【正文】 相同的旋轉磁勢。同樣可以證明 7次空間諧波以 71 的同步轉速正向旋轉。23 57 ?? ?? ? tFf （ 3— 7） 從而證明了存在 7 次空間諧波磁勢，它以 75 的同步轉速反向旋轉 。 對于基波旋轉磁勢， 1??kh ，其幅值為 111 IPNkF phw??(安匝／極 ) 式中 wk —— 基波繞組系數(shù)； 1I —— 基波相電 流有效值。如果忽略磁飽和的影響，電動機可以當作一個線性元件采用疊加原理來分析。正向旋轉諧波磁場的轉子轉差率為 11kn nknsk ?? 而反向旋轉磁場的轉差率為 11kn nknsk ?? 因此通常的表達式應為 11kn nknsk ?? （ 3— 11） 式中 —— “ ”號為正序諧波，“ +”號為負序諧波。由于電感隨頻率的增加而成線性增長，而轉子電阻因集膚效應隨頻率的增加較少，因而作上述簡化是可行的。 (二 )諧波電流 從前面的分析中可知，諧波轉差率 ks 在電動機從零至同步轉速范圍內接近于 1，正像式 (3— 12)表示的那樣， ks 與轉速無關。如果所設計的電動機的漏抗很小 ，則電動機的諧波電流會比較大，諧波損耗將大大增加。 1．穩(wěn)定諧波轉矩 穩(wěn)定的或稱恒定的轉矩是由氣隙諧波磁通和相同次數(shù)的轉子電流諧波相互作用產(chǎn)生的。因此可以看出高次諧波轉矩可忽略不計。 同樣，定子電流的第 7 次諧波也產(chǎn)生一個 6 倍于基波頻率的脈動轉矩。在變速傳動中，這個下限值的大小，決定于傳動系統(tǒng)的慣性和負載性質。 可見，在變頻調速電動機設計中，當輸出轉矩 T 取連續(xù)運行、在某轉速下輸出標稱功率條件下輸出最大額定轉矩時，主要尺寸 2efD 由 ?B 及 A值決定。 (2)銅耗 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，銅耗增加。 一般說來，定子高頻銅耗為工頻銅耗 1Cuvp 的 15％，而轉子高頻銅耗已近似等于工頻轉子銅耗 2Cup (3)諧波繞組端部漏磁損耗 與正弦基波一樣，高次諧波也同樣在定轉子端部引起端部漏磁損耗。 同時，由于以上損耗的增加，故使溫升增高。 (4)其它損耗 摩擦損耗與通風損耗，在變頻電源供電時與 工頻電源供電時有很大不同。21 )()( vvvvvv xxrr UI ???? (3— 26) 式中 vU —— 高次諧波電壓； vr1 、 vx1 —— 計及集膚效應后的定子電阻及電抗。 若正弦基波磁通時的轉子鐵心表面損耗為 sp ，則由于電源諧波影響，其表面損耗的增 加量 sp? ，由下式?jīng)Q定： 6 極變頻電動機 設計 23 ???2vapp vss (3— 23) 這兩部分鐵損耗增加的結果， 使變頻電源供電時比工頻供電時鐵耗總體增大10％～ 20％。先分別討論： 6 極變頻電動機 設計 22 變頻調速異步電動機的電磁設計一般特點 一、主要尺寸及電磁負荷的選取 對于小型變頻變壓調速異步電動機，國家標準規(guī)定了統(tǒng)一的機座號及中心高，已成一專門系列，故其主要的外形尺寸不必再行確定。同樣， 11 次和 13次諧波產(chǎn)生一個 12 次諧波脈動轉矩，在 6 個階梯波電源供電的情況下， 6 次脈動諧波轉矩分量是主要的。 2．脈動諧波轉矩 平均值為零的脈動轉矩是由諧波旋轉磁通和不同次數(shù)的轉子諧波電流相互作用產(chǎn)生的。 對于接近同步轉速的正常滿載運行，基波轉差率 1s 很小，因此由式 (3— 12)可得 kksk 1?? 則 )1()(2 22211 ?kRIfpmT kkk ??? （ 3— 20） 式中對正向諧波轉矩用“ +”號，而反向諧波轉 矩用“ ”號。基值電抗為 FLRbase IUX ? 式中 RU —— 正弦波額定相電壓； FLI —— 滿載時的額定電流。 如圖 3— 2b 所示的高次諧波等值電路與計算正弦波異步電動機堵轉時的電路相似，電動機的電流同樣受漏抗 ( 1X + 2X )的限制。 圖 32 用于諧波電流近似計算的等值電路 由于零序電流只有在電源和負載間有中性線的情況下才存在，否則零序電流沒有回路。