【正文】 其值可6 極變頻電動(dòng)機(jī) 設(shè)計(jì) 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(shí)間諧波的影響，比工頻電源供電時(shí)，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(chǎng)和轉(zhuǎn)子電流諧波的相對(duì)轉(zhuǎn)速也 6 倍于基波頻率?？梢杂芍C波等值電路來(lái)計(jì)算此轉(zhuǎn)矩的大小。由于基波的定子電流大小決定了電動(dòng)機(jī)的負(fù)載，因此電6 極變頻電動(dòng)機(jī) 設(shè)計(jì) 19 動(dòng)機(jī)電流的相對(duì)諧波含量在輕載時(shí)要比滿載時(shí)大得多。諧波轉(zhuǎn)差率 ks 代替了基波轉(zhuǎn)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(shí)間諧波磁勢(shì)。由于相電流中各次時(shí)間諧波形成磁勢(shì)空間諧波分布， 故產(chǎn)生各次附加旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)波。51?F —— 為 5次諧波電流產(chǎn)生的空間基波磁勢(shì)最大幅值。1F —— 相應(yīng)于繞組中電流峰值時(shí) F1的最大幅值，時(shí)間原點(diǎn)取在繞組 1中電流為零的瞬間。 (7)容易產(chǎn)生共振干擾 一般來(lái)說(shuō)，任何機(jī)械裝置都會(huì)產(chǎn)生共振現(xiàn)象。 應(yīng)用交流變頻調(diào)速技術(shù)的主要目的，一是節(jié)能；二是高精度的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速控制；三是現(xiàn)高速驅(qū)動(dòng)。因?yàn)橥诫妱?dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速精度與變頻器頻率精度相一致（在開(kāi)環(huán)控制方式時(shí)），所以特別適合多電機(jī)同步傳動(dòng)，靜態(tài)轉(zhuǎn)速精度要求甚高 (～ %)的化纖紡絲機(jī)，是最理想最簡(jiǎn)單的首選方案。 圖 25 矢量控制變頻器的異步電機(jī)變頻變頻調(diào)速 VVVF 矢量變頻器 對(duì)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(qiáng)迫關(guān)斷為例來(lái)說(shuō)明換相過(guò)程：當(dāng) VTl 導(dǎo)通時(shí)，設(shè)換相電容器已經(jīng)充好電，極性為左正右負(fù)，觸發(fā) VT7， VT8 換相晶閘管，使之導(dǎo)通，電容 C 上的電壓通過(guò) VT7， VT8 及 VD4加到主晶閘管 VTl 上，使 VTl 受反壓 而關(guān)斷。所以有常稱中間直流環(huán)節(jié)為中間直流儲(chǔ)能環(huán)節(jié)。 與傳統(tǒng)的交流施動(dòng)系統(tǒng)相比，利用變頻器對(duì)交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制的交流施動(dòng)系統(tǒng)有許多優(yōu)點(diǎn)，如節(jié)能，容易實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制，可以實(shí)現(xiàn)大范圍內(nèi)的高效連續(xù)調(diào)速控制，容易實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)切換，可以進(jìn)行高額度的起停運(yùn)轉(zhuǎn)，可以進(jìn)行電氣制動(dòng)，可以對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行高速驅(qū)動(dòng)，可以適應(yīng)各種工作環(huán)境可以用一臺(tái)變顛器對(duì)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)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?；诂F(xiàn)代理論的控制策略 ,有滑模變結(jié)構(gòu)技術(shù)、模型參考自適應(yīng)技術(shù)、采用微分幾何理論的非線性解耦、魯棒觀察器 ,在某種指標(biāo)意義下的最優(yōu)控制技術(shù)和逆奈奎斯特陣列設(shè)計(jì)方法等 。同步電機(jī)調(diào)速 ,在發(fā)達(dá)國(guó)家也仍處于發(fā)展階段 ,實(shí)用比例最大的在上萬(wàn)千瓦。變頻調(diào)速器滿足了社會(huì)以下要求 : 1)節(jié)能。它不僅安全可靠 ,而且還達(dá)到了提高工作效率 ,提高產(chǎn)品質(zhì)量 ,節(jié)約電能 30%以上的綜合經(jīng)濟(jì)效益。 第五、六 周 ()：畢業(yè)實(shí)習(xí)，撰寫實(shí)習(xí)報(bào)告。 第七、八 周 ()：課題設(shè)計(jì)，完成課題總體框架 。特別是上世紀(jì) 80 年代以來(lái) ,該項(xiàng)技術(shù)發(fā)展更為迅速 ,應(yīng)用更為廣泛。 2)用精密、快速響應(yīng)手段提高產(chǎn)品質(zhì)量。我國(guó)則處于嘗試性階段?；谥?能控制思想的控制策略 ,有模型控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)和各種各樣的自優(yōu)化、自診斷技術(shù)等。 變頻器 變頻器簡(jiǎn)介 變頻器 實(shí)際上就是一個(gè)逆變器 .它首先是將交流電變?yōu)橹绷麟?.然后用電子元件對(duì)直流電進(jìn)行開(kāi)關(guān) .變?yōu)榻涣麟?.一般功率較大的變頻器用可控硅 .并設(shè)一個(gè)可調(diào)頻率的裝置 .使頻率在一定范圍內(nèi)可調(diào) .用來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù) .