【正文】 因集膚效應(yīng)而有所改變，這在精確計(jì)算時(shí)必須加以考慮。 如圖 3— 2b 所示的高次諧波等值電路與計(jì)算正弦波異步電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)的電路相似，電動(dòng)機(jī)的電流同樣受漏抗 ( 1X + 2X )的限制。 對于接近同步轉(zhuǎn)速的正常滿載運(yùn)行，基波轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩用“ +”號，而反向諧波轉(zhuǎn) 矩用“ ”號。同樣， 11 次和 13次諧波產(chǎn)生一個(gè) 12 次諧波脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，在 6 個(gè)階梯波電源供電的情況下， 6 次脈動(dòng)諧波轉(zhuǎn)矩分量是主要的。 若正弦基波磁通時(shí)的轉(zhuǎn)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(dòng)機(jī) 設(shè)計(jì) 23 ???2vapp vss (3— 23) 這兩部分鐵損耗增加的結(jié)果， 使變頻電源供電時(shí)比工頻供電時(shí)鐵耗總體增大10％～ 20％。 (4)其它損耗 摩擦損耗與通風(fēng)損耗，在變頻電源供電時(shí)與 工頻電源供電時(shí)有很大不同。 一般說來，定子高頻銅耗為工頻銅耗 1Cuvp 的 15％，而轉(zhuǎn)子高頻銅耗已近似等于工頻轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子端部引起端部漏磁損耗。 可見，在變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中，當(dāng)輸出轉(zhuǎn)矩 T 取連續(xù)運(yùn)行、在某轉(zhuǎn)速下輸出標(biāo)稱功率條件下輸出最大額定轉(zhuǎn)矩時(shí)，主要尺寸 2efD 由 ?B 及 A值決定。 同樣，定子電流的第 7 次諧波也產(chǎn)生一個(gè) 6 倍于基波頻率的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 1．穩(wěn)定諧波轉(zhuǎn)矩 穩(wěn)定的或稱恒定的轉(zhuǎn)矩是由氣隙諧波磁通和相同次數(shù)的轉(zhuǎn)子電流諧波相互作用產(chǎn)生的。 (二 )諧波電流 從前面的分析中可知，諧波轉(zhuǎn)差率 ks 在電動(dòng)機(jī)從零至同步轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)接近于 1，正像式 (3— 12)表示的那樣， ks 與轉(zhuǎn)速無關(guān)。正向旋轉(zhuǎn)諧波磁場的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差率為 11kn nknsk ?? 而反向旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)差率為 11kn nknsk ?? 因此通常的表達(dá)式應(yīng)為 11kn nknsk ?? （ 3— 11） 式中 —— “ ”號為正序諧波，“ +”號為負(fù)序諧波。 對于基波旋轉(zhuǎn)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。同樣可以證明 7次空間諧波以 71 的同步轉(zhuǎn)速正向旋轉(zhuǎn)。例如相電流中的 5 次諧波分量對于每一相建立一個(gè)與基波有同樣空間分布的磁勢駐波，以 5 倍于基波頻率脈動(dòng)，則繞組 1 中的 5次諧波磁勢為 tFf ?? 5sinc o s39。 幅值 F1的瞬時(shí)值為 tFF ?sin39。 (6)低速運(yùn)行時(shí)散熱效果降低 由于變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)調(diào)速范圍大，常常在低頻率下低速運(yùn)行。因此，可盡量減少轉(zhuǎn)子電阻，必要時(shí)還可增大定、轉(zhuǎn)子漏抗。至于調(diào)速性能如何呢？ 由于是同步電動(dòng)機(jī)，它轉(zhuǎn)速始終等于同步轉(zhuǎn)速 N0=60F/P，只取決于電動(dòng)機(jī)供電頻率 F，而與負(fù)載大小無關(guān)（除非負(fù)載力矩大于或等于失步轉(zhuǎn)矩，同步電動(dòng)機(jī)會(huì)失步，轉(zhuǎn)速迅速停止），其機(jī)械特性曲線為一根平行橫軸直線，絕對硬特性。異步電動(dòng)機(jī)存在轉(zhuǎn)差率，轉(zhuǎn)速隨負(fù)荷力矩變化而變動(dòng)，即使目前有些變頻器具有轉(zhuǎn)差補(bǔ)償功能及轉(zhuǎn)矩提升功能，也難以達(dá)到 %的精度，所以采用這種 V/F 控制的通用變頻器異步機(jī)開環(huán)變頻調(diào)速適用于一般要求不高的場合，例如風(fēng)機(jī)、水泵等機(jī)械。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。無論電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)或發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，其功率因數(shù)總不會(huì)為 ，在中間直流環(huán)節(jié)和電動(dòng)機(jī)之間總會(huì)有無功功率的交換。 由式 (1)可知，轉(zhuǎn)速 n與頻率 f成正比，只要改變頻率 f 即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率 f在 0～ 50Hz 的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。 