【正文】 6)采用H或F級絕緣，提高電動機溫升等級。由于軸電流是在軸與軸承部分局部范圍內(nèi)循環(huán)的，因此加強軸承金屬或軸承座的絕緣是毫無意義的。因此為了減小電動機中的諧波轉(zhuǎn)矩，必須在電動機設(shè)計時采取一些特殊措施。(一)各種諧波轉(zhuǎn)矩及其對電動機的影響由于電流中諧波磁場的存在，不僅會在電動機中產(chǎn)生一系列諧波損耗，影響效率和溫升，還會產(chǎn)生一系列諧波轉(zhuǎn)矩。 (4)在允許的功率管最大電流條件下，電動機的最大轉(zhuǎn)矩，因此在一定的下增加極對數(shù)，可減小氣隙，使勵磁電流減小、功率因數(shù)提高。也就是說，欲選擇逆變電源的頻率，需先確定電動機的極對數(shù)。 但是，額定電壓不只是電動機設(shè)計的主要依據(jù)，同時也是變頻調(diào)速系統(tǒng)中聯(lián)系電動機與變頻器的基本中間參量。下面便是在體積一定的情況下，確定D與之比了。 從另一角度說，當(dāng)值一定，為了減小應(yīng)減小氣隙長度。在同樣的輸出和相同的散熱條件下，變頻電源供電時的溫升要比工頻供電時高出10％～15％。 (1)鐵耗 一般說來，若正弦基波磁通時的鐵耗為，則由于電源諧波影響，其鐵耗的增加量，由下式?jīng)Q定： (3—22)式中 ——第次諧波的含有率； ——高次諧波次數(shù)。以上這兩個6倍于基波頻率的脈動轉(zhuǎn)矩一起使電動機的電磁轉(zhuǎn)矩發(fā)生波動。由圖3—1b所示的第次諧波等值電路得 （3—19）式中 ——第次諧波轉(zhuǎn)矩； ——極對數(shù)； ——定子繞組相數(shù)； ——諧波次數(shù)； ——定子電流基波頻率； ——k次諧波轉(zhuǎn)子電流； ——轉(zhuǎn)子電阻； ——k次諧波轉(zhuǎn)差率。這樣，對于在非正弦電源下運行時，與在正弦波電網(wǎng)上運行相比，電動機的空載損耗顯著增加，而滿載時損耗增加得相對較少。定子和轉(zhuǎn)子電阻也由于諧波頻率下的集膚效應(yīng)而增大。四、正序、負序和零序諧波 如表3—1所示的第一列，由＝3n+1(n等于零和整數(shù))次諧波電流產(chǎn)生的時間諧波磁勢，其旋轉(zhuǎn)方向與主磁場轉(zhuǎn)向相同，而次諧波電流則產(chǎn)生反向旋轉(zhuǎn)的磁勢波。繞組1中基波電流產(chǎn)生的5次空間諧波磁勢為 同樣對和可以寫出相應(yīng)的表達式，把三個磁勢相加后其結(jié)果為 (3—6) 此式證明存在5次空間諧波磁勢，它以的同步轉(zhuǎn)速反向旋轉(zhuǎn)。 把式(3—1)和式(3—2)聯(lián)立，就得出線圈1在時間時的磁勢空間分布 （3—3）繞組2的磁勢波形，在空間上和時間上相對于位移，因此 同樣對于繞組3 把三相的磁勢相加，即為全部繞組產(chǎn)生的合成氣隙磁勢。這時，由于轉(zhuǎn)速很低，普通電動機所采用的自扇冷卻方式所提供的冷卻風(fēng)量已大大減小，散熱效果大大降低，必須采用其它的冷卻方式。在采用矢量控制等情況下，由于運行中保持轉(zhuǎn)子磁通不變，電動機的機械特性是一條直線，不存在最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)對設(shè)計中漏抗取值的限制。 無速度傳感器矢量控制是通過坐標變換處理分別對勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進行控制，然后通過控制電動機定子繞組上的電壓、電流辨識轉(zhuǎn)速以達到控制勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流的目的。直流電路中的電抗L的作用是避免經(jīng)反饋二極管VDl～VD6而使晶閘管VTl～VT6的反饋電流被直流短路，并限制電流上升率。變頻器不僅調(diào)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。變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。(3)高性能和可靠性。目前,交流調(diào)速技術(shù)在節(jié)能方面已獲得了廣泛的應(yīng)用,把一些原有的恒速交流電力傳動系統(tǒng)改造成為轉(zhuǎn)速可調(diào)的交流調(diào)速系統(tǒng),可以取得明顯的節(jié)電效果。(4)電機的單機容量遠大于直流電機。關(guān)鍵詞：變頻電機、變頻器、諧波、電磁設(shè)計及分析Design of 6 frequency conversion electrical machineryAbstract: With the development of science and technology, the latest technology have been used to design about motor product . digitization , information technology, networking is a growing impact on our lives, also affected the design of the motor technology and application of variable—frequency motor is increasing rapidly broad．