嚴格地說，轉子6 極變頻電動機 設計 18 的漏抗也因集膚效應而有所改變，這在精確計算時必須加以考慮。 6 極變頻電動機 設計 17 (一 )諧波等值電路 正弦電壓下異步電動機一相的等值電路圖如圖 3— 1a 所示。 )13( ?n 次諧波電流與基波電流同相序，產(chǎn)生磁勢波與主磁場同轉向，稱為正序諧波。表中第一行表示已分析過的時間諧波磁勢。例如，在三相的每一相中， 5次諧波電流產(chǎn)生下列 7次空間諧波磁勢： tFf ?? 5s in7c o s39。實際上多相繞組由正弦電流勵磁時，由于磁勢空間諧波分6 極變頻電動機 設計 15 布的組合又形成旋轉的諧波磁勢。512 ???? ??? ? tFf )34(5s i n)34c os (39。對時間 t 微分則得出 ??dtd?? 0也就是 ???dtd 。1? （ 3— 3） 繞組 2的磁勢波形，在空間上和時間上相對于 1f 位移 ?120 ，因此 )32s i n()32c os (39。現(xiàn)在只考慮基波分量，電動機的氣隙中有三個正弦分布的磁 勢波，它們在空間相差 ?120 。而變頻調速運行時的電動機運行頻率變化范圍廣，加之各個部件都有各自的固有頻率，這就極易使它在某一頻率下發(fā)生共振， 綜上所述，異步電動機在由變頻電源供電運行時將會面臨諸多的特殊問題。 (4)出現(xiàn)浪涌電壓和電暈現(xiàn)象，損害電動機絕緣 電動機運行時，外加電壓經(jīng)常與變頻裝置中元器件換流時產(chǎn)生的浪涌電流相迭加，有時浪涌 電壓較高，致使線圈受到反復電沖擊，絕緣加速老化。由于以上特點 ，因而帶來以下一系列問題： (1)損耗增加，效率降低 由于變頻電源的輸出中含有大量的高次諧波，這些諧波會產(chǎn)生相應的銅損耗和鐵損耗，降低運行效率。變頻調速電動機既然由專用的逆變電源供電，這就避免了以往直接由工頻電網(wǎng)供電的各種限制，因此其參數(shù)配置和性能要求在許多方面也就不再受工頻運行的制約。 3) 交流電動機變頻調速控制方案的選擇 在對四種常用控制方案分析的基礎上，列表進行對比，可以根據(jù)實際需求作出正確選擇。 因此，如若非采用不可的情況下，對于調速范圍、轉速精度和動態(tài)品質要求不是特別高的條件場合，往往采用無速度傳感器矢量變 頻器開環(huán)控制異步機變頻調速系統(tǒng)。雖說它是開環(huán)控制系統(tǒng)，但是大大提升了靜態(tài)精度和動態(tài)品質。 1 環(huán)控制的通用變頻器三相異步電動機變頻調速系統(tǒng) [5] 控制框圖如圖 1所示。晶閘管 VTl， VT3， VT5 強迫關斷過程相同，而晶閘管 VT4， VT6， VT2 強迫關斷過程相同。 在 SPWM 型逆變器中必須添加強迫換相電路。其主要任務是完成對逆變器的開關控制、對整流器的電壓控制以及完成各種保護佛那個能等，控制方法可以采用模擬控制或數(shù)字控制。 逆變器 負載側的變流器 2為逆變器。變頻器不僅調速平滑，范圍大，效率高，啟動 電流小，運行平穩(wěn)，而且節(jié)能效果明顯。以 32位高速微處理器為基礎的數(shù)字控制模板有足夠的能力實現(xiàn)各種控制算法 ,Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系統(tǒng)的引入使得可自由設計 ,圖形編程的技術也有很大發(fā)展。 開發(fā)清潔電能的變頻器。 4) 基礎工業(yè)和各種制造業(yè)的高速發(fā)展 ,變頻器相關配套器件社會化、專業(yè)化生產(chǎn)。國內外用量最大的還是 交流異步電機調速用變頻器”。制定了以開發(fā)變頻器為主的交流調速發(fā)展規(guī)劃。 3)提高生產(chǎn)效率。當前 ,國際上應用電力電子技術的交流調速已經(jīng)成熟 (上世紀 70 年代基本普及 ),由于它比直流調速有著較大的優(yōu)越性 ,目前正普及至工業(yè)的各個領域 ,大功率的有如日本安川 38MW、富士 ～ 20MW、美國 EMERSOM∶ AS510047～973kW、羅斯希爾 (ROSSHILL)～ 、德國 AEG 公司 CC/CSI6MW、西門子公司 ～ 16MW。 