電機設計論文
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電機設計論文范文第1篇
一、變頻器運行時對變頻電機工作的影響
在變頻電機調速控制系統(tǒng)中，采用電力電子變壓變頻器作為供電電源，供電系統(tǒng)中電壓除基波外不可避免含有高次諧波分量，對外表現(xiàn)為非正弦性，諧波對電機的影響主要體現(xiàn)在磁路中的諧波磁勢和電路中的諧波電流上，不同振幅和頻率的電流和磁通諧波將引起電動機定子銅耗、轉子銅(鋁)耗、鐵耗及附加損耗的增加，最為顯著的是轉子銅(鋁)耗。這些損耗都會使電動機效率和功率因數(shù)降低。同時，這些損耗絕大部分轉變成熱能，引起電機附加發(fā)熱，導致變頻電機溫升的增加。如將普通三相異步電動機運行于變頻器輸出的非正弦電源條件下，其溫升一般要增加10%～20%。同時這些諧波磁動勢與轉子諧波電流合成又產生恒定的諧波電磁轉矩和振動的諧波電磁轉矩，恒定諧波電磁轉矩的影響可以忽略，振動諧波電磁轉矩會使電動機發(fā)出的轉矩產生脈動，從而造成電機轉速(主要是低速時)的振蕩，甚至引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。諧波電流還增加了電機峰值電流，在一定的換流能力下，諧波電流降低了逆變器的負載能力。對于變頻電機，如何在設計過程中采取合理措施避免或減小應用變頻器所帶來的影響，以求得系統(tǒng)最佳經(jīng)濟技術效果，是本文討論的重點。
二、變頻電機設計特點
對于變頻電機，其設計必須與逆變器、機械傳動裝置相匹配共同滿足傳動系統(tǒng)的機械特性，如何從調速系統(tǒng)的總體性能指標出發(fā)，求得電機與逆變器的最佳配合，是變頻電機設計的特點。設計理論依據(jù)交流電機設計理論，供電電源的非正弦以及全調速頻域內達到滿意的綜合品質因數(shù)是變頻電機設計中需要著重注意的兩個問題，設計中參數(shù)的選取應做特別的考慮。與傳統(tǒng)異步電機相比，一般變頻電機設計有如下一些特點：
1.用于變頻調速的異步電動機要求其工作頻率在一定范圍內可調，所以設計電機時不能僅僅考慮某單一頻率下的運行特性，而要求電機在較寬的頻率范圍內工作時均有較好的運行性能。如目前大多調速異步電動機的工作頻率在5Hz~100Hz內可調，設計時要全面考慮。
2.變頻電機在低速時降低供電頻率，可以把最大轉矩調到起動點，獲得很好的起動特性，因而在設計變頻電機時不需要對起動性能作特別的考慮，轉子槽不必設計為深槽，從而可以重點進行其它方面的優(yōu)化設計。
3.變頻電機通過調節(jié)電壓和頻率，在每一個運行點都可以有多種運行方式，對應多種不同的轉差頻率，因而總能找到最佳的轉差頻率，使電機的效率或功率因數(shù)在很寬的調速范圍內都很高。因而，變頻電機的功率因數(shù)和效率可以設計得更高，功率密度得以進一步提高?，F(xiàn)有數(shù)據(jù)表明：在額定工作點，逆變器供電下的異步電機效率比普通電機高2%~3%，功率因數(shù)高10%~20%。
4.變頻電機采用變頻裝置供電，輸入電流中含有較多的高次諧波，產生電機局部放電和空間電荷，增大了介質損耗發(fā)熱和電磁振動力，加速了絕緣材料的老化，所以應加強電機絕緣和提高整體機械強度，變頻電機的絕緣強度一般要達到F級以上。
5.變頻供電時產生的軸電壓和軸電流會使電機軸承失效，縮短軸承使用壽命，必須在設計上要加以考慮。對較小的軸電流，可以適當增大電機氣隙和選用專用脂；另外，增加軸承的電氣絕緣或者將電機軸通過電刷接地，可以有效解決軸承損壞問題；對過高軸電壓，應設法隔斷軸電流的回路，如采用陶瓷滾子軸承或實現(xiàn)軸承室絕緣。同時，在逆變器輸出端增加濾波環(huán)節(jié)，降低脈沖電壓dU/dt也是一種有效的方法。
