电机设计及其CAD-第1章.

SchoolofElectricalEngineering12019年12月21日星期六1课程内容是一门专业课，是电机学的后续课程。介绍电机设计理论、磁路计算方法、参数计算方法、性能计算方法、电磁设计方法、温升计算、结构型式的选择、电磁振动与噪声、计算机辅助设计方法等。重点：电机设计理论、电磁参数计算方法、电磁性能计算方法、电磁设计方法（以电机为例介绍电磁装置的设计方法）课程简介SchoolofElectricalEngineering22019年12月21日星期六2课程特点电机设计理论与工程技术并重，理论联系实际3课程学习要求掌握电机设计的实施过程掌握电机的基本设计理论掌握电机性能分析的基本方法掌握三相感应电动机设计计算方法初步掌握电机CAD软件编制方法SchoolofElectricalEngineering32019年12月21日星期六4课程安排32学时:授课各单元作业SchoolofElectricalEngineering42019年12月21日星期六第一节电机制造工业近况与发展趋势一、国内发电机制造工业的发展概况1875年，法国巴黎北火车站建成的世界首座发电厂，1879年美国首座发电厂,1883年俄罗斯首座发电厂。我国第一次用电：1879年5月17-18日，上海英租界迎接美国总统格兰特，在外滩发电亮灯。第一章电机设计概述SchoolofElectricalEngineering52019年12月21日星期六第一座自己创办的电厂：西苑电灯公所，1889.1发电，20马力1882年，英国人立德尔成立上海电气公司，今南京东路190号创办了中国第一座发电厂。7月26日19时，电厂开始供电，夜幕下，弧光灯一齐发光。SchoolofElectricalEngineering62019年12月21日星期六中国第一座水电站：1905年，台湾龟山水电站（500kW）中国自建的第一座水电站：石龙坝发电厂位于滇池出水道，距离昆明70公里。1908年开始筹建，1910年开工，1912年4月发电，送电到昆明市区，23kV。1、2号机组共480千瓦，西门子公司制造的机组，奥地利伏依特公司生产的水轮机仍在运行，7040kW。SchoolofElectricalEngineering72019年12月21日星期六我国生产的第一套发电设备：1936年，发展重工业的第一个三年计划，航空发动机、动力机械和工具机具的制造厂，成立中央电工器材厂（现在的湘潭电机厂）和中央机器厂（现在的昆明机床厂）SchoolofElectricalEngineering82019年12月21日星期六中央机器厂（1938年成立）从瑞士BBC公司，引进2MW汽轮发电机技术，转子进口，改造定子，提高了端电压。汽轮机进口，锅炉仿造瑞士产品设计并自行制造。1943年在泸县电厂和昆明电厂使用，此后中断了火电设备生产。中央电工器材厂（1936年成立）1942年，研制1000马力水轮机，改造了一台1940kVA、6.9kV发电机，安装在四川下清渊发电厂与西屋公司合作SchoolofElectricalEngineering92019年12月21日星期六1945年，国民政府与西屋公司签订合同，引进汽轮发电机、水轮发电机﹑电动机﹑变压器﹑开关设备﹑仪器仪表﹑电力电容器﹑电工绝缘材料等电工产品技术﹐以及设计能生产以上产品的工厂和5年内培训300名技术人员的技术合作。由于战乱，未能实现，培训96人，培养了中国第一代电机人才，为新中国作了人员和技术储备。1950—1958年，仿造阶段此阶段主要引进6—100MW火电设备制造技术初期，华东工业部和东北工业部分别成立火电设备生产基地，进行练兵；SchoolofElectricalEngineering102019年12月21日星期六上机基地：1952年引进捷克的中压6-12MW技术进行仿制。1954年，根据捷克图纸制成6MW空气冷却汽轮发电机，于1956年在安徽淮南电厂投运。1956年，仿捷TQC型12MW空冷式汽轮发电机1958年，仿捷TQC型25MW空冷式汽轮发电机哈尔滨基地：1952年，引进苏联的中压（6～25MW）和高压（25～50MW）技术，以高压为主SchoolofElectricalEngineering112019年12月21日星期六1958年，根据苏联图纸资料于制成第一台仿25MW空冷式汽轮发电机按苏联图纸制造30MW自行设计一台50MW，设计不成熟，只生产2台苏联图纸50WM1960年，按苏联图纸制造100MW，因定点电厂下马，闲置4年，1967年安装在高井电厂。上述工作为自行开发奠定了基础。1958～1978年：自行开发0.75-600MW汽轮发电机（1）双水内冷汽轮发电机1958年6月26日，郑光华、王槱生等人首先提出了转子绕组铜线内通水冷却方案，并试验成功。SchoolofElectricalEngineering122019年12月21日星期六SchoolofElectricalEngineering132019年12月21日星期六27日到上海电机厂28日交流7月7日成立课题组开始设计9月试制成功世界首台12MW隐极式双水内冷汽轮发电机1958年12月并网运行1959年,25MW和50MW双水内冷汽轮发电机1960年,100MW双水内冷汽轮发电机。6月28日，浙江省委第一书记接见浙大课题组老师，指示萧山电机厂进行设计和制造同年,3MW、1500r/min凸极式双水内冷汽轮发电机，并网运行。双水内冷为自主创新成果。电磁弹射SchoolofElectricalEngineering142019年12月21日星期六问题：“大跃进”期间，双水内冷汽轮发电机还不成熟，漏水事故多，一次投产20台6MW发电机，造成了很大损失。哈尔滨电机厂也进行了类似工作，由于问题较多，终止整改：1961年，中央指示“一年过关，三年完善，暂停生产”。1966年，解决了关键问题。