縱觀電力傳動的發(fā)展過程 ,交、直流兩種傳動方式共存于各個生產(chǎn)領域 ,隨著工業(yè)技術的發(fā)展 ,它們相互競爭 ,相互促進。 本文主要介紹變頻調速系統(tǒng)的概況和發(fā)展趨勢，變頻電機的調速原理及其應用；變頻器的簡介；變頻器供電交流電機的設計特點；然后以 Y180L— 6電機為例進行電磁設計；最后進行設計分析。 第九 周 ()：完成課題設計的原理部分 。 作者簽名： 日期： 年 月 日 畢業(yè)設計（論文）任務書 題目： 6極變頻電動機設計 姓名 付寅魁 學院 電氣信息學院 專業(yè) 電氣工程 班級 0604 學號 202001010426 指導老師 石安樂 職稱 教授 教研室主任 謝衛(wèi)才 基本任務及要求 ： 本文主要介紹變頻調速系統(tǒng)的概況和發(fā)展趨勢，變頻電機的調速原理及其應用；變頻器的簡介；變頻器供電交流電機的設計特點；以及 Y180L— 6電機為例進行電磁設計 。 第三、四 周 ()：查閱資料， 撰寫開題報告。 第十五周（ ）：課題后期檢查，指導老師評閱。 Design analysing finally. Keyword: Electrical machinery of frequency conversion , frequency converter , wave in harmony , designing and analysing electromagically 6 極變頻電動機 設計 1 第 1 章 交流變頻調速技術概況 電機變頻調速技術發(fā)展及應用 電機變頻調速技術是電子技術在電力拖動上的應用。因此 ,交流調速在電氣傳動領域中越來越占有重要的地位 ,它已成為機電一體化的電氣傳動技術。 在各類調速方式中變頻調速技術是國內外公認的應用最廣泛、效益最高、性能最好的調速技術 ,它是微機技術、電力電子技術和電機傳動技術的綜合應用。目前已廣泛用于國民經(jīng)濟的各個領域 ,在眾多產(chǎn)品的生產(chǎn)中 ,除節(jié)約用電外 ,還能明顯提高產(chǎn)品質量及運行安全性。在交流調速領域內 ,同步電機調速將占壓倒性優(yōu)勢。 3) 控制理論、微電子技術的發(fā)展和制造工藝水平的提高。基于電動機和機械模型的控制策略 ,有矢量控制、磁場控制、直接轉矩控制和機械扭振補償?shù)?。新型變頻器要求功率和控制元件具有高的集成度 ,其中包括智能化的功率模塊、緊湊型的光耦合器、高頻率的開關電源以及采用新型電工材料 制造的小體積變壓器、電抗器和電容器。變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現(xiàn)速度調節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調速手段。 PWM 是英文Pulse Width Modulation(脈沖寬度調制 )縮寫，按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖寬度，以調節(jié)輸出量和波形的一種調值方式。這種無功能量要 靠 AC電源 電機 整流器 逆變器 控制電路 6 極變頻電動機 設計 7 中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件來緩沖。顯然輸出的電壓頻率不受電網(wǎng)頻率的影響 ,而是取決于逆變器的切換頻率。在此圖中，控制脈沖為正時，上橋臂 VT!或 VT3， VT5 導通，控制脈沖為負時，下橋臂 VT4 或 VT6， VT2 導通，波形最下面的 VT VT8 和 VT9， VTl0 表示換相回路中被觸發(fā)導通的晶閘管。 變頻器的控制方式 簡述變頻器的控制方式 其控制方式經(jīng)歷了以下四代 : U/f=C 的正弦脈寬調制（ SPWM）控制方式 電壓空間矢量（ SVPWM）控制方式 矢量控制（ VC）方式 直接轉矩控制（ DTC