【正文】 其值可6 極變頻電動機 設計 24 由下式確定： 11 )()( ffIIpp vvssv ? （ 3— 28） 式中 svp —— 諧波漏磁損耗； sp —— 基波漏磁損耗； vI 、 vf —— 諧波電流及頻率； 1I 、 1f —— 基波電流及頻率。但在變頻電源供電情況下， 由于電源時間諧波的影響，比工頻電源供電時，鐵耗、銅耗及其它損耗均有較大的增加。所以在氣隙里主磁場和轉子電流諧波的相對轉速也 6 倍于基波頻率?？梢杂芍C波等值電路來計算此轉矩的大小。由于基波的定子電流大小決定了電動機的負載，因此電6 極變頻電動機 設計 19 動機電流的相對諧波含量在輕載時要比滿載時大得多。諧波轉差率 ks 代替了基波轉差率 1s ，所有的電抗增大了k 倍。因此以后的分析只考慮基波空間分布的時間諧波磁勢。由于相電流中各次時間諧波形成磁勢空間諧波分布， 故產生各次附加旋轉磁勢波。51?F —— 為 5次諧波電流產生的空間基波磁勢最大幅值。1F —— 相應于繞組中電流峰值時 F1的最大幅值，時間原點取在繞組 1中電流為零的瞬間。 (7)容易產生共振干擾 一般來說，任何機械裝置都會產生共振現(xiàn)象。 應用交流變頻調速技術的主要目的，一是節(jié)能；二是高精度的轉矩轉速控制；三是現(xiàn)高速驅動。因為同步電動機轉速精度與變頻器頻率精度相一致（在開環(huán)控制方式時），所以特別適合多電機同步傳動，靜態(tài)轉速精度要求甚高 (～ %)的化纖紡絲機，是最理想最簡單的首選方案。 圖 25 矢量控制變頻器的異步電機變頻變頻調速 VVVF 矢量變頻器 對比圖 1 和圖 2控制框圖，兩者的差別僅在使用的變頻器不同。以晶閘管 VTl 強迫關斷為例來說明換相過程：當 VTl 導通時，設換相電容器已經充好電，極性為左正右負，觸發(fā) VT7， VT8 換相晶閘管，使之導通，電容 C 上的電壓通過 VT7， VT8 及 VD4加到主晶閘管 VTl 上，使 VTl 受反壓 而關斷。所以有常稱中間直流環(huán)節(jié)為中間直流儲能環(huán)節(jié)。 與傳統(tǒng)的交流施動系統(tǒng)相比，利用變頻器對交流電動機進行調速控制的交流施動系統(tǒng)有許多優(yōu)點，如節(jié)能，容易實現(xiàn)對現(xiàn)有電動機的調速控制，可以實現(xiàn)大范圍內的高效連續(xù)調速控制，容易實現(xiàn)電動機的正反轉切換，可以進行高額度的起停運轉，可以進行電氣制動，可以對電動機進行高速驅動，可以適應各種工作環(huán)境可以用一臺變顛器對多臺電動機進行調速控 制，電源功率固數(shù)大，所需電源容量小，可以組成高性能的控制系統(tǒng)等等。基于現(xiàn)代理論的控制策略 ,有滑模變結構技術、模型參考自適應技術、采用微分幾何理論的非線性解耦、魯棒觀察器 ,在某種指標意義下的最優(yōu)控制技術和逆奈奎斯特陣列設計方法等 。同步電機調速 ,在發(fā)達國家也仍處于發(fā)展階段 ,實用比例最大的在上萬千瓦。變頻調速器滿足了社會以下要求 : 1)節(jié)能。它不僅安全可靠 ,而且還達到了提高工作效率 ,提高產品質量 ,節(jié)約電能 30%以上的綜合經濟效益。 第五、六 周 ()：畢業(yè)實習，撰寫實習報告。 第七、八 周 ()：課題設計，完成課題總體框架 。特別是上世紀 80 年代以來 ,該項技術發(fā)展更為迅速 ,應用更為廣泛。 2)用精密、快速響應手段提高產品質量。我國則處于嘗試性階段。基于智 能控制思想的控制策略 ,有模型控制、神經元網絡、專家系統(tǒng)和各種各樣的自優(yōu)化、自診斷技術等。 變頻器 變頻器簡介 變頻器 實際上就是一個逆變器 .它首先是將交流電變?yōu)橹绷麟?.然后用電子元件對直流電進行開關 .變?yōu)榻涣麟?.一般功率較大的變頻器用可控硅 .并設一個可調頻率的裝置 .使頻率在一定范圍內可調 .用來控制電機的轉數(shù) .使轉數(shù)在一定的范圍內可調 .變頻器廣泛用于交流電機的調速中 .變頻調速技術是現(xiàn)代電力傳動技術重要發(fā)展的方向，隨著電力電子技術的發(fā)展，交流變頻技術從理論到實際逐漸走向成熟。 控制電路 控制電路常由運算電路、檢測電路、控制信號的輸入、輸出電路和驅動電路等構成。電容 C放電后接著反向充電，為下一次雙序號晶閘管關斷作好準備，換相電流過零時，VT7， VT8 自行關斷，其他晶閘管的關斷情況與此類似。由于使用無速度傳感器矢量控制的變頻器，可以分別對異步電動機的磁通和轉矩電流進行檢測、控制，自動改變電壓和頻率 ，使指令值和檢測實際值達到一致，從而實現(xiàn)了矢量控制。至于同步電動機變頻調速系統(tǒng)的動態(tài)品質問題，若采用通用變頻器 V/F 控制，響應速度較慢；若采用夭量控制就頻器，響應速度很快。變頻調速中變頻電源供電的電動機與傳統(tǒng)工頻正弦波供電的電動機的主要區(qū)別在于：一方面是從低頻到高頻的寬頻范圍內運行，另一方面電源波形是非正弦的。但工頻恒定轉速運行的電動機，要避免與 50Hz 的電頻率響應的機械固有頻率發(fā)生共振比較容易。 把式 (3— 1)和式 (3— 2)聯(lián)立，就得出線圈 1在時間 t 時的磁勢空間分布 tFf ?? sinco s39。同樣 )32(5s i n)32c os (39。某一次諧波的存在同樣可以由三相作用相加的方法得到證實。 四、正序、負序和零序諧波 如表 3— 1所示的第一列，由 k ＝ 3n+1(n 等于零和整數(shù) )次諧波電流產生的時間諧波磁勢，其旋轉方向與主磁場轉向相同，而 13 ?? nk 次諧波電流則產生反向旋轉的磁勢波。定子和轉子電阻也由于諧波頻率下的集膚效應而增大。