The capacity of single ma—chine is graduany raised．This text introduce frequency conversion transfer speed systematic overview and development trend , frequency conversion electrical machinery transfer speed principle and his application mainly。近年來隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展為交流電動機變頻調(diào)速開辟了廣闊的前景。目前國際上普遍采用變頻調(diào)速，因為變頻調(diào)速有以下優(yōu)點： 　 (1)效率高、節(jié)能顯著； 　　(2)調(diào)速平滑能在5100HZ范圍內(nèi)無級調(diào)速。如冶金自動化開發(fā)交流調(diào)速技術(shù)十多年,并在此基礎(chǔ)上為天津中板廠開發(fā)容量為5MW的數(shù)字控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)。高性能材料的成本價格不斷下降，使得變頻電機的性價比不斷下降，同時，電力電子元器件材料亦不斷更新，為變頻電機的控制提供了先決的物質(zhì)條件。最常見的結(jié)構(gòu)形式是利用六個半導(dǎo)體主開關(guān)器件組成的三相橋式逆變器電路。為了提高功率因數(shù),可以不采用可控整流獲得直流電壓,而采用不可控整流再經(jīng)斬波器或脈寬調(diào)制逆變器來調(diào)壓。 1．V/f控制 V/f控制是為了得到理想的轉(zhuǎn)矩速度特性，基于在改變電源頻率進行調(diào)速的同時，又要保證電動機的磁通不變的思想而提出的，通用型變頻器基本上都采用這種控制方式。 由于在調(diào)速系統(tǒng)中，異步電動機——變頻電源——控制單元是密切相關(guān)的，構(gòu)成一個相對獨立的整體。而高次諧波不僅沒有降低，反而大大增加了。 由于變頻電機是有變頻器供電的，而變頻器輸出的電壓或電流中含有比工頻電網(wǎng)多的多的諧波，所以再設(shè)計時必須給予考慮，下面是對諧波的一些相關(guān)分析。從而證明了由平衡的三相正弦電流勵磁產(chǎn)生一個以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的基波磁勢。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：由以上三式相加，得 （3—7）從而證明了存在7次空間諧波磁勢，它以的同步轉(zhuǎn)速反向旋轉(zhuǎn)。如果忽略磁飽和的影響，電動機可以當(dāng)作一個線性元件采用疊加原理來分析。由于電感隨頻率的增加而成線性增長，而轉(zhuǎn)子電阻因集膚效應(yīng)隨頻率的增加較少，因而作上述簡化是可行的。如果所設(shè)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。因此可以看出高次諧波轉(zhuǎn)矩可忽略不計。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(zhì)。 由高次諧波引起定子電流可由下式?jīng)Q定： (3—26)式中 ——高次諧波電壓； 、——計及集膚效應(yīng)后的定子電阻及電抗。 最后還應(yīng)指出的是，電動機的最大效率出現(xiàn)在銅耗和鐵耗相等的時候，而銅耗和鐵耗分別與A、成正比。 (2)電流型逆變器 對于由電流型逆變器供電的電動機，情況正好相反。這對于常常進入高速運行區(qū)的變頻調(diào)速電動機尤為有利。 因此，在決定電動機額定電壓時，應(yīng)從技術(shù)和經(jīng)濟兩方面對電動機和逆變器，即對整個變頻系統(tǒng)作全面分析，綜合考慮，使電動機和逆變器都處于合理的技術(shù)經(jīng)濟水準。但若換流頻率太低，換流時轉(zhuǎn)子電流過分衰減，因而引起較大脈動轉(zhuǎn)矩，所以低速時基波工作頻率有一個下限。 (6)但也不能太小，若取=l，由于二極電動機定轉(zhuǎn)子軛高度增加，使電動機外徑及中心高增大，重量增加。其結(jié)果是：11……次恒定諧波轉(zhuǎn)矩反轉(zhuǎn)，11……次恒定諧波轉(zhuǎn)矩正轉(zhuǎn)。1．由于磁不對稱產(chǎn)生軸電壓 磁不對稱引起的軸電壓，系因磁阻不對稱引起交鏈交變磁通而產(chǎn)生的，它在軸與軸端之間引起軸電壓。 