電機(jī)設(shè)計(jì)第一講

電機(jī)設(shè)計(jì)概論2011.09.08講課人：邢偉電機(jī)設(shè)計(jì)第一講

電機(jī)設(shè)計(jì)概論2011.09.08講課人：20十二月2022提要1、電機(jī)設(shè)計(jì)的名詞解釋——為什么要學(xué)電機(jī)設(shè)計(jì)課？2、電機(jī)設(shè)計(jì)的任務(wù)和過(guò)程——建立電機(jī)設(shè)計(jì)整體印象3、電機(jī)的國(guó)際、國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介——了解電機(jī)設(shè)計(jì)的“規(guī)矩”4、電機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展概況——把握電機(jī)設(shè)計(jì)的手段5、電機(jī)設(shè)計(jì)課的學(xué)習(xí)方法——怎么學(xué)習(xí)電機(jī)設(shè)計(jì)課？18十二月2022提要1、電機(jī)設(shè)計(jì)的名詞解1名詞解釋“電機(jī)設(shè)計(jì)”兩個(gè)問(wèn)題：什么是電機(jī)（ElectricMachine）？什么設(shè)計(jì)（Design）？1名詞解釋“電機(jī)設(shè)計(jì)”兩個(gè)問(wèn)題：1.1什么是電機(jī)？（1）在電機(jī)學(xué)中都學(xué)過(guò)哪些電機(jī)形式？（2）你日常生活中接觸過(guò)哪些使用電機(jī)的領(lǐng)域？1.1什么是電機(jī)？（1）在電機(jī)學(xué)中都學(xué)過(guò)哪些電機(jī)形式？20十二月20221.1-（1）電機(jī)學(xué)中學(xué)過(guò)的主要電機(jī)形式18十二月20221.1-（1）電機(jī)學(xué)中學(xué)過(guò)的主要電機(jī)1.1-（2）日常生活中接觸到的電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域1.1-（2）日常生活中接觸到的電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域1.1-（2）日常生活中接觸到的電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域1.1-（2）日常生活中接觸到的電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域1.1-（2）日常生活中接觸到的電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域

——新方向新能源之風(fēng)力發(fā)電1.1-（2）日常生活中接觸到的電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域

——新方向新1.1-（2）日常生活中接觸到的電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域

——新方向新能源之電動(dòng)汽車(chē)1.1-（2）日常生活中接觸到的電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域

——新方向新1.1-（2）日常生活中接觸到的電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域

——新方向新能源之動(dòng)車(chē)組1.1-（2）日常生活中接觸到的電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域

——新方向新1.1-（2）日常生活中接觸到的電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域

——新方向新能源之磁懸浮列車(chē)1.1-（2）日常生活中接觸到的電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域

——新方向新1.1-（2）日常生活中接觸到的電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域

——新方向新應(yīng)用之航空母艦艦載飛機(jī)的電磁彈射1.1-（2）日常生活中接觸到的電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域

——新方向新1.1-（2）日常生活中接觸到的電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域

——新方向飛機(jī)的舵面機(jī)電作動(dòng)器、電液作動(dòng)器飛機(jī)機(jī)輪電剎車(chē)新型渦輪增壓環(huán)控系統(tǒng)汽車(chē)、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣渦輪增壓發(fā)電核動(dòng)力潛艇的低噪音電推動(dòng)炮彈的電磁發(fā)射。。。。。。1.1-（2）日常生活中接觸到的電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域

——新方向飛1.1什么是電機(jī)？電機(jī)是通過(guò)磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的裝置。發(fā)電機(jī)(generator)電動(dòng)機(jī)(motor)變壓器(transformer)電能機(jī)械能1.1什么是電機(jī)？電機(jī)是通過(guò)磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的裝置。發(fā)1.1什么是電機(jī)？日本人的電機(jī)概念還包括“靜止電力電子功率變換器”1.1什么是電機(jī)？日本人的電機(jī)概念還包括“靜止電力電子功率1.1什么是電機(jī)？控制電機(jī)（電磁元件）用于傳感器：測(cè)速、測(cè)角度、測(cè)直線(xiàn)位移用于自動(dòng)控制：自整角機(jī)數(shù)學(xué)運(yùn)算：求積分、做加法1.1什么是電機(jī)？控制電機(jī)（電磁元件）1.1電機(jī)是什么？電機(jī)就是工業(yè)電機(jī)就是生活

電機(jī)就是美好的未來(lái)