三、電磁設計
在普通異步電動機設計基礎之上，為進一步提高變頻調速電機的性能，對變頻調速異步電動機的設計參數(shù)也要進行更加細致的考慮。滿足高性能要求時的變頻電機設計參數(shù)的變化與設計目標之間的關系。在設計參數(shù)和性能要求之間還必須折衷選擇。電磁設計時不能僅限于計算某一個工作狀態(tài)，電磁參數(shù)的選取應使每個頻率點的轉矩參數(shù)滿足額定參數(shù)要求，最大發(fā)熱因數(shù)滿足溫升限值，最高磁參數(shù)滿足材料性能要求，最高頻率點滿足轉矩倍數(shù)要求，額定點效率、功率因數(shù)滿足額定要求。由于諧波磁勢是由諧波電流產生的，為減小變頻器輸出諧波對異步電動機工作的影響，總之是限制諧波電流在一定范圍內。
四、絕緣設計
電機運行于逆變電源供電環(huán)境，其絕緣系統(tǒng)比正弦電壓和電流供電時承受更高的介電強度。與正弦電壓相比，變頻電機繞組線圈上的電應力有兩個不同點：一是電壓在線圈上分布不均勻，在電機定子繞組的首端幾匝上承擔了約80%過電壓幅值，繞組首匝處承受的匝間電壓超過平均匝間電壓10倍以上。這是變頻電機通常發(fā)生繞組局部絕緣擊穿，特別是繞組首匝附近的匝間絕緣擊穿的原因。二是電壓(形狀、極性、電壓幅值)在匝間絕緣上的性質有很大的差異，因此產生了過早的老化或破壞。變頻電機絕緣損壞是局部放電、介質損耗發(fā)熱、空間電荷感應、電磁激振和機械振動等多種因素共同作用的結果。變頻電機從絕緣方面看應具有以下幾個特點：(1)良好的耐沖擊電壓性能；(2)良好的耐局部放電性能；(3)良好的耐熱、
耐老化性能。
五、結構設計
在結構設計時，主要也是考慮非正弦電源特性對變頻電機的絕緣結構、振動、噪聲冷卻方式等方面的影響，一般應注意以下問題：
1.普通電機采用變頻器供電時，會使由電磁、機械、通風等因素所引起的振動和噪聲變得更加復雜。在設計時要充分考慮電動機構件及整體的剛度，盡力提高其固有頻率，以避開與各次力波產生共振現(xiàn)象。
2.電機冷卻方式：變頻電機一般采用強迫通風冷卻，即主電機散熱風扇采用獨立的電機驅動，使其在低速時保持足夠的散熱風量。
3.對恒功率變頻電機，當轉速超過3000r/min時，應采用耐高溫的特殊脂，以補償軸承的溫度升高。
4.變頻電機承受較大的沖擊和脈振，電機在組裝后軸承要留有一定軸向竄動量和徑向間隙，即選用較大游隙的軸承。
5.對于最大轉速較高的變頻電機，可在端環(huán)外側增加非磁性護環(huán)，以增加強度和剛度。
6.為配合變頻調速系統(tǒng)進行轉速閉環(huán)控制和提高控制精度，在電機內部應考慮裝設非接觸式轉速檢測器，一般選用增量型光電編碼器。
7.調速系統(tǒng)對傳動裝置加速度有較高要求時，電機的轉動慣量應較小，應設計成長徑比較大的結構。
六、結論
與普通異步電動機不同，變頻調速異步電動機采用變頻器供電，其運行性能與電機本體和調速系統(tǒng)的設計都密切相關。這一方面使變頻調速電機的設計要同時兼顧電機本體和調速系統(tǒng)；另一方面也使得變頻調速異步電動機的設計變得靈活，但同時也增加了高性能變頻調速系統(tǒng)設計的復雜程度。只有結合變頻器和一定的控制策略，從整體上進行電機的設計和優(yōu)化，才能獲得最理想的運行性能。
參考文獻：
[1]ANDRZEJM.TRZYNADLOWSKI著，李鶴軒，李揚譯.異步電動機的控制.北京：機械工業(yè)出版社，2003.
