【正文】 — 集膚效應對應的電阻系數； xK —— 集膚效應對應的電抗系數； ? —— 導體的計算高度。 也有人進一步提出維持轉子磁鏈恒定的控制策略。 為了確保電動機在恒功率運行時具有不變的過載能力 /mTT?? ，不同性質負載時電壓和頻率之間應有不同的關系。24 Nm NmpUT fX?? （ 313） 它的最大轉矩幾乎可 以比只補償定子電阻上壓降時提高一倍左右。 以上分析的最大轉矩恒定控制方式，是在補償定子電阻壓降以保持定子繞組磁鏈恒定的基礎上得到的。如優(yōu)先起動頻率，使起動時正好 max??? ，則電動機將以最大轉矩和較小的電流起動，可以顯著地改善異步電動機的起動特性，這是異步電動機采用變頻調速的重要優(yōu)點之一。124 Nm Nmp UT f X X???? ? （ 39） 由上兩式看出，在忽略或補償定子電阻的情況下，恒電壓 /頻率比變頻運行時異步電動機的轉矩特性曲線將是一組沿水平軸（轉子轉速 n）平移的特性曲線，其在不同運行頻率下電動機的最大轉矩 mT 是不變的，而且均發(fā)生同樣大小的絕對轉差下，即出現(xiàn)最大轉矩的絕對轉差率 mS =常數。唯一的差異只是在變頻運行的情況下，決定電動機特性的不是相對轉差率 s， 而是絕對轉差率 ? ，亦即實際的旋轉磁場三相交流變頻電動機設計與結構分析 14 切割轉子導體的轉差速度： 1nn? 。1 1 1 24NmNmp UTf R R X X???? ??? ? ????? （ 37） 在正常運行時由于轉差率 /s ??? 之值很 小，通?？梢院雎?，則對應于一定轉矩下的絕對轉差率，即旋轉磁場對轉子的相對運動不變。2R 、 39。 可見，在異步電動機變頻調速的過程中，為了使電動機的磁通能維持在恰當的水平，電動機的電壓必須隨頻率而變化。 （ 5）紡織印染行業(yè) 紡織印染行業(yè)對變頻調速有大量的需求，除大量的風機外，精紡機，粗紡機，整經機，經編機以及印染設備均可采用變頻調速技術。 交流變頻調速性能良好，因而已在供水，冶金，紡織，造紙 ，化工，建材等行業(yè)廣泛采用并大力推廣。另外，由 PWM 變頻器產生的矩形斬波沖擊電壓疊加在電動機運行電壓上，會對電動機的對地絕緣形成 威脅，對地絕緣在高電壓的反復沖擊下會加速老化。變頻器電源中含有的高次時間諧波與電動機電磁部分的固有空間諧波相互干涉，形成各種電磁振動力。 6) 變頻調速節(jié)能效果明顯，有時可高達 30%~50%。 交流電機主要分為異步電機和同步電機兩大類。 上述的 U/F 控制方式和轉差頻率的控制思想，都建立在異步電動機的靜態(tài)數學模型上，因此動態(tài)性能指標不高。故常用于速度精度要求不十分嚴格或負載變動較小的場合。從轉矩的響應特性和過渡特性上看，大體分為 U/f 恒定控制 (又稱 VVVF 控制 )、轉差頻率控制和轉差矢量控制。這 是因為當頻率改變時，電動機內的阻抗壓降、定子的電勢都要改變，以致引起磁通 m? 變化，這樣在高速運轉時會造成電動機的電磁轉矩不足 ,低速時，則磁通 m? 會過大，使磁路過于飽和，引起勵磁電流增大，造成電動機的功率因數 ?cos 及效率 η顯著下降?？刂齐娐肥翘峁┬盘?，并有規(guī)則的控制逆變器導通與截止，使之向異步電動機提供頻率、電壓都可調的交流電源，以驅動電動機的運行。 4． 逆變電路 逆變電路同整流電路相反，逆變電路是將直流電壓變換為所要頻率的交流電壓，以所確定的時間使上橋、下橋的功率開關器件導通和關斷。 1. 整流電路 整流電路的功能是把交流電源轉換成 直流電源。 并設一個可調頻率的裝置 。 本方法適用于風機、水泵的調速。當電樞與磁極均為靜止時，如勵磁繞組通以直流，則沿氣隙圓周表面將形成若干對 N、 S 極 性交替的磁極，其磁通經過電樞。調壓調速的主要裝置是一個能提供電壓變化的電源，目前常用的調壓方式有串聯(lián)飽和電抗器、自耦變壓器以及晶閘管調壓等幾種。 