實(shí)現(xiàn)高水平的控制。交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展趨勢正如該學(xué)術(shù)組負(fù)責(zé)人所說 :“從世界傳動(dòng)局勢看 ,交流調(diào)速會(huì)取代直流調(diào)速。在其它各企業(yè)中還有許多不同型式、容量的交流調(diào)速設(shè)備投入運(yùn)行。 Then take Y180L6 electrical machinery as an example to design electromagically。 一、 進(jìn)度安排及完成時(shí)間： 第一 、二 周（ ）：布置任務(wù)，下達(dá)設(shè)計(jì)任務(wù)書。 第十、十一 周 ()：完成課題設(shè)計(jì)中的電磁設(shè)計(jì) 。過去 ,由于直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)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。 4)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 6 極變頻電動(dòng)機(jī) 設(shè)計(jì) 3 交流變頻調(diào)速的高速發(fā)展有以下特點(diǎn) 1) 市場的大量需求。所謂清潔電能變頻器是指變頻器的功率因數(shù)為 1,電網(wǎng)側(cè)和負(fù)載側(cè)的諧波分量很少 ,以減少對電網(wǎng)的公害和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。因此，交流變頻調(diào)速已逐漸取代了過去的傳統(tǒng)滑差調(diào)速、變極調(diào)速、直流調(diào)速等調(diào)速系統(tǒng)，越來越廣泛的應(yīng)用于冶金、紡織、印染、煙機(jī)生產(chǎn)線及樓宇、供水等領(lǐng)域。高性能的變頻器目前已經(jīng)要靠軟件來完成各種功能。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。轉(zhuǎn)速精度約等于 %，轉(zhuǎn)速響應(yīng)也較快。 6 極變頻電動(dòng)機(jī) 設(shè)計(jì) 11 第 3 章 變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī) 變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)是運(yùn)用于變頻調(diào)速系統(tǒng)中的專用電動(dòng)機(jī)，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須充分考慮到該類電動(dòng)機(jī)由變頻電源供電時(shí)的問題，進(jìn)行針對性設(shè)計(jì)，以適應(yīng)電源波形的非正弦和從低頻到高頻的寬頻范 圍、寬調(diào)速比的運(yùn)行狀況。即便是目前廣泛采用的6 極變頻電動(dòng)機(jī) 設(shè)計(jì) 12 SPWM 正弦脈寬技術(shù)，也只是抑制了低次諧波，降低了電動(dòng)機(jī)的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，從而擴(kuò)展了電動(dòng)機(jī)低速下的平穩(wěn)運(yùn)行范圍。因此針對問題，進(jìn)行變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)的專門設(shè)計(jì)已成必要。12 ???? ??? tFf 同樣對于繞組 3 )34s i n()34c os (39。513 ???? ??? ? tFf 把三個(gè)磁勢相加可得合成磁勢為： )5s in(39。571 ?? )32(5s i n)32c os (39。 )23( ?n 次諧波電流與基波電流相反，產(chǎn)生磁勢波與主磁場相反，稱為負(fù)序諧波。 由式 (3— 12)可知，電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)， ks 的變化很小。因此用正弦波電壓下異步電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)特性和啟動(dòng)性能也可以衡量電動(dòng)機(jī)的諧波性能。這里轉(zhuǎn)子電阻 kR2必須考慮諧波頻率下的集膚效應(yīng)使阻值增加而進(jìn)行的修正。如果使用開關(guān)頻率低的脈寬調(diào)制逆變器，就會(huì)產(chǎn)生開關(guān)頻率較大的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。 以上結(jié)果也可以用公式近似計(jì)算： 2139。這主要是變頻調(diào)速運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)在很大的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)變速運(yùn)行，而這些損耗均與轉(zhuǎn)速有關(guān)。221221 vvvvvvvC u vC u vC u v rrmIrmIrmIppp ?????? (3— 27) 式中 1Cuvp —— 定子高頻銅耗； 2Cuvp —— 轉(zhuǎn)子高頻銅耗； m —— 相數(shù)。 眾所 周知，電動(dòng)機(jī)的主要尺寸 D 與 efL 由以下電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)公式?jīng)Q定： ABCTLD ef ??2 (3— 21) 式中 D 一電樞直徑； efL —— 電樞計(jì)算長度； C—— 設(shè)計(jì)常數(shù)； T—— 輸出轉(zhuǎn)矩； A—— 電負(fù)荷； ?B —— 氣隙磁通密度 。