1.1電機(jī)是什么？國(guó)內(nèi)電機(jī)行業(yè)的發(fā)展概況——2009年行業(yè)分析報(bào)告2009年1~8月電機(jī)制造企業(yè)：2853個(gè)從業(yè)人數(shù)：57.57萬(wàn)人累計(jì)產(chǎn)品銷(xiāo)售收入：2038.53億元同比增長(zhǎng)速度為：14.25%利潤(rùn)總額：123.27億元毛利潤(rùn)率：15.23%2009年1~9月發(fā)電設(shè)備累計(jì)生產(chǎn)8339.5萬(wàn)kW2009年1~9月交流電動(dòng)機(jī)累計(jì)生產(chǎn)13454萬(wàn)kW2009年1～9月，累計(jì)生產(chǎn)變壓器93374.37萬(wàn)kVA國(guó)內(nèi)電機(jī)行業(yè)的發(fā)展概況——2009年行業(yè)分析報(bào)告2009年1國(guó)內(nèi)電機(jī)行業(yè)的發(fā)展概況——2009年行業(yè)分析報(bào)告國(guó)內(nèi)電機(jī)行業(yè)的發(fā)展概況——2009年行業(yè)分析報(bào)告國(guó)內(nèi)電機(jī)行業(yè)的發(fā)展概況——2009年行業(yè)分析報(bào)告國(guó)內(nèi)電機(jī)行業(yè)的發(fā)展概況——2009年行業(yè)分析報(bào)告國(guó)內(nèi)電機(jī)行業(yè)的發(fā)展概況——2009年行業(yè)分析報(bào)告國(guó)內(nèi)電機(jī)行業(yè)的發(fā)展概況——2009年行業(yè)分析報(bào)告國(guó)內(nèi)電機(jī)廠所概述研究所：上海電器研究所、電子工業(yè)部上海21所，西安微電機(jī)研究所，廣州電器研究所，哈爾濱大電機(jī)研究所，沈陽(yáng)變壓器研究所工廠：哈電、東方、上海、南洋、115、125、博山、ABB天津、蘭州（西門(mén)子）、艾默生、德昌、北微、天微國(guó)內(nèi)電機(jī)廠所概述研究所：上海電器研究所、電子工業(yè)部上海21所1.2什么是設(shè)計(jì)？設(shè)——假設(shè)：給定一些假設(shè)條件

設(shè)置：初始參數(shù)設(shè)置計(jì)——計(jì)算：計(jì)算詳細(xì)參數(shù)與性能算計(jì)：相互矛盾的或耦合在一起的參數(shù)之間的權(quán)衡，以取得最優(yōu)結(jié)果1.2什么是設(shè)計(jì)？設(shè)——假設(shè)：給定一些假設(shè)條件2.1電機(jī)設(shè)計(jì)的任務(wù)根據(jù)用戶(hù)提出的產(chǎn)品規(guī)格（功率、電壓、轉(zhuǎn)速）、技術(shù)要求（效率、參數(shù)、溫升限度、機(jī)械可靠性要求）和運(yùn)行條件，綜合考慮技術(shù)的可行性和方案的經(jīng)濟(jì)性（國(guó)家的方針、政策），運(yùn)用有關(guān)理論和計(jì)算方法（電機(jī)設(shè)計(jì)課程的內(nèi)容），正確處理設(shè)計(jì)時(shí)遇到的各種矛盾，從而設(shè)計(jì)出性能好、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、工藝性好和維修性好的產(chǎn)品。2.1電機(jī)設(shè)計(jì)的任務(wù)根據(jù)用戶(hù)提出的產(chǎn)品規(guī)格（功率、電壓2.2電機(jī)設(shè)計(jì)的過(guò)程電機(jī)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)備工作：與用戶(hù)溝通，明確需求（技術(shù)指標(biāo)、運(yùn)行條件、成本、供貨周期、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)）；了解制造、加工廠的設(shè)備條件，人力條件；根據(jù)用戶(hù)需求和相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)編制設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)。電機(jī)的初步設(shè)計(jì)：確定電機(jī)的總體結(jié)構(gòu)形式，這是電磁設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

接下一頁(yè)2.2電機(jī)設(shè)計(jì)的過(guò)程電機(jī)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)備工作：與用戶(hù)溝通，明確需2.2電機(jī)設(shè)計(jì)的過(guò)程電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)：在初步設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，通過(guò)一些“假設(shè)”和“參數(shù)設(shè)置”給出電機(jī)的初步電磁結(jié)構(gòu)尺寸，然后進(jìn)行電磁“計(jì)算”，通過(guò)反復(fù)迭代計(jì)算，在參數(shù)之間進(jìn)行權(quán)衡，最終給出滿(mǎn)足電磁性能要求的設(shè)計(jì)結(jié)果（材料、各部分結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)）。電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：確定電機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)、零部件尺寸、材料規(guī)格及性能要求、加工要求，期間涉及必要的機(jī)械（強(qiáng)度、剛度）計(jì)算和溫升計(jì)算，最終給出電機(jī)的設(shè)計(jì)圖樣（零件圖、組件圖、裝配圖等）。電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要考慮電機(jī)的加工、運(yùn)輸、安裝、使用、維修等多個(gè)方面。2.2電機(jī)設(shè)計(jì)的過(guò)程電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)：在初步設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，通3電機(jī)的國(guó)內(nèi)、國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)：國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）、國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）、歐盟標(biāo)準(zhǔn)（EU）、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)（GB）、國(guó)家推薦性標(biāo)準(zhǔn)（GB/T）、國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)（GJB）其他國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：日本標(biāo)準(zhǔn)（JIS），德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)（DIN）、美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)（ANSI）美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)（MIL）部頒標(biāo)準(zhǔn)：機(jī)械工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)（JB）、航空工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)（HB）3電機(jī)的國(guó)內(nèi)、國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)：國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）、3電機(jī)的重要國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)憲法GB755旋轉(zhuǎn)電機(jī)定額和性能IEC60034-1GB1971電機(jī)線(xiàn)端標(biāo)志與旋轉(zhuǎn)方向IEC60034-8GB10069.3旋轉(zhuǎn)電機(jī)噪聲測(cè)試方法及限值噪聲限值IEC60034-9GB10068軸中心高為56mm及以上電機(jī)的機(jī)械振動(dòng)