[2]陳伯時，陳敏遜.交流調速系統(tǒng)(第2版).北京：機械工業(yè)出版社，2005.
電機設計論文范文第2篇
首先，要將水電站機電設備維護檢修管理工作獨立設置于水電站的各項管理工作中，提升水電站全體職工對于機電設備維護與檢修工作的重視。同時，開展全方位的機電設備檢查工作，重點檢查各種機電設備的質量、使用年限、型號、數(shù)量等，設定出必要的維修細節(jié)要求，如故障維修、改良維修、定期維修、預防維修等，以便水電站機電設備管理人員能夠實行。其次，要組織專業(yè)人員對水電站機電設備的具體運行情況進行檢測，并做好設備的故障判斷、注意事項、使用方法等。為了確保機電設備能夠隨時按照調度要求投入運行，水電站在設備檢修維護期間，應該制定了合理的施工方案及制度，做到了每個檢修項目不過夜。在檢修現(xiàn)場，職工抓緊每分每秒的時間全心全力投入檢修之中；水電站的領導和職能部門的同志也應該堅守在現(xiàn)場，進行工作指導和技術協(xié)調，與職工同甘共苦。
2實施創(chuàng)建“放心設備”活動
實施創(chuàng)建“放心設備”活動實際上就是將水電站機電設備由原來的“全面鋪開的維修方式”改變?yōu)椤爸攸c維修”，每個水電站都要建立《放心設備臺賬》。每合格一件“放心設備”，車間獎勵工區(qū)部分獎金，這樣能夠極大調動工區(qū)創(chuàng)建放心設備臺賬的積極性。
3加強水電站機電設備的技術更新
隨著水電站的運行要求越來越高，對于機電設備的要求也日益增加，一些機電設備由于運行時間較長、機組能力低下、性能不足、設備老化等原因而誘發(fā)出現(xiàn)設備故障問題。所以，加強水電站機電設備的技術更新就顯得尤為重要。一方面，水電站管理人員應該將保證水電站經(jīng)濟效益與機電設備的技術優(yōu)化更新聯(lián)系起來，多選用技術較先進、易于維修操作、性價較高的新型機電設備來替換老舊設備，全面優(yōu)化機電設備的整體性能。另一方面，水電站管理人員應該務必要掌握關鍵性設備，優(yōu)先采用高性能的部件來更換原有的部件，或者局部優(yōu)化設備性能，或者適當調整那些位置設定不利、搭配不當?shù)脑O備，以此來確保水電站機電設備順利運行。
4采用先進維修理念，做好設備維修管理
在使用水電站機電設備的過程中，由于施工作業(yè)條件惡劣、工作負荷大，很容易會讓水電站機電設備各部件出現(xiàn)斷裂、磨損、老化、變形等現(xiàn)象，也會讓水電站機電設備出現(xiàn)利用率降低、經(jīng)濟性變差、機械動力不足等問題，甚至還有可能會讓水電站機電設備完全喪失作業(yè)能力，由此可見，采用先進維修理念來做好設備維修管理是極為重要的。水電站機電設備維護通常可以分為兩大類，分別是預防性維修和故障維修。故障維修是指在出現(xiàn)了故障之后再開展的一種完善措施和補救措施，屬于典型的被動維護,它會嚴重影響到施工進度。而預防性維修則不然，它屬于一種主動維護,是在還沒有出現(xiàn)故障之前就開展的定期維修措施、定時維修措施。值得注意的是，預防性維修會對維修間隔的設定有較高的要求，若維修間隔設定過長或者過短，那么就會造成維修不足或者維修過度，會大幅度降低水電站機電設備的可用性。針對這種情況，在整個水電站機電設備維護檢修管理過程之中，都會始終貫穿著先進的經(jīng)濟思想和維修技術，以科學管理為指導、以動態(tài)管理為主導、以經(jīng)濟性為原則，最大限度地讓設備維修率降低，盡量做到維修費用的高產出、低投入。