【正文】 磁設(shè)計 ........................................................................................................21 湖南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 結(jié)構(gòu)設(shè)計 ........................................................................................................22 變頻調(diào)速電動機(jī)的設(shè)計特點 ........................................................................22 變頻調(diào)速異步電動機(jī)的應(yīng)用范圍 .........................................................................23 第 4 章 變頻調(diào)速電動機(jī)的電磁設(shè)計 ..................................................................24 概述 .........................................................................................................................24 電磁方案設(shè)計 .........................................................................................................26 頻率為 50Hz 時的電磁設(shè)計方案 .................................................................26 其他頻率時電磁參數(shù)的比較 ........................................................................42 電磁設(shè)計中的某些特殊考慮 .................................................................................47 結(jié)束語 ...................................................................................................................................50 參考文獻(xiàn) ...............................................................................................................................51 致 謝 ...................................................................................................................................52 三相交流變頻電動機(jī)設(shè)計與結(jié)構(gòu)分析 I 摘 要 簡要的描述了交流變頻調(diào)速電機(jī)的意義。分析了各種交流調(diào)速方法，得出變頻調(diào)速是目前最理想的交流調(diào)速方法的結(jié)論。介紹了交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本原理及其應(yīng)用，其中包括變頻器的工作原理及其控制策略和調(diào)速控制方式。研究了變頻電機(jī)的機(jī)械特性，分析變頻電源中的諧波對電機(jī)損耗和效率的影響。探討了變頻調(diào)速電機(jī)的電磁設(shè)計方案，并選 取一種型號的變頻電機(jī)進(jìn)行電磁部分的計算。并討論了不同頻率時變頻電機(jī)主要參數(shù)的變化情況。 關(guān)鍵詞 ： 變頻調(diào)速系統(tǒng) ；變頻器；變頻電機(jī)；電磁設(shè)計 三相交流變頻電動機(jī)設(shè)計與結(jié)構(gòu)分析 II Abstract A brief description of the AC variable frequency motor speed control significance. Analysis of the exchange of a variety of speed control method is derived VVVF AC Drive the best way to conclusion. Introduced the AC variable frequency speed regulation system of the basic principles, applications, including the working principle of frequency converter and its control strategy and speed control. Studied the mechanical characteristics of the motor frequency, frequency analysis of harmonic power losses and efficiency of the electrical impact. Frequency of the electromagic motor design, and select a type of variable frequency electromagic motor part of the calculation. And discussed at different frequencies of the main parameters of the electrical frequency changes. Keywords： Frequency Control System； Inverters ； Variable Frequency Motor ；Electromagic Design 三相交流變頻電動機(jī)設(shè)計與結(jié)構(gòu)分析 1 第 1 章 緒論 在工 業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸、國防軍事設(shè)施以及日常生活中廣泛地應(yīng)用著電機(jī)傳動。