——振動(dòng)測(cè)測(cè)量、評(píng)定及限值GB12350小功率電動(dòng)機(jī)的安全要求GB14711中小型旋轉(zhuǎn)電機(jī)安全通用要求GB18613中小型三相異步電動(dòng)機(jī)能效限定值及節(jié)能評(píng)價(jià)值GB/T755.2旋轉(zhuǎn)電機(jī)（牽引電機(jī)除外）確定損耗和效率的試驗(yàn)方法

IEC60034-2GB/T997電機(jī)結(jié)構(gòu)及安裝型式代號(hào)IEC60034-7GB/T1993旋轉(zhuǎn)電機(jī)冷卻方法IEC60034-6GB/T4942.1旋轉(zhuǎn)電機(jī)外殼防護(hù)等級(jí)（IP代碼）IEC60034-53電機(jī)的重要國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)憲法GB7553電機(jī)的重要標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)設(shè)計(jì)的新要求：綠色環(huán)保設(shè)計(jì)電機(jī)的環(huán)保設(shè)計(jì)——?dú)W盟電子產(chǎn)品環(huán)保指令電機(jī)的節(jié)能設(shè)計(jì)——?dú)W盟三級(jí)能效標(biāo)準(zhǔn)、美國(guó)的能效標(biāo)準(zhǔn)3電機(jī)的重要標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)設(shè)計(jì)的新要求：綠色環(huán)保設(shè)計(jì)電機(jī)設(shè)計(jì)最佳教程第一講電機(jī)設(shè)計(jì)概論課件4電機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展概述電機(jī)設(shè)計(jì)的重要任務(wù)是電磁設(shè)計(jì)，而電磁設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題是電機(jī)磁路的精確計(jì)算磁路法等效磁網(wǎng)絡(luò)法場(chǎng)路（指磁路）結(jié)合法電磁場(chǎng)解析分析法電磁場(chǎng)數(shù)值分析法場(chǎng)路（指電路）耦合時(shí)步有限元法4電機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展概述電機(jī)設(shè)計(jì)的重要任務(wù)是電磁設(shè)計(jì)4.1磁路法磁路法是電機(jī)磁場(chǎng)分布的傳統(tǒng)計(jì)算方法原理：基于磁路-電路類(lèi)比原理，將磁路計(jì)算問(wèn)題轉(zhuǎn)化為電路計(jì)算問(wèn)題，利用歐姆定律和基爾霍夫定律列寫(xiě)方程組，求解得到電機(jī)各部分的磁壓降和磁通。磁路法的優(yōu)點(diǎn)是高效率磁路法的缺點(diǎn)：依靠少量幾個(gè)集總參數(shù)構(gòu)成的磁路模型，難以精確地描述磁場(chǎng)分布情況，所以磁路法在電機(jī)設(shè)計(jì)中往往需要借助于大量的經(jīng)驗(yàn)公式和修正系數(shù)對(duì)電磁參數(shù)做出調(diào)整；只能獲得電磁量集總參數(shù)，對(duì)于電磁量波形求解無(wú)能為力。磁路法多用于初始方案設(shè)計(jì)和相似方案設(shè)計(jì)。4.1磁路法磁路法是電機(jī)磁場(chǎng)分布的傳統(tǒng)計(jì)算方法4.2等效磁網(wǎng)絡(luò)法可看作進(jìn)一步細(xì)化的磁路法。原理：依據(jù)磁通管原理，將電機(jī)中磁通分布較均勻、幾何形狀較規(guī)則的部分作為一個(gè)獨(dú)立單元，并計(jì)算其等效磁導(dǎo)。電機(jī)內(nèi)各部分對(duì)磁場(chǎng)的分布作用不同，可等效為性質(zhì)不同的單元：等效磁導(dǎo)單元和等效磁勢(shì)源單元。所有單元通過(guò)節(jié)點(diǎn)連接為一個(gè)磁網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)磁路-電路類(lèi)比原理，通過(guò)基爾霍夫定律求解該網(wǎng)絡(luò)獲得電機(jī)內(nèi)磁場(chǎng)的分布情況。優(yōu)缺點(diǎn)：相對(duì)于磁路法，等效磁網(wǎng)絡(luò)法的計(jì)算結(jié)果精度更高，但相對(duì)于有限元法，其靈活性和精度還稍遜一籌，在商用有限元軟件相當(dāng)完善和計(jì)算機(jī)計(jì)算能力大大提高的今天，等效磁網(wǎng)絡(luò)法的快速性?xún)?yōu)勢(shì)日益微弱。4.2等效磁網(wǎng)絡(luò)法可看作進(jìn)一步細(xì)化的磁路法。4.3電磁場(chǎng)解析分析法和電磁場(chǎng)數(shù)值分析法以場(chǎng)值為計(jì)算量其中，應(yīng)用最多的是電磁場(chǎng)數(shù)值分析法，它包括有限差分法、有限元法、邊界元法等。電機(jī)電磁場(chǎng)的數(shù)值分析已經(jīng)發(fā)展得比較成熟，商用軟件如Ansys、Ansoft、JMAG、Magnet等已得到廣泛地推廣和應(yīng)用。電磁場(chǎng)解析分析法在一些簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的電機(jī)的參數(shù)與性能求解中有所應(yīng)用，如氣隙磁場(chǎng)分布、齒槽轉(zhuǎn)矩、電樞反應(yīng)。由于解析法具有清晰的物理概念和明確的變量關(guān)系，在電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)中往往具有指導(dǎo)作用，但同時(shí)存在對(duì)非線(xiàn)性處理能力不足的缺陷。4.3電磁場(chǎng)解析分析法和電磁場(chǎng)數(shù)值分析法以場(chǎng)值為計(jì)算量4.4場(chǎng)路耦合時(shí)步有限元法為適應(yīng)非正弦供電而引入的一種瞬態(tài)電磁場(chǎng)求解方法。（磁）場(chǎng)方程與（電）路方程的耦合有直接耦合與間接耦合兩種。直接耦合法是指將場(chǎng)方程與路方程聯(lián)立，同時(shí)求解，特點(diǎn)是收斂性好。而間接耦合法是指場(chǎng)求解器與電路求解器分立，通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換來(lái)實(shí)現(xiàn)場(chǎng)激勵(lì)的施加和場(chǎng)計(jì)算結(jié)果的返回，如果計(jì)算步長(zhǎng)不合適可能出現(xiàn)計(jì)算結(jié)果發(fā)散的問(wèn)題，但間接耦合法工程實(shí)施性好，有利于軟件公司的開(kāi)發(fā)。場(chǎng)路耦合時(shí)步有限元法是目前在電機(jī)設(shè)計(jì)的計(jì)算方法中最為理想的方法，它考慮到了磁場(chǎng)對(duì)時(shí)間的變化率，可以在計(jì)算過(guò)程充分考慮渦流的影響、齒槽的影響、電樞反應(yīng)的影響等，同時(shí)由于采用電路求解器實(shí)時(shí)對(duì)磁場(chǎng)施加激勵(lì)，可以充分考慮非正弦供電對(duì)電機(jī)性能的影響。