此外，還應該逐步建立起以可靠性為中心的維修體系（RCM體系），RCM體系是由歐美發(fā)達國家研制出來的一種先進的維修體系，以設備狀態(tài)為基準強調要早期治療、早期診斷設備的異常工況，用最低的維修費用來獲得最高的設備可利用率，隨著先進管理思想的逐步引入，以及水電站機電設備維護檢修管理工作量日益加大，我國推行以可靠性為中心的維修體系是極為必要的，逐級建立起公司RCM維修中心、項目部RCM維修中心、合作單位RCM維修中心。
5結束語
電機設計論文范文第3篇
1.知識點的傳授和項目相結合。
知識點的傳授與項目相結合，有助于學生實施項目時，不存在知識點學習的困難或應用的障礙。項目中所涉及到的知識點應在課堂上提前介紹，依據(jù)學時的安排，調整知識點講授的廣度與深度。
2.項目選取和布置的注意點。
項目的選取范圍應覆蓋課程的重點內容，可以通過一個大項目覆蓋所有重點內容，也可通過幾個小項目涉及幾個重點內容。項目的難易度適中，應使學生覺得項目有點難度但自己通過努力可以完成，這樣的項目是比較好的。項目的選題還需要與實際應用相關，有了應用背景，學生做項目的興趣度也會提升。項目布置時，應明確設計要求、設計任務和設計的關鍵點，這樣學生才會有的放矢，從而順利地完成項目。
3.項目分組的注意點。
小組規(guī)模是影響學生參與的一個重要變量，如果小組規(guī)模較大，部分學生的分工會出現(xiàn)重復或是任務不足，如果小組規(guī)模較小，組內成員的任務過于繁重，有時導致項目不能順利完成。教師應設定小組規(guī)模的范圍（一般2~5人一組為宜），讓學生們自由組合。
4.鼓勵實驗測試和實物加工。
機械專業(yè)對學生的動手能力要求較高，實驗測試和實物加工是鍛煉學生動手能力的一個重要途徑。常常出現(xiàn)紙上設計的機構，看起來合適，實際做起來是不合適的，因此在學生實施項目過程中，教師應鼓勵學生完成實驗測試和實物加工，從而檢驗機構設計的合理性。
5.項目的考核。
項目的考核是檢驗學生完成項目的一個重要總結，項目的考核應包含設計文檔、口頭報告、實物或實驗展示這三部分。設計文檔鍛煉了學生總結設計過程的文字撰寫能力；口頭報告鍛煉了學生口頭匯報的能力，口頭報告還應包含教師和學生提問環(huán)節(jié)，檢驗學生的完成情況，鍛煉學生思考的能力；實物或實驗展示直觀地反映學生項目完成的效果，同時增強學生的動手能力。
二、項目驅動教學法在“電子精密機械設計”中的應用實例
下面以“陶瓷放電管全自動打印機”為例介紹如何開展項目驅動教學法。
1.知識點的講解。
由于陶瓷放電管全自動打印機涉及上料機構、打印機構、供墨機構、傳動機構（凸輪機構）、下料機構的設計，因此布置項目之前，教師應大概講解凸輪機構、上料機構、下料機構、控制系統(tǒng)等相關章節(jié)，為學生的項目實施掃清未了解知識的障礙。
2.項目選取和布置的注意點。