制成许多规格的发电机，安全运行。开发新产品：哈尔滨电机厂：1971年200MW，72年并网运行。援助朝鲜60MW共8台，成功。1972年，上机厂完成了600MW双水内冷汽轮发电机施工设计并开始作生产准备工作。这项研制工作一直持续到1978年，由于有关领导部门确定引进国外技术而终止。SchoolofElectricalEngineering152019年12月21日星期六（2）氢冷发电机哈机厂：从1958年开始，先后试制了50MW氢内冷汽轮发电机、仿制了50MW氢外冷和100MW氢内冷汽轮发电机。对氢冷技术积累了一定的经验。1966年开始600MW氢水冷汽轮发电机的设计，1972年10月完成施工设计，并进入生产准备阶段，和上机厂一样，由于相同的原因而中止。1972年，哈机厂试制成200MW氢水冷汽轮发电机：定子绕组水内冷、转子绕组氢内冷、铁芯氢冷，75年顺利并网发电。以后，哈机厂生产的200MW及以上大电机组一般均采用水氢氢冷却。SchoolofElectricalEngineering162019年12月21日星期六（3）空冷发电机50年代仿造的空冷汽轮发电机在运行中暴露出不少缺点。1961～1963年期间，全国电机行业进行联合设计，对仿苏和仿捷系列进行了完善。联合设计QF新系列：3～25MW首台机组先后在1962一1965年期间试制完成。该新系列后来在行业中推广和批量生产。1977—1985年：整改与引进整顿火电机组的质量，引进300MW、600MW火电技术（1）整顿100～300MW火电机组的质量许多大机组投运后，暴露了大量的质量问题，严重地损害了国产大机组的形象。SchoolofElectricalEngineering172019年12月21日星期六原因：一是先天不足，缺乏必要的试验依据；二是后天失调，粗制滥造。电力部门为了解决电力建设迫切的需要，从1973年开始陆续进口了一些火电大机组，使中国火电设备制造行业面临严峻的挑战。联合攻关，列了354项需要解决的问题。国产100～300MW火电机纪经过完善化和改进设计，技术水平有了很大提高。因此，机械、电力部门商定对国产型和引进型300MW火电机组采取“同时并存”方针。整顿的基础上进行了改进设计，可靠性大大提高。但仍存在一些问题，发电机绝缘等。SchoolofElectricalEngineering182019年12月21日星期六（2）引进300MW和600MW火电设备制造技术1978年2月，一机、水电两部共同向国务院提出，为了提高中国大型火电机组经济指标和制造水平，建议进口电机的同时引进制造技术。1980年9月和11月，一机部分别与美国西屋公司和美国燃烧工程公司签订了汽轮机、汽轮发电机和锅炉的技术转让和购买部分零部件合同。上海基地承制的300MW考核机组于1985年制成，装在山东石横电厂，1987年7月投运，1988年5月通过考核试验SchoolofElectricalEngineering192019年12月21日星期六这两种引进型机组具有当代国际水平，通过消化和吸收，大大提高了火电设备的技术水平。（3）国产100-300MW火电设备的改进设计在对引进的300-600MW进行消化吸收的基础上，对国产100-300MW进行改进设计。1985年投入运行的22台100-300MW机组，平均年利用5688小时，可靠性大大提高。哈尔滨基地承制的600MW考核机组于1986年制成，装在安徽平纤电厂。于1989年11月投运。SchoolofElectricalEngineering202019年12月21日星期六目前的水平2007年，哈尔滨锅炉厂有限责任公司、上海汽轮机有限公司、上海汽轮发电机有限公司：1000MW汽轮发电机组运行成功。国内单机容量最大的火电机组。2007年，世界最大的水电机组在三峡运行成功。由哈电独立设计建造，700MW。此前，我国只有设计、制造320MW水电机组的能力。SchoolofElectricalEngineering212019年12月21日星期六二、国外发电机制造工业的发展概况汽轮发电机大多数国家以火电为主：（1）水电站受环境、移民等限制，投入大；（2）火电厂建厂快、投资少。50年代，100～200MW60年代，300～600MW七十年代后期，800～1300MW。进入80年代之后，国外发达国家汽轮发电机技术已经成熟。产品定型，实现了系列化、标准化，产品技术经济性能先进，运行可靠，能充分满足电力工业的需要。从其鼎盛时期的高速发展走向平稳发展阶段，特点：SchoolofElectricalEngineering222019年12月21日星期六从70年代后期开始，空冷汽轮发电机的订单迅速增加，重新受到青睐。单机容量迅速提高，100MVA到350MVA级。技术性能也迅速提高，额定运行效率（230MVA及300MVA为98.74%）与同容量级的氢冷汽轮发电机（有些实测值已达到99.2％)相近。（1）单机容量：70年代中期突破1200MW后停滞不前，巨型机组暴露一些问题，对巨型汽轮发电机需求量的增长减缓（2）一些公司汽轮发电机产量急剧下降GE（通用电气）和西屋公司，80年代后急剧下降SchoolofElectricalEngineering232019年12月21日星期六（3）欧美公司并购重组．形成4大集团演变过程（4）核电机组需求量增加70年代起，核电单机容量的增长速度就超过常规机组。80年代后，研制成功1000MW级及以上的核电机组，投运的许多核电机组的单机容量也超过1000MW。以500—600MW级机组为主。目前核电汽轮发电机的发展速度也已减缓，甚至停滞不前（5）冷却方式：早期：氢冷、空冷SchoolofElectricalEngineering242019年12月21日星期六目前：定子绕组：大多采用水内冷转子绕组：部分国家采用水内冷，多采用氢冷或空冷。“内冷”：把线圈导线做成空心的，让流体直接吹过铜线，对线圈进行直接冷