4.4場(chǎng)路耦合時(shí)步有限元法為適應(yīng)非正弦供電而引入的一種瞬5電機(jī)設(shè)計(jì)課程的學(xué)習(xí)方法積極響應(yīng)，提高上課效率實(shí)踐性強(qiáng)，以學(xué)生思考、理解為主，老師提綱挈領(lǐng)、指點(diǎn)難點(diǎn)為輔學(xué)什么？學(xué)方法和思想教學(xué)的內(nèi)容：課堂講解、小程序、小論文、小設(shè)計(jì)、電機(jī)人物/歷史/書(shū)籍簡(jiǎn)介/國(guó)內(nèi)國(guó)際著名的電機(jī)制造廠/優(yōu)秀電機(jī)設(shè)計(jì)賞析/電機(jī)加工工藝錄像。5電機(jī)設(shè)計(jì)課程的學(xué)習(xí)方法積極響應(yīng)，提高上課效率5電機(jī)設(shè)計(jì)課程的學(xué)習(xí)方法考核辦法：作業(yè)與小論文，期末考試。閉卷考試(或抽簽口試)占本課程總成績(jī)的50%，作業(yè)及小論文占本課程總成績(jī)的50%。作業(yè)：本課程的作業(yè)大多來(lái)源于工程實(shí)際，有些是將課程中的某些概念、原理或公式推導(dǎo)引申改編而成?；旧厦看握n后安排2至3道習(xí)題，共約60道習(xí)題。小論文：本課程是工程實(shí)踐性很強(qiáng)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)課，配合課程進(jìn)度安排1篇小論文的寫(xiě)作，寫(xiě)作內(nèi)容取材于對(duì)課程內(nèi)容的理解、工程問(wèn)題的分析、電機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)程序的編寫(xiě)與調(diào)試報(bào)告、電機(jī)電磁設(shè)計(jì)結(jié)果報(bào)告等。每人1題，自由選做。5電機(jī)設(shè)計(jì)課程的學(xué)習(xí)方法考核辦法：作業(yè)與小論文，期末考試5.1電機(jī)設(shè)計(jì)課程大綱

課程內(nèi)容講課實(shí)驗(yàn)習(xí)題課討論課上機(jī)參觀或錄像其它小計(jì)備注電機(jī)設(shè)計(jì)概論22電機(jī)主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定22電機(jī)內(nèi)的磁場(chǎng)與磁路計(jì)算22電機(jī)的繞組理論初步22電機(jī)的參數(shù)計(jì)算44電機(jī)的性能計(jì)算44電機(jī)的冷卻與溫升計(jì)算44電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與機(jī)械計(jì)算22電機(jī)的綠色設(shè)計(jì)22基于場(chǎng)的電機(jī)設(shè)計(jì)初步22電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)實(shí)例66總計(jì)32325.1電機(jī)設(shè)計(jì)課程大綱