“陶瓷放電管全自動打印機”項目與實際緊密聯(lián)系，難度適中，學生在了解了相關知識點后不會出現(xiàn)看到題目而不知所措的現(xiàn)象。接下來，教師應明確項目的要求。該項目要求學生完成打印機的整機設計，包括上料機構、打印機構、供墨機構、傳動機構（凸輪機構）、下料機構等的設計，使該設備滿足打印質量要求，其中自動上料機構保證放電管的供料率；打印機構實現(xiàn)陶瓷放電管的打印，要求保證打印質量；凸輪傳動機構驅動打印機構，使其完成打印任務；供墨裝置是為印章提供油墨的機構，要保證油墨厚度均勻。教師還應指出項目實施的關鍵點，例如陶瓷放電管對自動上料的特殊要求：一方面該類放電管的形狀和尺寸使放電管在振動排料時出現(xiàn)多種姿態(tài)，給自動上料帶來一定難度，因此自動上料機構的設計必須保證放電管的供料率。另一方面，放電管在振動料斗中的振動，會造成放電管之間的碰撞和摩擦，進而影響放電管的外觀甚至質量，進而影響打印質量，因此要優(yōu)化振動料斗的機構以減少放電管間的碰撞和摩擦?！疤沾煞烹姽苋詣哟蛴C”是一個較為復雜的系統(tǒng)，因此需要向學生說明設計的要求和設計的關鍵點，同時鼓勵學生組隊合作完成，培養(yǎng)他們的團隊精神。
3.實物的加工和實驗測試。
要求依據(jù)設計圖紙，加工陶瓷放電管全自動打印機。加工之前可通過多次文檔報告或口頭報告，不斷改進設計，從而使得加工出來的實物是可行的，實物的完成會讓學生有成就感，讓他們對學習《電子精密機械設計》增添興趣。
4.項目的考核。
項目的考核綜合設計文檔、口頭報告、實物或實驗展示這三部分，分別占40%、30%和30%。設計文檔應注意規(guī)范性，圖紙是否規(guī)范、合理；文字描述是否正確、翔實；圖標是否清晰等等?？陬^報告應注意學生表述是否明朗、思路是否清晰，若發(fā)現(xiàn)學生的思路有誤，應及時糾正，防止后續(xù)工作的中斷。實物或實驗的展示是成果最直接的體現(xiàn)，教師應對完成的實物或實驗測試提問，掌握學生從項目實施過程中遇到的關鍵問題，以及他們解決的思路。
三、結語
電機設計論文范文第4篇
電動機安裝形式為IMB3。電動機冷卻風路采用經(jīng)濟實用半管道出風。轉子鐵心兩端不帶冷卻風扇。為了確保電動機性能的準確性，設計電磁方案時盡量使氣隙磁場分布接近合理化，性能指標達到最高，定、轉子均采用新系列通用冷軋硅鋼片設計。電動機軸承均采用滾動軸承，電動機結構示意圖。圓柱滾子軸承只用于承受徑向載荷，且承載能力強，使用中對同軸度要求高，在滾子軸承中極限轉速較高。允許外圈與內圈軸線偏斜度較小(2''''～4'''')，故只能用于剛性較大的軸上，并要求支撐座孔很好地對稱。此次設計中，對大軸及相關零部件的加工質量有嚴格的要求，特別是軸承檔的全跳不得超過0．025mm。深溝球軸承主要用于承受徑向載荷，但當增大軸承徑向游隙時，具有一定的角接觸球軸承的性能，可以承受徑向、軸向聯(lián)合載荷。在轉速較高又不宜采用推力球軸承時，也可用來承受純軸向載荷。深溝球軸承裝在軸上后，在軸承的軸向游隙范圍內，可限制軸或外殼兩個方向的軸向位移，因此可在雙向作軸向定位。此外，該類軸承還具有一定的調心能力，當相對于外殼孔傾斜2''''～10''''時，仍能正常工作，但對軸承壽命有一定的影響。與尺寸相同的其他類型軸承比較，此類軸承摩擦因數(shù)小、極限轉速高、噪聲低，且結構簡單，使用方便。外圈帶止動槽的可簡化軸向定位，縮小軸向尺寸。綜合兩種軸承的性能特點，在該同步電動機的結構設計時軸伸端采用深溝球軸承6244M/C3和圓柱滾子軸承NU244M/C3相結合，非軸伸端用一件圓柱滾子軸承NU244M/C3，這種軸承組合在力求成本最低的情況下，充分利用了各個軸承的優(yōu)勢，滿足電動機的設計要求。
2電動機重點結構設計
2．1軸承