這個(gè)時(shí)間諧波磁場感應(yīng)出的轉(zhuǎn)子電流和基波旋轉(zhuǎn)磁場相互作用而產(chǎn)生 6 倍于基波頻率的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因?yàn)樵撧D(zhuǎn)子電流波形和磁動(dòng)勢基波的相對轉(zhuǎn)速 6倍于同步轉(zhuǎn)速。這些轉(zhuǎn)矩有兩種類型： (a)穩(wěn)定諧波轉(zhuǎn)矩； (b)脈動(dòng)諧波轉(zhuǎn)矩。通常，基波頻率超過 10Hz 時(shí)，簡化電路是合理的。 相電流的 k 次諧波產(chǎn)生轉(zhuǎn)速為 kn1 的正向旋轉(zhuǎn)或反向旋轉(zhuǎn)的時(shí)間諧波磁動(dòng)勢。對于三相繞組，由電流的 k 次時(shí)間諧波產(chǎn)生的 h 次空間諧波旋轉(zhuǎn)磁勢幅值可用下式表示 kphhkh IPNhkF ???(安匝／極 ) (3— 8) 式中 hk? —— h 次空間諧波繞組系數(shù)， phN — 每相串聯(lián)匝數(shù)； P —— 極對數(shù)； kI —— 是次諧波電流的有效值。23 15 ?? ?? ? tFf (3— 6) 此式證明存在 5次空間諧波磁勢，它以 51 的同步轉(zhuǎn)速反向旋轉(zhuǎn)。 一、 時(shí)間諧波磁勢 時(shí)間諧波磁勢是由 相繞組中的電流諧波產(chǎn)生的。 ?cos11 Ff ? （ 3— 1） 式中 ? —— 表示在電樞表面上的角位移，原點(diǎn)選在繞組 1 的軸線上，由于繞組 1 中的電流正弦變化，幅值幾也成比例地變化，于是產(chǎn) 生一個(gè)磁勢駐波。若軸電壓過高，軸和軸承間油膜的潤滑狀態(tài)遭到破壞，軸承壽命將大大縮短。因此，設(shè)計(jì)中不存在工頻時(shí)的起動(dòng)性能指標(biāo)對設(shè)計(jì)的限 制及對其它指標(biāo)的約束，也不會(huì)出現(xiàn)高轉(zhuǎn)差頻率運(yùn)行。又具 有控制電路簡單，可靠性高的特點(diǎn)。尤其是在低速區(qū)域電壓調(diào)整比較困難，不可能得到較大的調(diào)速范圍和較高的調(diào)速精度。 晶閘管 SPWM 逆變器同樣可以使用各種脈寬調(diào)制方法。 中間直流環(huán)節(jié) 由于逆變器的負(fù)載為異步電機(jī)，屬于感性負(fù)載。 6 極變頻電動(dòng)機(jī) 設(shè)計(jì) 5 第 2 章 變頻調(diào)速的基本原理 變頻調(diào)速的原理 我們知道，交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式 為 [3]： n＝ 60 f(1－ s)/p (21) 式中 n——— 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速； f——— 異步電動(dòng)機(jī)的頻率； s——— 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率； p——— 電動(dòng)機(jī)極對數(shù)。前者要解決與高壓大電流有關(guān)的技術(shù)問題和新型電力電子器件的應(yīng)用技術(shù)問題 ,后者要解決 (基于現(xiàn)代控制理論的控制策略和智能控制策略 )的硬、軟件開發(fā)問題 (在目前狀況下主要是全數(shù)字控制技術(shù) )。在重點(diǎn)發(fā)展的 12 個(gè)專項(xiàng)電子產(chǎn)業(yè)的節(jié)能電子專項(xiàng)中提出 :“重點(diǎn)發(fā)展電力電子器件、交流變頻調(diào)速裝置??”“通過對 70%的水泵、風(fēng)機(jī)等電動(dòng)設(shè)施進(jìn)行改造 ,實(shí)現(xiàn)年節(jié)電百億千瓦時(shí)”。如冶金自動(dòng)化開發(fā)交流調(diào)速技術(shù)十多年 ,1993 年正式投入生產(chǎn)的包鋼扎6 極變頻電動(dòng)機(jī) 設(shè)計(jì) 2 梁廠的 同步電機(jī)交變頻調(diào)速系統(tǒng)是國內(nèi)自行制造的容量最 大的一套 ,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)。 Frequency converter supply power design characteristic to exchange electrical machinery。 變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī) 電磁設(shè)計(jì)及參數(shù)分析。 第十二 周 ()：課題中期檢查 。但由于直流電動(dòng)機(jī)具有機(jī)械整流器和電刷 ,因而 存在著維護(hù)保養(yǎng)工作量大、電動(dòng)機(jī)安裝環(huán)境受到限制和難以向大容量、高轉(zhuǎn)速及高電壓方向發(fā)展等缺點(diǎn)。 5)安全保養(yǎng)設(shè)備。隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高和能源全球性短缺 ,變頻器越來越廣泛地應(yīng)用在機(jī)械、紡織、化工、造紙、冶金、食品等各個(gè)行業(yè)以及風(fēng)機(jī)、水泵等節(jié)能場合 ,并取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。對中小容量變頻器 ,提高開關(guān)頻率的ＰＷＭ控制是有效的。一般分為整流電路、平波電路、控制6 極變頻電動(dòng)機(jī) 設(shè)計(jì) 6 電路、逆變電路等幾大部分。由于軟件的靈活性，數(shù)值控制方式靠可以完成模擬控制方式難以完成的功能。 VD7