講實(shí)習(xí)討上參觀其小備電機(jī)設(shè)計(jì)概論5.1電機(jī)設(shè)計(jì)課程教材與參考書(shū)1．教材陳世坤.電機(jī)設(shè)計(jì)（第2版）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1997年2．參考書(shū)程福秀,林金銘.現(xiàn)代電機(jī)設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1993年胡之光.電機(jī)電磁場(chǎng)的分析與計(jì)算（修訂本）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1989年唐任遠(yuǎn).現(xiàn)代永磁電機(jī)理論與設(shè)計(jì).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1997年5.1電機(jī)設(shè)計(jì)課程教材與參考書(shū)1．教材本講內(nèi)容總結(jié)20十二月2022電機(jī)設(shè)計(jì)名詞解釋回顧了電機(jī)的主要形式電機(jī)的應(yīng)用情況介紹電機(jī)的發(fā)展情況介紹電機(jī)設(shè)計(jì)的任務(wù)和過(guò)程電機(jī)的國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介電機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展概況電機(jī)設(shè)計(jì)課程的授課內(nèi)容及考核辦法本講內(nèi)容總結(jié)18十二月2022電機(jī)設(shè)計(jì)名詞解釋課后習(xí)題（4選2）1、查閱國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，寫(xiě)出旋轉(zhuǎn)電機(jī)的工作制2、查閱國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，寫(xiě)出旋轉(zhuǎn)電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)與安裝型式3、查閱國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，寫(xiě)出旋轉(zhuǎn)電機(jī)的冷卻方法4、查閱國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，寫(xiě)出旋轉(zhuǎn)電機(jī)的外殼防護(hù)分級(jí)課后習(xí)題（4選2）1、查閱國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，寫(xiě)出旋轉(zhuǎn)電機(jī)的工作制下一講預(yù)告電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定電機(jī)電磁負(fù)荷的選擇電機(jī)的幾何相似定律系列化電機(jī)設(shè)計(jì)方法下一講預(yù)告電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定謝謝!課程公共Email：emdesign@126.com

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電話(huà)謝!課程公共Email：emdesign@126.com電機(jī)設(shè)計(jì)第一講

電機(jī)設(shè)計(jì)概論2011.09.08講課人：邢偉電機(jī)設(shè)計(jì)第一講

電機(jī)設(shè)計(jì)概論2011.09.08講課人：20十二月2022提要1、電機(jī)設(shè)計(jì)的名詞解釋——為什么要學(xué)電機(jī)設(shè)計(jì)課？2、電機(jī)設(shè)計(jì)的任務(wù)和過(guò)程——建立電機(jī)設(shè)計(jì)整體印象3、電機(jī)的國(guó)際、國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介——了解電機(jī)設(shè)計(jì)的“規(guī)矩”4、電機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展概況——把握電機(jī)設(shè)計(jì)的手段5、電機(jī)設(shè)計(jì)課的學(xué)習(xí)方法——怎么學(xué)習(xí)電機(jī)設(shè)計(jì)課？18十二月2022提要1、電機(jī)設(shè)計(jì)的名詞解1名詞解釋“電機(jī)設(shè)計(jì)”兩個(gè)問(wèn)題：什么是電機(jī)（ElectricMachine）？什么設(shè)計(jì)（Design）？1名詞解釋“電機(jī)設(shè)計(jì)”兩個(gè)問(wèn)題：1.1什么是電機(jī)？（1）在電機(jī)學(xué)中都學(xué)過(guò)哪些電機(jī)形式？（2）你日常生活中接觸過(guò)哪些使用電機(jī)的領(lǐng)域？1.1什么是電機(jī)？（1）在電機(jī)學(xué)中都學(xué)過(guò)哪些電機(jī)形式？20十二月20221.1-（1）電機(jī)學(xué)中學(xué)過(guò)的主要電機(jī)形式18十二月20221.1-（1）電機(jī)學(xué)中學(xué)過(guò)的主要電機(jī)1.1-（2）日常生活中接觸到的電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域1.1-（2）日常生活中接觸到的電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域1.1-（2）日常生活中接觸到的電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域1.1-（2）日常生活中接觸到的電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域1.1-（2）日常生活中接觸到的電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域

——新方向新能源之風(fēng)力發(fā)電1.1-（2）日常生活中接觸到的電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域

——新方向新1.1-（2）日常生活中接觸到的電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域

——新方向新能源之電動(dòng)汽車(chē)1.1-（2）日常生活中接觸到的電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域

——新方向新1.1-（2）日常生活中接觸到的電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域

——新方向新能源之動(dòng)車(chē)組1.1-（2）日常生活中接觸到的電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域

——新方向新1.1-（2）日常生活中接觸到的電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域

——新方向新能源之磁懸浮列車(chē)1.1-（2）日常生活中接觸到的電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域

——新方向新1.1-（2）日常生活中接觸到的電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域

——新方向新應(yīng)用之航空母艦艦載飛機(jī)的電磁彈射1.1-（2）日常生活中接觸到的電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域