傳統(tǒng)的同步電動機結構是采用座式滑動軸承，電動機機座與端罩及軸承同裝在一個底板上，兩軸承中心的軸向距離為2000mm(圖3)。而采用端蓋滑動軸承后兩軸承中心的軸向距離壓縮為1770mm。通過本次改進，采用滾動軸承后的兩軸承中心的軸向距離壓縮到了1297mm。
2．2集電環(huán)
對用戶要求集電環(huán)防護等級為IP23的同步機，原來設計的集電環(huán)為下端采用支架承托和上端用螺桿拉緊聯(lián)合固定形式(到機座端面距離為850mm)。在本電動機設計時改變大型同步機集電環(huán)的支撐形式，在電動機端蓋上加工止口，并設計了高度為100mm的連接環(huán)，實行過渡連接(集電環(huán)端面到機座端面距離為650)。由于連接環(huán)的高度有限，原用軸承測溫元件WZP－280體積大，考慮到安裝特別困難，設計時改用體積小，經(jīng)濟實惠的端面熱電阻WZPM－201來檢測軸承溫度。改進集電環(huán)連接形式后，安裝方便，電動機結構因此而更加緊湊。
2．3連接環(huán)
設計連接環(huán)時，在保證連接環(huán)與軸承外蓋不干涉的情況下，考慮用戶給軸承加脂以及排脂時的空間、方便安裝軸承測溫和把合螺絲，所以連接環(huán)的圓周設計為輻射筋、周邊為敞開的形式。
3結語
電機設計論文范文第5篇
隨著科學技術的發(fā)展，人們不斷把目光投向中小型水電綜合自動化的實現(xiàn)，這一新課題已得到廣泛的研究，小水電的綜合自動化經(jīng)過多年的研究和實踐，它們的可靠性、靈活性、快速性已得到一致的認可。我國的中小型水電廠大多分布在山區(qū)，容量小，設備簡單，所以對它實現(xiàn)自動化已成為必然的要求。但是，目前我國的小水電自動化技術尚未完善，它們的計算機監(jiān)控多沿用大型水電站的控制模式，設備復雜，軟件也相應復雜，因此本文介紹了一種新的實現(xiàn)中小型水輪發(fā)電機組綜合自動化的設計。
2硬件設計
圖1為此次設計的硬件結構框圖：
此次設計分上位機和下位機兩部分，用一臺計算機模擬上位機，兩片單片機模擬下位機。用做從片，B片做主片。主要承擔對模擬量、開關量、V／F量的采集和處理，而B片則用來進行通信。B比A多了一個IBM－PC機通信的功能。
1）數(shù)據(jù)采集電路首先對V／F的數(shù)據(jù)進行采集，V／F量從20針的JP3的8針輸入，這8針又接在CD4051的X7－X0上，由A、B、C的輸入決定哪一路的V／F量送給CPU8031的T0。開關量的采集，開關量是由26針JP1的前24針引入，經(jīng)過3片74LS244將數(shù)據(jù)放在數(shù)據(jù)總線上，由可編程譯碼器GAL承擔選擇74LS373芯片，進行開關量采集。模擬量采集，通過P1．4、P1．7置位使AD7506、CD4051、AD574開始工作，JP2上的16個模擬量經(jīng)過十六選一開關，JP3的8個模擬量經(jīng)過八選一開關，接于12位A／D轉換器。
2）單片機系統(tǒng)包含單片機80C31、外部存儲器的擴展電路等。單片機80C31是核心部分，完成單片機之間、下位機與上位機之間的數(shù)據(jù)的傳輸及命令的傳送等功能。
3）其它電路看門狗電路由74LS393、7406等組成，在單片機異常時，可對單片機80C31進行復位。時鐘采用晶振頻率為6MHz。采用RS－232C接口來實現(xiàn)PC機與下位機之間的通訊。