轉子串電阻調速方法 繞線式異步電動機轉子串入附加電阻，使電動機的轉差率加大，電動機在較低的轉速下運行。 串級調速方法 串級調速是指繞線式電動機轉子回路中串入可調節(jié)的附加電勢來改變電動機的轉差，達到調速的目的。分析變頻器供電時的異步電動機的機械特性、變頻電源中的諧波成分對電機的影響和變頻調速異步電動機的設計特點。因此僅就目前的市場容量考慮，約有 6000 萬 kW 的調速電機市場。而我國這方面的基礎還很薄弱，我們有理由認為：推進我國變頻器產業(yè)化是國民經濟持續(xù)發(fā)展的一個有力推動點，必將帶動和促進相關產業(yè)共同發(fā)展。上世紀 20 年代，人們認識到變頻調速是交流電動機的一種最好調速方法。介紹了交流變頻調速系統(tǒng)的基本原理及其應用，其中包括變頻器的工作原理及其控制策略和調速控制方式。 1） 4月 6日 4月 19日 ： 完成變頻器和變頻調速系統(tǒng)的基本原理的分析； 2） 4月 20日 5月 3日 ： 完成變頻調速電機的原理及結構分析； 3） 5月 4日 5月 17日 ： 完成變頻調速電動機的電磁設計。 畢 業(yè) 設 計 題 目： YVF OOL4 型 三 相 交 流 變 頻 電 動 機 設 計 與 結 構 分 析 院： 電 氣 信 息 學 院 專業(yè)： 電氣工程及其自動化 班級： 電氣工程 學號： 學生姓名： 導師姓名： 彭 曉 完成日期： 2021 年 6 月 誠 信 聲 明 本人聲明： 本人所呈交的畢業(yè)設計（論文）是在老師指導下進行的研究工作及取得的研究成果； 據查證，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，畢業(yè)設計（ 論文）中不包含其他人已經公開發(fā)表過的研究成果，也不包含為獲得其他教育機構的學位而使用過的材料； 我承諾，本人提交的畢業(yè)設計（論文）中的所有內容均真實、可信。 4． 4月 6日 5月 17日 ： 畢業(yè)設計。分析了各種交流調速方法，得出變頻調速是目前最理想的交流調速方法的結論。所以采用交流電動機調速，因為它結構簡單，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，可用于惡劣環(huán)境。從國外情況看，變頻器生產已成為一些國家的先導產業(yè)。在目前 4 億 kW的電機負載中，約有 50%是負載變動的，其中的 51%可以通過電機調速解決其負載變動問題。介紹了交流變頻調速系統(tǒng)的基本原理、構成，其中包括變頻器的工作原理，變頻器控制策略和調速控制方式和交流變頻調速系統(tǒng)的特點。 本方法適用于不需要無級調速的生產機械，如金屬切削機床、升降機、起重設備、風機、水泵等。 本方法適用于要求精度高、調速性能較好場合。為了擴大穩(wěn)定運行范圍，當調速在 2： 1 以上的場合應采用反饋控制以達到自動調節(jié)轉速目的。電樞與電動機轉子同軸聯(lián)接稱主動部分，由電動機帶動；磁極用聯(lián)軸節(jié)與負載軸對接稱從動部分。在工作過程中，改變充液率就可以改變耦合器的渦輪轉速，作到無級調速，其特點為： 1） 功率適應范圍 大，可滿足從幾十千瓦至數千千瓦不同功率的需要； 2） 結構簡單，工作可靠，使用及維修方便，且造價低； 3） 尺寸小， 容量 大； 4） 控制調節(jié)方便，容易實現(xiàn)自動控制。 一般功率較大的變頻器用可控硅 。一般分為整流電路、平波電路、控制電路、逆變電路等幾大部分。 變頻器采取的控制方式，即速度控制、轉拒控制、 PID 或其它方式 。交～直部分是把頻率固定的交流電變?yōu)橹绷?，直～交部分又把直流電變?yōu)榻涣鳌? 變頻器在變頻時有時還要改變電壓。 