——新方向新1.1-（2）日常生活中接觸到的電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域

——新方向飛機(jī)的舵面機(jī)電作動(dòng)器、電液作動(dòng)器飛機(jī)機(jī)輪電剎車(chē)新型渦輪增壓環(huán)控系統(tǒng)汽車(chē)、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣渦輪增壓發(fā)電核動(dòng)力潛艇的低噪音電推動(dòng)炮彈的電磁發(fā)射。。。。。。1.1-（2）日常生活中接觸到的電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域

——新方向飛1.1什么是電機(jī)？電機(jī)是通過(guò)磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的裝置。發(fā)電機(jī)(generator)電動(dòng)機(jī)(motor)變壓器(transformer)電能機(jī)械能1.1什么是電機(jī)？電機(jī)是通過(guò)磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的裝置。發(fā)1.1什么是電機(jī)？日本人的電機(jī)概念還包括“靜止電力電子功率變換器”1.1什么是電機(jī)？日本人的電機(jī)概念還包括“靜止電力電子功率1.1什么是電機(jī)？控制電機(jī)（電磁元件）用于傳感器：測(cè)速、測(cè)角度、測(cè)直線(xiàn)位移用于自動(dòng)控制：自整角機(jī)數(shù)學(xué)運(yùn)算：求積分、做加法1.1什么是電機(jī)？控制電機(jī)（電磁元件）1.1電機(jī)是什么？電機(jī)就是工業(yè)電機(jī)就是生活

電機(jī)就是美好的未來(lái)

1.1電機(jī)是什么？國(guó)內(nèi)電機(jī)行業(yè)的發(fā)展概況——2009年行業(yè)分析報(bào)告2009年1~8月電機(jī)制造企業(yè)：2853個(gè)從業(yè)人數(shù)：57.57萬(wàn)人累計(jì)產(chǎn)品銷(xiāo)售收入：2038.53億元同比增長(zhǎng)速度為：14.25%利潤(rùn)總額：123.27億元毛利潤(rùn)率：15.23%2009年1~9月發(fā)電設(shè)備累計(jì)生產(chǎn)8339.5萬(wàn)kW2009年1~9月交流電動(dòng)機(jī)累計(jì)生產(chǎn)13454萬(wàn)kW2009年1～9月，累計(jì)生產(chǎn)變壓器93374.37萬(wàn)kVA國(guó)內(nèi)電機(jī)行業(yè)的發(fā)展概況——2009年行業(yè)分析報(bào)告2009年1國(guó)內(nèi)電機(jī)行業(yè)的發(fā)展概況——2009年行業(yè)分析報(bào)告國(guó)內(nèi)電機(jī)行業(yè)的發(fā)展概況——2009年行業(yè)分析報(bào)告國(guó)內(nèi)電機(jī)行業(yè)的發(fā)展概況——2009年行業(yè)分析報(bào)告國(guó)內(nèi)電機(jī)行業(yè)的發(fā)展概況——2009年行業(yè)分析報(bào)告國(guó)內(nèi)電機(jī)行業(yè)的發(fā)展概況——2009年行業(yè)分析報(bào)告國(guó)內(nèi)電機(jī)行業(yè)的發(fā)展概況——2009年行業(yè)分析報(bào)告國(guó)內(nèi)電機(jī)廠所概述研究所：上海電器研究所、電子工業(yè)部上海21所，西安微電機(jī)研究所，廣州電器研究所，哈爾濱大電機(jī)研究所，沈陽(yáng)變壓器研究所工廠：哈電、東方、上海、南洋、115、125、博山、ABB天津、蘭州（西門(mén)子）、艾默生、德昌、北微、天微國(guó)內(nèi)電機(jī)廠所概述研究所：上海電器研究所、電子工業(yè)部上海21所1.2什么是設(shè)計(jì)？設(shè)——假設(shè)：給定一些假設(shè)條件

設(shè)置：初始參數(shù)設(shè)置計(jì)——計(jì)算：計(jì)算詳細(xì)參數(shù)與性能算計(jì)：相互矛盾的或耦合在一起的參數(shù)之間的權(quán)衡，以取得最優(yōu)結(jié)果1.2什么是設(shè)計(jì)？設(shè)——假設(shè)：給定一些假設(shè)條件2.1電機(jī)設(shè)計(jì)的任務(wù)根據(jù)用戶(hù)提出的產(chǎn)品規(guī)格（功率、電壓、轉(zhuǎn)速）、技術(shù)要求（效率、參數(shù)、溫升限度、機(jī)械可靠性要求）和運(yùn)行條件，綜合考慮技術(shù)的可行性和方案的經(jīng)濟(jì)性（國(guó)家的方針、政策），運(yùn)用有關(guān)理論和計(jì)算方法（電機(jī)設(shè)計(jì)課程的內(nèi)容），正確處理設(shè)計(jì)時(shí)遇到的各種矛盾，從而設(shè)計(jì)出性能好、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、工藝性好和維修性好的產(chǎn)品。2.1電機(jī)設(shè)計(jì)的任務(wù)根據(jù)用戶(hù)提出的產(chǎn)品規(guī)格（功率、電壓2.2電機(jī)設(shè)計(jì)的過(guò)程電機(jī)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)備工作：與用戶(hù)溝通，明確需求（技術(shù)指標(biāo)、運(yùn)行條件、成本、供貨周期、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)）；了解制造、加工廠的設(shè)備條件，人力條件；根據(jù)用戶(hù)需求和相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)編制設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)。電機(jī)的初步設(shè)計(jì)：確定電機(jī)的總體結(jié)構(gòu)形式，這是電磁設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