浪涌電壓施加于線圈之間的負擔(dān)不均勻，電動機出線端附近線圈電壓分布集中，第一個線圈分擔(dān)達60％。 槽滿率 19 . 鐵芯長l鐵芯有效長 無徑向通風(fēng)道 lgff =l+2g=200=凈鐵芯長 無徑向通風(fēng)道 LFe =KFe (五)其它特殊考慮 1)定子繞組采用多膠漆包圓線并繞，以減小定子集膚效應(yīng)。3．變頻電源供電時的軸電壓經(jīng)理論分析及實踐證明，變頻電源供電時的軸電壓有以下特點：1)與工頻正弦供電時相比，軸與軸間的軸電壓要大20％～50% 2)運行頻率增加，軸與軸間的軸電壓也增大。 諧波轉(zhuǎn)矩對異步電動機正常運行雖然影響不大，但在基波頻率很低的情況下，當(dāng)換流頻率過低時，異步電動機的轉(zhuǎn)矩會產(chǎn)生換流頻率下的劇烈脈動。通常變頻調(diào)速電動機極對數(shù)選2或3?？梢?，增大極對數(shù)可增大調(diào)速范圍。如電力機車用變頻調(diào)速異步電動機多采用電壓型逆變器供電，其一臺700kW的電動機額定相電壓為750V；而地鐵電動車用變頻調(diào)速異步電動機多采用電流型逆變器供電，其一臺80kW電動機額定相電壓僅為145V。 當(dāng)然D小大，也帶來一些弊端。 由于以上原因，由電流型逆變器供電的電動機，應(yīng)選取較小的值。 由于，為了保持一定的X值，應(yīng)選較大的值，特別是在頻率較高時，降低，可降低磁軛及齒部的鐵耗。 (4)其它損耗 摩擦損耗與通風(fēng)損耗，在變頻電源供電時與 工頻電源供電時有很大不同。 此外，對其它中大型的或一些特殊需要的小型變頻變壓調(diào)速電動機，則首先得確定其主要尺寸，然后決定電磁負荷的大小。比如定子電流的第5次諧波形成負序系統(tǒng)并產(chǎn)生一個空間磁動勢基波，這個空間磁動勢基波是同步轉(zhuǎn)速的5倍，方向與基波磁場方向相反。 對于通常具有6個和12個階梯的電壓波形，諧波電壓的大小與諧波的次數(shù)成反比，因此，代入式(3—13)則可得諧波電流如果基波相電壓等于正弦波額定電壓，則由式(3—17)得 將上式代入式(3—18)得出以滿載額定電流為基值的諧波電流標么值 （3—18）（三）諧波電流 由于在電動機的氣隙中存在時間諧波磁動勢，從而導(dǎo)致在電動機轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生附加的諧波轉(zhuǎn)矩。在分析電動機處于很低頻率下運行時，近似的諧波等值電路(圖3—2)可能不太適用，因為低頻時繞組的電阻已是一個不可忽略的因素。 圖3—1 異步電動機的等值電路圖a) 基波頻率等值電路 b)次諧波等值電路 相對于基波旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差率以s表示，則 （3—10）式中 n——旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速； n——轉(zhuǎn)子實際轉(zhuǎn)速。 表3—1 三相電樞繞組的磁動勢成分空間諧波時 間 諧 波 1357911131+1—5+7—11+133—1——3——51/5—+17/5—+11/513/57+1/7—5/7+1—11/7+13/79—1/3——1——111/11—+5/117/11—+113/1113+1/13—5/13+7/13—11/13+115—1/5——3/5——三、磁勢諧波的幅值 對于任一外加電壓波形，相對于基波的諧波磁勢幅值決定于所用繞組的布置方式。 同樣可以證明，7次諧波電流產(chǎn)生一個7倍于同步轉(zhuǎn)速而方向與基波方向相同的旋轉(zhuǎn)磁勢?，F(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。 (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(fù)電沖擊，絕緣加速老化。變頻調(diào)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。例如形成開關(guān)次數(shù)最少的PWM波以減少開關(guān)損耗。我們現(xiàn)在來說明一下此電路的工作過程，圖2—4表示出此逆變器的工作過程，圖中表示出6只主晶閘管的控制脈沖以及換相晶閘管的工作方式。 控制電路常由運算電路、檢測電路、控制信號的輸入、輸出電路和驅(qū)動電路等構(gòu)成。在這樣的背景下，選擇課題具備很強的現(xiàn)實意義。即為電力電子元件、電機及控制技術(shù)一體化。過去,由于直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標優(yōu)于交流調(diào)速系統(tǒng),因此直流調(diào)速系統(tǒng)一直在調(diào)速領(lǐng)域內(nèi)居首位。調(diào)速拖動系統(tǒng)又可分為直流調(diào)速系統(tǒng)和交流調(diào)速系統(tǒng)。畢業(yè)設(shè)計說明書題 目： 4極變頻電動機設(shè)計 目 錄摘要：