使轉(zhuǎn)數(shù)在一定的范圍內(nèi)可調(diào) .變頻器廣泛用于交流電機(jī)的調(diào)速中 .變頻調(diào)速技術(shù)是現(xiàn)代電力傳動(dòng)技術(shù)重要發(fā)展的方向，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流變頻技術(shù)從理論到實(shí)際逐漸走向成熟。 控制電路 控制電路常由運(yùn)算電路、檢測(cè)電路、控制信號(hào)的輸入、輸出電路和驅(qū)動(dòng)電路等構(gòu)成。電容 C放電后接著反向充電，為下一次雙序號(hào)晶閘管關(guān)斷作好準(zhǔn)備，換相電流過(guò)零時(shí)，VT7， VT8 自行關(guān)斷，其他晶閘管的關(guān)斷情況與此類似。由于使用無(wú)速度傳感器矢量控制的變頻器，可以分別對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的磁通和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行檢測(cè)、控制，自動(dòng)改變電壓和頻率 ，使指令值和檢測(cè)實(shí)際值達(dá)到一致，從而實(shí)現(xiàn)了矢量控制。至于同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)問(wèn)題，若采用通用變頻器 V/F 控制，響應(yīng)速度較慢；若采用夭量控制就頻器，響應(yīng)速度很快。變頻調(diào)速中變頻電源供電的電動(dòng)機(jī)與傳統(tǒng)工頻正弦波供電的電動(dòng)機(jī)的主要區(qū)別在于：一方面是從低頻到高頻的寬頻范圍內(nèi)運(yùn)行，另一方面電源波形是非正弦的。但工頻恒定轉(zhuǎn)速運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，要避免與 50Hz 的電頻率響應(yīng)的機(jī)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(shí)間 t 時(shí)的磁勢(shì)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(shí)。 四、正序、負(fù)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(chǎn)生的時(shí)間諧波磁勢(shì)，其旋轉(zhuǎn)方向與主磁場(chǎng)轉(zhuǎn)向相同，而 13 ?? nk 次諧波電流則產(chǎn)生反向旋轉(zhuǎn)的磁勢(shì)波。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。這樣，對(duì)于在非正弦 電源下運(yùn)行時(shí)，與在正弦波電網(wǎng)上運(yùn)行相比，電動(dòng)機(jī)的空載損耗顯著增加，而滿載時(shí)損耗增加得相對(duì)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(zhuǎn)矩； p —— 極對(duì)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(zhuǎn)子電流； kR2 —— 轉(zhuǎn)子電阻； ks —— k次諧波轉(zhuǎn)差率。以上這兩個(gè) 6 倍于基波頻率的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩一起使電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩發(fā)生波動(dòng)。 (1)鐵耗 一般說(shuō)來(lái)，若正弦基波磁通時(shí)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?jīng)Q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(rèn)為定轉(zhuǎn)子諧波漏磁損耗大致相等，故電動(dòng)機(jī)內(nèi)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(diào)速電動(dòng)機(jī)中主要考慮以下因素： 1．效率與溫升 變頻調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其運(yùn)行效率有一定的要求。因?yàn)榈?7 次諧波為正相序，產(chǎn)生一個(gè) 7 倍于同步轉(zhuǎn)速并與基波磁場(chǎng)有相同轉(zhuǎn)向的時(shí)間諧波旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。但是，這些穩(wěn)定諧波轉(zhuǎn)矩是額定轉(zhuǎn)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(fù)載無(wú)關(guān)，也就是說(shuō)電動(dòng)機(jī)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(zhuǎn)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(yīng)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(shì)與基波磁勢(shì)之比值為 1111 IIhkkFF kwhkh ???? (3— 9) 對(duì)于正常設(shè)計(jì)的三相電動(dòng)機(jī)，諧波繞組系數(shù) hk? 遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于 wk ，因此空間諧波磁勢(shì)的幅值可以忽略不計(jì)。 當(dāng)整數(shù)槽繞組各相中存在諧波電流時(shí)，上面談到的時(shí)間和空間諧波磁勢(shì)將同時(shí)出現(xiàn)。511 ?? 式中 39。11 ? （ 3— 2） 式中 39。