其中許多機(jī)械有調(diào)速的要求：如車輛、電梯、機(jī)床、造紙機(jī)械、紡織機(jī)械等等，為了滿足運行、生產(chǎn)、工藝的要求需要調(diào)速；另一類設(shè)備如風(fēng)機(jī)，水泵等為了減少運行損耗，節(jié)約電能也需要調(diào)速。但是直流電動機(jī)本身在結(jié)構(gòu)上存在嚴(yán)重的問題，以及對環(huán)境的要求也高和維護(hù)檢修不便的問題。所以采用交流電動機(jī)調(diào)速，因為它結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，價格低廉，而且堅固耐用，慣量小，運行可靠，很少需要維護(hù)，可用于惡劣環(huán)境。上世紀(jì) 20 年代，人們認(rèn)識到變頻調(diào)速是交流電動機(jī)的一種最好調(diào)速方法。 它既能在寬廣的范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速，而且可以獲得良好的超動和運行特性。 本課題的提出和意義 近年來，隨著各種技術(shù)迅速發(fā)展，交流調(diào)速取代直流調(diào)速和計算機(jī)數(shù)字控制取代模擬控制已成為發(fā)展趨勢 !電機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)是當(dāng)今節(jié)電，改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善不斷惡化的環(huán)境，推動技術(shù)進(jìn)步的一種主要手段 ! 因此研究變頻調(diào)速技術(shù)對于能源利用和我國的工業(yè)節(jié)能有重要意義 ! 變頻調(diào)速技術(shù)主要向著兩個方向發(fā)展：一是實現(xiàn)高功率因數(shù)、高效率、無諧波干擾，研制具有良好電磁兼容性能的“綠色電器”；二是向變頻器應(yīng)用的深度和廣度發(fā) 展 !隨著變流器應(yīng)用領(lǐng)域深度和廣度的不斷開拓，變頻調(diào)速技術(shù)將越來越清楚地展示它在一個國家國民經(jīng)濟(jì)中的重要性 ! 可以預(yù)料，現(xiàn)代控制理論和人工智能技術(shù)在變頻調(diào)速技術(shù)中的應(yīng)用和推廣，將賦予它更強(qiáng)的生命力和更高的技術(shù)含量 !其發(fā)展方向具體有如下幾項： (1)實現(xiàn)高水平的控制； (2)開發(fā)清潔電能的變流器； (3)縮小裝置的尺寸； (4)高速度的數(shù)字控制； (5)模擬與計算機(jī)輔助設(shè)計 CAD技術(shù)。在我國為實現(xiàn) 2021年奮斗目標(biāo)而必須進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整、實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長方式轉(zhuǎn)變中，節(jié)能降耗是實現(xiàn)少投入、高效益的重要途徑。因此，必須把推進(jìn)變頻調(diào)速 等高效節(jié)電技術(shù)作為今后節(jié)能工作的重點之一，花大力氣，加大推廣運用工作力度。同時，也要看到變頻調(diào)速器在我國巨大市場潛力。要把變頻器的開發(fā)、推廣、應(yīng)用、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展作為新的經(jīng)濟(jì)增長點來培育。從國外情況看，變頻器生產(chǎn)已成為一些國家的先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。而我國這方面的基礎(chǔ)還很薄弱，我們有理由認(rèn)為：推進(jìn)我國變頻器產(chǎn)業(yè)化是國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的一個有力推動點，必將帶動和促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)共同發(fā)展。交流調(diào)速傳動的客觀發(fā)展趨勢已表明，它完全可以和直流傳動相媲美、相抗衡，并有取代的趨勢。 變頻器技術(shù)是一門綜合性的技術(shù)。它建立在控制技術(shù)、電子電力技 術(shù)、微電子技術(shù)三相交流變頻電動機(jī)設(shè)計與結(jié)構(gòu)分析 2 和計算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上。它與傳統(tǒng)的交流拖動系統(tǒng)相比 ,利用變頻器對交流電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制 ,有許多優(yōu)點 ,如節(jié)電 ,容易實現(xiàn)對現(xiàn)有電動機(jī)的調(diào)速控制 ,可以實現(xiàn)大范圍內(nèi)的高效連續(xù)調(diào)速控制 ,容易實現(xiàn)電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)切換 ,可以進(jìn)行高頻度的起停運轉(zhuǎn) ,可以進(jìn)行電氣制動 ,可以對電動機(jī)進(jìn)行高速驅(qū)動 ,可以適應(yīng)各種環(huán)境 ,可以用一臺變頻器對多臺電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制 ,電源功率因素大 ,所需容量小 ,可以組成高性能的控制系統(tǒng)等。 