變頻器控制策略和調速控制方式 目前的變頻器雖然種類繁多，控制方式多種多樣，但功能上卻基本類似。電動機的實際轉速要根據負載的大小，即轉差率的大小來決定，負載變化時，在設定值不變的條件下，轉子速度將隨轉矩變化而變化。但其使用速度傳感器求取轉差角頻率，要針對具體電動機的機械特性調整控制參數，因而這種控制方式的通用性較差。 交流變頻調速系統(tǒng)由變頻器極其配套的變頻調速電機構成。 5) SPWM 逆變器要求有高的載波頻率，因此開關元件工作頻率高，開關損耗和換流損耗大。 ? 諧波引起電磁噪聲與振動 當采用變頻器供電時，普通異步電動機上由電磁、機械和通風等原因所引起的振動和噪聲，將變得更加復雜。它的載波頻率約為幾 KHz到十幾 KHz， 這就使電動機線圈需要承受很高的電壓上升率。卓越的調速性能、顯著的節(jié)電效果，改善現(xiàn)有設備的運行工況，提高系統(tǒng)的安全可靠性和設備利用率，延長設備使用壽命等優(yōu)點隨著應用領域的不斷擴大而得到充分的體現(xiàn)。該技術的應用可大大消除事故隱患，減少維護量，且操作簡單方便，同液力耦合調速相比，節(jié)電 40%以上。 異步電動機的端電壓和電動機氣隙磁通 ? 與頻率 f 之間如有下關系： 114 .4 4 dpU E f N K? ? ? （ 31） 式中 1N —— 每組繞組串聯(lián)匝數； 1dpK —— 基波繞組系數。1 1 1 1 24mmpUTf R R X X?? ??? ? ????? （ 35） 式中 1R 、 1X —— 定子繞組電阻、漏電抗； 39。12 1 22NemNmpU RTRf R X X?????? ????? ? ????????? （ 36） ? ?222 2 39。電動機的最大轉矩與額定電壓、額定頻率運行時的等效電路形式幾乎完全相同。2 1 22NemNm pU RTf R X X???? ???????? （ 38） ? ?239。這是因為在低頻起動時轉子回路中感應的電動勢頻率較低，電抗作用較小，因而轉子電三相交流變頻電動機設計與結構分析 15 流功率因數較高，所以較小的轉子電流就能產生較大的轉矩。為了克服這種不希望的情況出現(xiàn)，可以采用反饋控制的方法使輕載時輸入電壓適當降低。 2222 Nem Nm p U RT f R X???? ? （ 312） 239。這樣，電動機的磁通就將隨頻率的上升而下降，導致轉矩減小，電動機進入近似恒功率的運行方式，轉矩和頻率呈反比關系。這說明風機、泵類負載的電動機應按運行中最高頻率的運行狀態(tài)來設計它的磁 路。 下面逐項分析這些諧波損耗的計算方法 : 附加銅損耗 電源中的諧波在電機的定子和轉子繞組中產生諧波電流，由于高次諧波電流的集膚效應，引起電流分布不均勻，而使交流電阻增大，從而產生附加諧波銅損耗。 附加鐵損耗 電源諧波不僅在電機 繞組中產生附加銅損耗，而且會在定、轉子鐵心中產生附加鐵損耗。只是由于高次諧波的頻率更高，故其數值更大。 此外，還有一些雜散損耗的增加 等等。但是，交流變頻系統(tǒng)性能的改進，不僅與控制方法和變頻裝置等有關，還與所用的電動機有很大關系。 對于不同容量、不同供電方式和運行工況的電機，效率降低情況是很不相同的。這主要是變頻調速運行時，電動機在 很大轉速范圍內變速運行，而這些損耗均與轉速有關。1mFe Fe UppU??? ???? （ 330） 式中 39。1 2 1 2v v v v vUI r r x x? ? ? ? （ 326） 式中 vU —— 高次諧波電壓； 1vr 、 1vx —— 計及集膚效應后的定子電阻及電抗。從表面上看這似乎可以大大提高電動機的負載能力，但是實際上這是有限的，隨著負載的過度增加，電動機氣隙磁場會不斷增強，電動機鐵心將進入嚴重飽和狀態(tài)，定子電流會達到不能允許的程度，所以保持轉子磁鏈恒定的控制方法是受到一定限制的。39。