接下一頁(yè)2.2電機(jī)設(shè)計(jì)的過(guò)程電機(jī)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)備工作：與用戶(hù)溝通，明確需2.2電機(jī)設(shè)計(jì)的過(guò)程電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)：在初步設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，通過(guò)一些“假設(shè)”和“參數(shù)設(shè)置”給出電機(jī)的初步電磁結(jié)構(gòu)尺寸，然后進(jìn)行電磁“計(jì)算”，通過(guò)反復(fù)迭代計(jì)算，在參數(shù)之間進(jìn)行權(quán)衡，最終給出滿(mǎn)足電磁性能要求的設(shè)計(jì)結(jié)果（材料、各部分結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)）。電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：確定電機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)、零部件尺寸、材料規(guī)格及性能要求、加工要求，期間涉及必要的機(jī)械（強(qiáng)度、剛度）計(jì)算和溫升計(jì)算，最終給出電機(jī)的設(shè)計(jì)圖樣（零件圖、組件圖、裝配圖等）。電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要考慮電機(jī)的加工、運(yùn)輸、安裝、使用、維修等多個(gè)方面。2.2電機(jī)設(shè)計(jì)的過(guò)程電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)：在初步設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，通3電機(jī)的國(guó)內(nèi)、國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)：國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）、國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）、歐盟標(biāo)準(zhǔn)（EU）、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)（GB）、國(guó)家推薦性標(biāo)準(zhǔn)（GB/T）、國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)（GJB）其他國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：日本標(biāo)準(zhǔn)（JIS），德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)（DIN）、美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)（ANSI）美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)（MIL）部頒標(biāo)準(zhǔn)：機(jī)械工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)（JB）、航空工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)（HB）3電機(jī)的國(guó)內(nèi)、國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)：國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）、3電機(jī)的重要國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)憲法GB755旋轉(zhuǎn)電機(jī)定額和性能IEC60034-1GB1971電機(jī)線(xiàn)端標(biāo)志與旋轉(zhuǎn)方向IEC60034-8GB10069.3旋轉(zhuǎn)電機(jī)噪聲測(cè)試方法及限值噪聲限值IEC60034-9GB10068軸中心高為56mm及以上電機(jī)的機(jī)械振動(dòng)

——振動(dòng)測(cè)測(cè)量、評(píng)定及限值GB12350小功率電動(dòng)機(jī)的安全要求GB14711中小型旋轉(zhuǎn)電機(jī)安全通用要求GB18613中小型三相異步電動(dòng)機(jī)能效限定值及節(jié)能評(píng)價(jià)值GB/T755.2旋轉(zhuǎn)電機(jī)（牽引電機(jī)除外）確定損耗和效率的試驗(yàn)方法