近十多年來，中國政府致力于推廣電動機(jī)調(diào)速技術(shù)，各行各業(yè)都在一定程度上采用了電動機(jī)調(diào)速。據(jù)石油、電力、建材、鋼 鐵、有色、煤炭、化工、造紙、紡織等部門最近對企業(yè)抽樣調(diào)查結(jié)果，石油、建材、化工行業(yè)電動機(jī)調(diào)速應(yīng)用較好。在目前 4 億 kW的電機(jī)負(fù)載中，約有 50%是負(fù)載變動的，其中的 51%可以通過電機(jī)調(diào)速解決其負(fù)載變動問題。因此僅就目前的市場容量考慮，約有 6000 萬 kW 的調(diào)速電機(jī)市場。根據(jù)以上內(nèi)容可以了解，交流調(diào)速電機(jī)對提高電氣傳動系統(tǒng)的運行性能和節(jié)約能源具有重要意義。因此，進(jìn)行三相交流調(diào)速電動機(jī)的設(shè)計與研究是非常必要的。 交流電機(jī)調(diào)速作為節(jié)約能源的一個重要手段，理應(yīng)受到足夠的重視。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速和起制動性能，高效率、高 功率因數(shù)和節(jié)電效果，廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點而被國內(nèi)外公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。深入了解交流傳動與控制技術(shù)的走向，具有十分積極的意義． 本課題的主要任務(wù) 簡單的敘述了交流變頻調(diào)速電動機(jī)的意義。分析了各種交流調(diào)速方法，得出變頻調(diào)速是目前最理想的交流調(diào)速方法的結(jié)論。介紹了交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本原理、構(gòu)成，其中包括變頻器的工作原理，變頻器控制策略和調(diào)速控制方式和交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的特點。分析變頻器供電時的異步電動機(jī)的機(jī)械特性、變頻電源中的諧波成分對電機(jī)的影響和變頻調(diào)速異步電動機(jī)的設(shè)計特點。探討了 適合變頻調(diào)速系統(tǒng)的電機(jī)電磁設(shè)計的主要尺寸公式。最后探討了變頻調(diào)速電動機(jī)設(shè)計方法及不同頻率時的參數(shù)變化。 三相交流變頻電動機(jī)設(shè)計與結(jié)構(gòu)分析 3 第 2 章 變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本原理 在生產(chǎn)機(jī)械中廣泛使用不改變同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法有繞線式電動機(jī)的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、斬波調(diào)速、串級調(diào)速以及應(yīng)用電磁轉(zhuǎn)差離合器、液力偶合器、油膜離合器等調(diào)速方法。還有改變定子電壓、頻率的變頻調(diào)速。 交流調(diào)速技術(shù)的類別 三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速公式為： n=60f/p(1s) （ 21） 從上式可見，改變供電頻率 f、電動機(jī)的極對數(shù) p 及轉(zhuǎn)差率 s 均可達(dá)到改變轉(zhuǎn)速的目的。 變極對數(shù)調(diào)速方法 這種調(diào)速方法是用改變定子繞組的連接方式來改變籠型電動機(jī)定子極對數(shù)達(dá)到調(diào)速目的，特點如下： 1）具有較硬的機(jī)械特性，穩(wěn)定性良好； 2）無轉(zhuǎn)差損耗，效率高； 3）接線簡單、控制方便、價格低； 4）有級調(diào)速，級差較大，不能獲得平滑調(diào)速； 5）可以與調(diào)壓調(diào)速、電磁轉(zhuǎn)差離合器配合使用，獲得較高效率的平滑調(diào)速特性。 本方法適用于不需要無級調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械，如金屬切削機(jī)床、升降機(jī)、起重設(shè)備、風(fēng)機(jī)、水泵等。 串級調(diào)速方法 串級調(diào)速是指繞線式電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路中串入可調(diào)節(jié)的附加電勢來改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)差，達(dá)到調(diào)速的目的。大部分轉(zhuǎn)差功率被串入的附加電勢所吸收，再利用產(chǎn)生附加的裝置，把吸收的轉(zhuǎn)差功率返回電網(wǎng)或轉(zhuǎn)換能量加以利用。根據(jù)轉(zhuǎn)差功率吸收利用方式，串級調(diào)速可分為電機(jī)串級調(diào)速、機(jī)械串級調(diào)速及晶閘管串級調(diào)速形式，多采用晶閘管串級調(diào)速，其特點為： 1） 可將調(diào)速過程中的轉(zhuǎn)差損耗回饋到電網(wǎng)或生產(chǎn)機(jī)械上，效率較高； 2） 裝置容量與調(diào)速范圍成正比，投資省，適用于調(diào)速范圍在額定轉(zhuǎn)速 70％－ 90％ 的 生產(chǎn)機(jī)械上 ； 三相交流變頻電動機(jī)設(shè)計與結(jié)構(gòu)分析 4 3） 調(diào)速裝置故障時可以切換至全速運行，避免停產(chǎn)； 4） 晶閘管串級調(diào)速功率因數(shù)偏低，諧波影響較大。 本方法適合于風(fēng)機(jī)、水泵及軋鋼機(jī)、礦井提升機(jī)、擠壓機(jī)上使用。 變頻調(diào)速方法 變頻調(diào)速是改變電動機(jī)定子電源的頻率，從而改變其同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法。變頻調(diào)速系統(tǒng)主要設(shè)備