开题报告
电气工程及自动化
井用潜水异步电动机设计
一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义
1．我国电机设计的现状
随着社会生产的不断发展，我国的工农业需水量不断增大，而在农村、工厂、矿山、铁路、自来水公司、地热开发、油田和地质勘探等领域广泛应用的井用潜水泵则成为了抢手货。因而在近十几年全国诸多农机产品生产企业面临产品老化、减产、经济效益不断下降的形势下，井用潜水电泵却恰恰相反，其生产企业数量不断增加，产量以每年平均20%的速度增长，企业的经济效益不断提高。作为井用潜水泵的配套动力设备，井用潜水异步电动机的性能优劣则直接影响到泵的使用质量。自从80年代我国引进RITZ公司潜水电机制造技术起，并随后制订了国GB/T —2816
-91（即《井用潜水泵型式和基本参数》），我国国内潜水电机行业才开始进入一个全新的发展阶段。在JQS、YQS等系列新型的潜水电机相继研发并大量投放市场之后，我国国内潜水电机产量不仅满足了国内的需求，而且大量出口，相继打入了中东、非洲市场,并向美国、欧洲发展。
目前我国电机设计方法主要有两种：一是完全凭借人的计算能力，对电机的电磁参数进行校核计算，然后进行优化选择等，其最大的缺点就是要对电磁设计的百余个公式逐一进行计算，还要完成四个迭代计算，其涉及因素及计算量很大很复杂，工作量非常大，不符合现代发展趋势；第二则是借助计算机等辅助设备，特别是电机设计CAD技术的发展，被广大电机设计人员用来从事电机产品的设计计算、分析及绘图，实现电机产品设计过程的自动化，加速了设计过程，缩短了设计周期、提高了电机产品质量，也适应了电机产业更新换代迅速的要求。因此，现今基本上电机设计企业都已经选择了CAD软件开发设计电机。
2．电机设计的趋势
借助于计算机CAD技术的迅猛发展，给电机设计行业注入巨大的更新血液。目前我国潜水电机在设计制造方面有了很大的进步，主要表现为以下几个方面：
（1）潜水电动机的产品结构设计、电磁优化设计以及制造工艺日趋完善；
（2）在取材方面用冷轧硅钢片取代了热轧硅钢片，开发出了具有高导磁、低损耗的DGX系列电工钢片；
（3）开发出了125°C高温耐水线，给高温潜水电机的设计和单机功率的提高提供了条件；
（4）在设计、制造高承载力推力轴承方面有了较大发展；
（5）计算机电机CAD等软件的广泛应用，缩短了研究周期、减小成本等等。
在中国国内井用潜水电机行业蓬勃发展的同时，国外的电机设计革新也在悄然进行。目前国外潜水电机的生产厂家主要有德国的Ritz、KSB，美国的Flygt、Itt-Loware、富兰克林，日本的日立以及丹麦的格兰富等。
同样面对电机革新换代方面的问题，国外企业对量大面广的潜水电机进行了不断的改进,取得了明显的进展,主要表现在:
（1）提高电机转速，以提高泵的流量和扬程，从而减少电泵机组的总长度，降低成本。
（2）提高单机工作功率，适应工作场地及温度的需要,同电机机座号的单机工作最大功率提高了2.5～3倍。
（3）提高电机止推轴承的承载能力，提高该电机工作时的可靠性，满足其提高泵效及高扬程的需要。
（4）提高力能指标，实行高效节能。
（5）实行计算机电机优化设计，降低电机的重量以及成本。
近几年来，由于社会发展等需要，地球资源损耗日益加大，水源缺乏、粮食短缺、环境污染，已经深深影响到我们人类的生存与发展。能源危机，这是个亟需解决的问题。由此，开发并使用高效率电机已逐渐成为全球的共识。因此，高效能、低噪声低振动、便于调速等已经成为国内外电动机研究设计的主要发展方向。
3.课题说明及选题的意义
随着科学技术的发展，超导体制冷等新技术新材料的不断涌现，电机CAD设计软件的普及，也进一步促进了电机设计行业的不断革新。但由于近几年我国地下水位普遍下降、水温过热、砂量过多等新的一系列问题的出现，使得广泛使用的井用潜水电机行业不得不面临新的挑战，如何设计出更高效能、更低噪声低振动、更安全智能的井用潜水异步电动机已经成为必然。因此，我们首先需要从电机设计的常规方式入手，在掌握其常规设计的基础上，不断改善，使得我国电机设计逐步走上国际化道路甚至成为世界的掌舵者。这也完全符合我国可持续发展的需要。
综合上述原因我认为了解并改善井用潜水异步电动机设计有着十分重要的现实意义
二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：
确定井用潜水异步电动机的总体结构型式，包括防护式、安装式、通风和冷却方式、轴承类型和数量、轴伸型式和数量等。确定零部件的结构型式、材料、形状、尺寸、加工精度、形位公差、表面粗糙程度和技术要求等。确定某些零部件（如转子铁芯与轴、机座和端盖等）之间的机械连接方式、配合种类等。核算零部件的机械性能。进行电机的磁路计算，对电机的定子槽、转子槽选型，铁芯和绕组设计、磁路计算、参数计算、运行性能计算、启动性能计算、异步电动机的通风与温升计算、异步电动机的噪声计算以及校验损耗等
拟解决井用潜水异步电动机面对近几年我国地下水位普遍下降、水温过热、砂量过多等环境时显得动力不足、抗热性不高、安全密封性能不佳等问题。
三、研究步骤、方法及措施：
1.根据任务书要求，查阅各类书籍和资料，进行调研，完成开题报告、文献综述、外文翻译。
2.研究井用潜水异步电动机的特性，熟悉其设计方法。
3.根据任务书所给数据，进行电磁参数计算，具体步骤如下：
1）预选尺寸，给初始设计
①确定外形尺寸：由容量和尺寸关系式确定；
②开槽：考虑槽配合要求合理地选择定、转子槽数，并选择槽型、槽宽、槽高、槽面积等；
③选导线：由定子每相电压及电势降落系数以及每极磁通确定每槽串联导体数，确定每根导线截面、联接方式及绝缘等。
2）校核计算：用初始设计给定数据进行性能计算，包含四个迭代计算
①磁路计算：由预选尺寸计算磁密及磁势，求出激励电流和激磁电抗；
②参数计算：包括计算定、转子电阻及各个漏电抗、电流及相应电密；
③损耗及性能计算：计算各损耗，效率功率因数、最大转矩倍数以及额定滑差率；
④起动计算：确定起动电流倍数及启动转矩倍数。
3）调整方案
初始设计方案不一定满足要求，还要做多次调整，直到得到可用设计。
4）挑选方案
算出一批可行设计，经比较选出最佳设计，并满足材料、制造及运行三项总费用最小的要求。
4.完成上述步骤后进行电机优化的进一步设计，得出整个设计成果，完成论文初稿。
四、参考文献
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