這樣，對于在非正弦 電源下運行時，與在正弦波電網上運行相比，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。由圖 3— 1b 所示的第 k 次諧波等值電路得 )()(2 22211 kkkk sRIkfpmT ?? （ 3— 19） 式中 kT —— 第 k 次諧波轉矩； p —— 極對數(shù)； 1m —— 定子繞組相數(shù)； k —— 諧波次數(shù)； 1f —— 定子電流基波頻率； kI2 —— k次諧 波轉子電流； kR2 —— 轉子電阻； ks —— k次諧波轉差率。以上這兩個 6 倍于基波頻率的脈動轉矩一起使電動機的電磁轉矩發(fā)生波動。 (1)鐵耗 一般說來，若正弦基波磁通時的鐵耗為 Fep ，則由于電源諧波影響，其鐵耗的增加量 Fep? ，由下式決定： ???vapp vFeFe (3— 22) 式中 va —— 第次諧波的含有率； v —— 高次諧波次數(shù)。 一般認為定轉子諧波漏磁損耗大致相等，故電動機內由于諧波引起的端部總損耗 svsv pp 2?? 。只是由于高次諧波的頻率 更高，故其數(shù)值更大。 (一 )選取 ?B 和 A的決定因素 ?B 與 A的取值，在變頻調速電動機中主要考慮以下因素： 1．效率與溫升 變頻調速系統(tǒng)運行時，國家標準對其運行效率有一定的要求。因為第 7 次諧波為正相序，產生一個 7 倍于同步轉速并與基波磁場有相同轉向的時間諧波旋轉磁場。但是，這些穩(wěn)定諧波轉矩是額定轉矩很小的一部分。從等值電路 (圖 3— lb)中可以看出，諧波電流的大小與負載無關，也就是說電動機從空載到滿載的情況下，諧波電流基本上不變。 把式 (3— 10)的 n代入式 (3— 11)，諧波轉差率 ks 可以用 1s 表示，則得 k sksk 1)1( ?? ? （ 3— 12） 圖 3— 1a 所示的基波等值電路可改成適應于 k 次諧波電壓和電流的等值電路，如圖 3— 1b所示。 諧波磁勢與基波磁勢之比值為 1111 IIhkkFF kwhkh ???? (3— 9) 對于正常設計的三相電動機，諧波繞組系數(shù) hk? 遠遠小于 wk ，因此空間諧波磁勢的幅值可以忽略不計。 當整數(shù)槽繞組各相中存在諧波電流時，上面談到的時間和空間諧波磁勢將同時出現(xiàn)。511 ?? 式中 39。11 ? （ 3— 2） 式中 39。這時，由于轉速很低，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，由于運行中保持轉子磁通不變，電動機的機械特性是一條直線，不存在最大轉矩倍數(shù)對設計中漏抗取值的限制。 如果采用高精度的變頻器（數(shù)字設定頻率精度可達 %），在開環(huán)控制情形下，同步電動機的轉速精度亦為 %。 2 速度傳感器的矢量控制變頻器 異步電機變頻調速系統(tǒng) 控制框圖如圖 2所示。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。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。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?；陔妱訖C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)?。在交流調速領域內 ,同步電機調速將占壓倒性優(yōu)勢。 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。 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。 第三、四 周 ()：查閱資料， 撰寫開題報告。 第九 周 ()：完成課題設計的原理部分 。 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領域 ,隨著工業(yè)技術的發(fā)展 ,它們相互競爭 ,相互促進。 3)提高生產效率。國內外用量最大的還是 交流異步電機調速用變頻器”。 開發(fā)清潔電能的變頻器。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。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。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。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。 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。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，這些諧波會產生相應的銅損耗和鐵損耗，降低運行效率。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。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。512 ???? ??? ? tFf )34(5s i n)34c os (39。例如，在三相的每一相中， 5次諧波電流產生下列 7次空間諧波磁勢： tFf ?? 5s in7c o s39。 )13( ?n 次諧波電流與基波電流同相序，產生磁勢波與主磁場同轉向，稱為正序諧波。嚴格地說，轉子6 極變頻電動機 設計 18 的漏抗也