的低功率启动性能的优化

3.2电机调速及控制的优化

3.3电机材料的优化

4.总结与展望

三、参考文献

[1]电机设计 戴文进 清华大学出版社出版的图书 2010年

[2]电机与拖动 任艳君 机械工业出版社 2011年

[3]定子磁链直接转矩控制的电压矢量方式[J]. 侯昊,陈大跃,赵春宇.中小型电机. 2004(05)

[4]三相交流异步电动机的调速与控制.任光楠.产业与科技论.2013,12(3)

[5]高性能软磁材料的研究进展[J]. 赵占奎,邓娜,昝朝,王明罡.长春工业大学学报(自然科学版). 2012(05)

[6]耐高压绝缘材料的研究现状及进展[J]. 卢春莲,付强.绝缘材料. 2010(03)

[7]高强高导铜合金的强化技术研究与展望[J]. 李强,王茜.热加工工艺. 2009(16)

[8]采用矢量细分的异步电动机直接转矩控制系统[J]. 祝龙记,王汝琳.微特电机. 2004(06)

[9]电力电子变流技术[M]. 机械工业出版社 , 黄俊,王兆安编, 1994

[10]变频交流电机的应用[J]. 肖建民.电子技术应用. 1978(05)

[11]电机的尺寸方程[J]. 谭博浩.中小型电机. 1987(04)

[12]电机设计中存在的问题及发展趋势[J]. 李冉.黑龙江科学. 2015(06)