這時(shí)，由于轉(zhuǎn)速很低，普通電動(dòng)機(jī)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(yùn)行中保持轉(zhuǎn)子磁通不變，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是一條直線，不存在最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)對(duì)設(shè)計(jì)中漏抗取值的限制。 如果采用高精度的變頻器（數(shù)字設(shè)定頻率精度可達(dá) %），在開(kāi)環(huán)控制情形下，同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速精度亦為 %。 2 速度傳感器的矢量控制變頻器 異步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng) 控制框圖如圖 2所示。在此圖中，控制脈沖為正時(shí)，上橋臂 VT!或 VT3， VT5 導(dǎo)通，控制脈沖為負(fù)時(shí)，下橋臂 VT4 或 VT6， VT2 導(dǎo)通，波形最下面的 VT VT8 和 VT9， VTl0 表示換相回路中被觸發(fā)導(dǎo)通的晶閘管。這種無(wú)功能量要 靠 AC電源 電機(jī) 整流器 逆變器 控制電路 6 極變頻電動(dòng)機(jī) 設(shè)計(jì) 7 中間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件來(lái)緩沖。變頻器就是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段?；陔妱?dòng)機(jī)和機(jī)械模型的控制策略 ,有矢量控制、磁場(chǎng)控制、直接轉(zhuǎn)矩控制和機(jī)械扭振補(bǔ)償?shù)?。在交流調(diào)速領(lǐng)域內(nèi) ,同步電機(jī)調(diào)速將占?jí)旱剐詢?yōu)勢(shì)。 在各類調(diào)速方式中變頻調(diào)速技術(shù)是國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的應(yīng)用最廣泛、效益最高、性能最好的調(diào)速技術(shù) ,它是微機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)和電機(jī)傳動(dòng)技術(shù)的綜合應(yīng)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(dòng)機(jī) 設(shè)計(jì) 1 第 1 章 交流變頻調(diào)速技術(shù)概況 電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用 電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)是電子技術(shù)在電力拖動(dòng)上的應(yīng)用。 第三、四 周 ()：查閱資料， 撰寫開(kāi)題報(bào)告。 第九 周 ()：完成課題設(shè)計(jì)的原理部分 。 縱觀電力傳動(dòng)的發(fā)展過(guò)程 ,交、直流兩種傳動(dòng)方式共存于各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域 ,隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展 ,它們相互競(jìng)爭(zhēng) ,相互促進(jìn)。 3)提高生產(chǎn)效率。國(guó)內(nèi)外用量最大的還是 交流異步電機(jī)調(diào)速用變頻器”。 開(kāi)發(fā)清潔電能的變頻器。變頻器不僅調(diào)速平滑，范圍大，效率高，啟動(dòng) 電流小，運(yùn)行平穩(wěn)，而且節(jié)能效果明顯。其主要任務(wù)是完成對(duì)逆變器的開(kāi)關(guān)控制、對(duì)整流器的電壓控制以及完成各種保護(hù)佛那個(gè)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(qiáng)迫關(guān)斷過(guò)程相同，而晶閘管 VT4， VT6， VT2 強(qiáng)迫關(guān)斷過(guò)程相同。雖說(shuō)它是開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，但是大大提升了靜態(tài)精度和動(dòng)態(tài)品質(zhì)。 3) 交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制方案的選擇 在對(duì)四種常用控制方案分析的基礎(chǔ)上，列表進(jìn)行對(duì)比，可以根據(jù)實(shí)際需求作出正確選擇。由于以上特點(diǎn) ，因而帶來(lái)以下一系列問(wèn)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(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的銅損耗和鐵損耗，降低運(yùn)行效率。而變頻調(diào)速運(yùn)行時(shí)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率變化范圍廣，加之各個(gè)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(dòng)機(jī)在由變頻電源供電運(yùn)行時(shí)將會(huì)面臨諸多的特殊問(wèn)題。1? （ 3— 3） 繞組 2的磁勢(shì)波形，在空間上和時(shí)間上相對(duì)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(chǎn)生下列 7次空間諧波磁勢(shì)： tFf ?? 5s in7c o s39。 )13( ?n 次諧波電流與基波電流同相序，產(chǎn)生磁勢(shì)波與主磁場(chǎng)同轉(zhuǎn)向，稱為正序諧波。嚴(yán)格地說(shuō)，轉(zhuǎn)子6 極變頻電動(dòng)機(jī) 設(shè)計(jì) 18 的漏抗也