IEC60034-2GB/T997電機(jī)結(jié)構(gòu)及安裝型式代號(hào)IEC60034-7GB/T1993旋轉(zhuǎn)電機(jī)冷卻方法IEC60034-6GB/T4942.1旋轉(zhuǎn)電機(jī)外殼防護(hù)等級(jí)（IP代碼）IEC60034-53電機(jī)的重要國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)憲法GB7553電機(jī)的重要標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)設(shè)計(jì)的新要求：綠色環(huán)保設(shè)計(jì)電機(jī)的環(huán)保設(shè)計(jì)——?dú)W盟電子產(chǎn)品環(huán)保指令電機(jī)的節(jié)能設(shè)計(jì)——?dú)W盟三級(jí)能效標(biāo)準(zhǔn)、美國(guó)的能效標(biāo)準(zhǔn)3電機(jī)的重要標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)設(shè)計(jì)的新要求：綠色環(huán)保設(shè)計(jì)電機(jī)設(shè)計(jì)最佳教程第一講電機(jī)設(shè)計(jì)概論課件4電機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展概述電機(jī)設(shè)計(jì)的重要任務(wù)是電磁設(shè)計(jì)，而電磁設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題是電機(jī)磁路的精確計(jì)算磁路法等效磁網(wǎng)絡(luò)法場(chǎng)路（指磁路）結(jié)合法電磁場(chǎng)解析分析法電磁場(chǎng)數(shù)值分析法場(chǎng)路（指電路）耦合時(shí)步有限元法4電機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展概述電機(jī)設(shè)計(jì)的重要任務(wù)是電磁設(shè)計(jì)4.1磁路法磁路法是電機(jī)磁場(chǎng)分布的傳統(tǒng)計(jì)算方法原理：基于磁路-電路類(lèi)比原理，將磁路計(jì)算問(wèn)題轉(zhuǎn)化為電路計(jì)算問(wèn)題，利用歐姆定律和基爾霍夫定律列寫(xiě)方程組，求解得到電機(jī)各部分的磁壓降和磁通。磁路法的優(yōu)點(diǎn)是高效率磁路法的缺點(diǎn)：依靠少量幾個(gè)集總參數(shù)構(gòu)成的磁路模型，難以精確地描述磁場(chǎng)分布情況，所以磁路法在電機(jī)設(shè)計(jì)中往往需要借助于大量的經(jīng)驗(yàn)公式和修正系數(shù)對(duì)電磁參數(shù)做出調(diào)整；只能獲得電磁量集總參數(shù)，對(duì)于電磁量波形求解無(wú)能為力。磁路法多用于初始方案設(shè)計(jì)和相似方案設(shè)計(jì)。4.1磁路法磁路法是電機(jī)磁場(chǎng)分布的傳統(tǒng)計(jì)算方法4.2等效磁網(wǎng)絡(luò)法可看作進(jìn)一步細(xì)化的磁路法。原理：依據(jù)磁通管原理，將電機(jī)中磁通分布較均勻、幾何形狀較規(guī)則的部分作為一個(gè)獨(dú)立單元，并計(jì)算其等效磁導(dǎo)。電機(jī)內(nèi)各部分對(duì)磁場(chǎng)的分布作用不同，可等效為性質(zhì)不同的單元：等效磁導(dǎo)單元和等效磁勢(shì)源單元。所有單元通過(guò)節(jié)點(diǎn)連接為一個(gè)磁網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)磁路-電路類(lèi)比原理，通過(guò)基爾霍夫定律求解該網(wǎng)絡(luò)獲得電機(jī)內(nèi)磁場(chǎng)的分布情況。優(yōu)缺點(diǎn)：相對(duì)于磁路法，等效磁網(wǎng)絡(luò)法的計(jì)算結(jié)果精度更高，但相對(duì)于有限元法，其靈活性和精度還稍遜一籌，在商用有限元軟件相當(dāng)完善和計(jì)算機(jī)計(jì)算能力大大提高的今天，等效磁網(wǎng)絡(luò)法的快速性?xún)?yōu)勢(shì)日益微弱。4.2等效磁網(wǎng)絡(luò)法可看作進(jìn)一步細(xì)化的磁路法。4.3電磁場(chǎng)解析分析法和電磁場(chǎng)數(shù)值分析法以場(chǎng)值為計(jì)算量其中，應(yīng)用最多的是電磁場(chǎng)數(shù)值分析法，它包括有限差分法、有限元法、邊界元法等。電機(jī)電磁場(chǎng)的數(shù)值分析已經(jīng)發(fā)展得比較成熟，商用軟件如Ansys、Ansoft、JMAG、Magnet等已得到廣泛地推廣和應(yīng)用。電磁場(chǎng)解析分析法在一些簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的電機(jī)的參數(shù)與性能求解中有所應(yīng)用，如氣隙磁場(chǎng)分布、齒槽轉(zhuǎn)矩、電樞反應(yīng)。由于解析法具有清晰的物理概念和明確的變量關(guān)系，在電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)中往往具有指導(dǎo)作用，但同時(shí)存在對(duì)非線(xiàn)性處理能力不足的缺陷。4.3電磁場(chǎng)解析分析法和電磁場(chǎng)數(shù)值分析法以場(chǎng)值為計(jì)算量4.4場(chǎng)路耦合時(shí)步有限元法為適應(yīng)非正弦供電而引入的一種瞬態(tài)電磁場(chǎng)求解方法。（磁）場(chǎng)方程與（電）路方程的耦合有直接耦合與間接耦合兩種。直接耦合法是指將場(chǎng)方程與路方程聯(lián)立，同時(shí)求解，特點(diǎn)是收斂性好。而間接耦合法是指場(chǎng)求解器與電路求解器分立，通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換來(lái)實(shí)現(xiàn)場(chǎng)激勵(lì)的施加和場(chǎng)計(jì)算結(jié)果的返回，如果計(jì)算步長(zhǎng)不合適可能出現(xiàn)計(jì)算結(jié)果發(fā)散的問(wèn)題，但間接耦合法工程實(shí)施性好，有利于軟件公司的開(kāi)發(fā)。場(chǎng)路耦合時(shí)步有限元法是目前在電機(jī)設(shè)計(jì)的計(jì)算方法中最為理想的方法，它考慮到了磁場(chǎng)對(duì)時(shí)間的變化率，可以在計(jì)算過(guò)程充分考慮渦流的影響、齒槽的影響、電樞反應(yīng)的影響等，同時(shí)由于采用電路求解器實(shí)時(shí)對(duì)磁場(chǎng)施加激勵(lì)，可以充分考慮非正弦供電對(duì)電機(jī)性能的影響。

4.4場(chǎng)路耦合時(shí)步有限元法為適應(yīng)非正弦供電而引入的一種瞬5電機(jī)設(shè)計(jì)課程的學(xué)習(xí)方法積極響應(yīng)，提高上課效率實(shí)踐性強(qiáng)，以學(xué)生思考、理解為主，老師提綱挈領(lǐng)、指點(diǎn)難點(diǎn)為輔學(xué)什么？學(xué)方法和思想教學(xué)的內(nèi)容：課堂講解、小程序、小論文、小設(shè)計(jì)、電機(jī)人物/歷