【正文】 同時(shí)，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(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(shuō)來(lái)，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。21 )()( vvvvvv xxrr UI ???? (3— 26) 式中 vU —— 高次諧波電壓； vr1 、 vx1 —— 計(jì)及集膚效應(yīng)后的定子電阻及電抗。 (2)銅耗 由于高次諧波電流的集膚效應(yīng)，引起電流分布不均勻，而使交流電阻增大，銅耗增加。 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％。 可見(jiàn)，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。先分別討論： 6 極變頻電動(dòng)機(jī) 設(shè)計(jì) 22 變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)的電磁設(shè)計(jì)一般特點(diǎn) 一、主要尺寸及電磁負(fù)荷的選取 對(duì)于小型變頻變壓調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了統(tǒng)一的機(jī)座號(hào)及中心高，已成一專門(mén)系列，故其主要的外形尺寸不必再行確定。在變速傳動(dòng)中，這個(gè)下限值的大小，決定于傳動(dòng)系統(tǒng)的慣性和負(fù)載性質(zhì)。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。 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。 2．脈動(dòng)諧波轉(zhuǎn)矩 平均值為零的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩是由諧波旋轉(zhuǎn)磁通和不同次數(shù)的轉(zhuǎn)子諧波電流相互作用產(chǎn)生的。因此可以看出高次諧波轉(zhuǎn)矩可忽略不計(jì)。 對(duì)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(duì)正向諧波轉(zhuǎn)矩用“ +”號(hào)，而反向諧波轉(zhuǎn) 矩用“ ”號(hào)。 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。基值電抗為 FLRbase IUX ? 式中 RU —— 正弦波額定相電壓； FLI —— 滿載時(shí)的額定電流。如果所設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)的漏抗很小 ，則電動(dòng)機(jī)的諧波電流會(huì)比較大，諧波損耗將大大增加。 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。 (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(wú)關(guān)。 圖 32 用于諧波電流近似計(jì)算的等值電路 由于零序電流只有在電源和負(fù)載間有中性線的情況下才存在，否則零序電流沒(méi)有回路。由于電感隨頻率的增加而成線性增長(zhǎng)，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(jiǎn)化是可行的。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。正向旋轉(zhuǎn)諧波磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差率為 11kn nknsk ?? 而反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(hào)為正序諧波，“ +”號(hào)為負(fù)序諧波。 6 極變頻電動(dòng)機(jī) 設(shè)計(jì) 17 (一 )諧波等值電路 正弦電壓下異步電動(dòng)機(jī)一相的等值電路圖如圖 3— 1a 所示。如果忽略磁飽和的影響，電動(dòng)機(jī)可以當(dāng)作一個(gè)線性元件采用疊加原理來(lái)分析。 )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。 對(duì)于基波旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)， 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。表中第一行表示已分析過(guò)的時(shí)間諧波磁勢(shì)。23 57 ?? ?? ? tFf （ 3— 7） 從而證明了存在 7 次空間諧波磁勢(shì)，它以 75 的同步轉(zhuǎn)速反向旋轉(zhuǎn) 。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。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)。實(shí)際上多相繞組由正弦電流勵(lì)磁時(shí)，由于磁勢(shì)空間諧波分6 極變頻電動(dòng)機(jī) 設(shè)計(jì) 15 布的組合又形成旋轉(zhuǎn)的諧波磁勢(shì)。 同樣可以證明， 7 次諧波電流產(chǎn)生一個(gè) 7 倍于同步轉(zhuǎn)速而方向與基波方向相同的旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)。512 ???? ??? ? tFf )34(5s i n)34c os (39。例如相電流中的 5 次諧波分量對(duì)于每一相建立一個(gè)與基波有同樣空間分布的磁勢(shì)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(shì)為 tFf ?? 5sinc o s39。對(duì)時(shí)間 t 微分則得出 ??dtd?? 0也就是 ???dtd 。1 ?????????? ?????? tttF )sin(39。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。 幅值 F1的瞬時(shí)值為 tFF ?sin39。現(xiàn)在只考慮基波分量，電動(dòng)機(jī)的氣隙中有三個(gè)正弦分布的磁 勢(shì)波，它們?cè)诳臻g相差 ?120 。正常使用時(shí)每一組線圈若流入一個(gè)正弦電流，這個(gè)電流將產(chǎn)生一個(gè)脈動(dòng)的磁勢(shì)。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。 (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。 (4)出現(xiàn)浪涌電壓和電暈現(xiàn)象，損害電動(dòng)機(jī)絕緣 電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，外加電壓經(jīng)常與變頻裝置中元器件換流時(shí)產(chǎn)生的浪涌電流相迭加，有時(shí)浪涌 電壓較高，致使線圈受到反復(fù)電沖擊，絕緣加速老化。 (2)產(chǎn)生電磁振動(dòng)和噪聲 由于一系列高次 諧波的存在，還會(huì)產(chǎn)生電磁振動(dòng)和噪聲。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。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。變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)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(yùn)行的制約。尤其是在電動(dòng)機(jī)參數(shù)的選取時(shí)，不再是僅僅在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部綜合考慮，而應(yīng)就整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)通盤(pán)考慮。 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。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(wú)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(duì)硬特性。 因此，如若非采用不可的情況下，對(duì)于調(diào)速范圍、轉(zhuǎn)速精度和動(dòng)態(tài)品質(zhì)要求不是特別高的條件場(chǎng)合，往往采用無(wú)速度傳感器矢量變 頻器開(kāi)環(huán)控制異步機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)。 它有許多優(yōu)點(diǎn)： （ 1）可以從零轉(zhuǎn)速起進(jìn)行速度控制，即甚低速亦能運(yùn)行，因此調(diào)速范圍很寬廣，可達(dá) 100:1 或 1000:1； （ 2）可以對(duì)轉(zhuǎn)矩實(shí)行精確控制； 6 極變頻電動(dòng)機(jī) 設(shè)計(jì) 10 （ 3）系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度甚快； （ 4）電動(dòng)機(jī)的加速度特性很好等優(yōu)點(diǎn)。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)。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(kāi)環(huán)變頻調(diào)速適用于一般要求不高的場(chǎng)合，例如風(fēng)機(jī)、水泵等機(jī)械。 1 環(huán)控制的通用變頻器三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng) [5] 控制框圖如圖 1所示。一旦發(fā)生過(guò)電流，觸發(fā)導(dǎo)通 VTl2， Cp經(jīng) r1，只：放電，給 VTll 加反壓而使之關(guān)斷，從而切斷主電路，實(shí)現(xiàn)過(guò)電流保護(hù)。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。我們現(xiàn)在來(lái)說(shuō)明一下此電路的工作過(guò)程，圖 2— 4 表示出此逆變器的工作過(guò)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。 在 SPWM 型逆變器中必須添加強(qiáng)迫換相電路。它是將交流電整流為可控直流電壓 ,然后由逆變器將直流電逆變成 交流電。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。無(wú)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(wú)功功率的交換。 逆變器 負(fù)載側(cè)的變流器 2為逆變器。變頻器的主電路大體上可分為兩類：電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容；電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波電感。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。 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。以 32位高速微處理器為基礎(chǔ)的數(shù)字控制模板有足夠的能力實(shí)現(xiàn)各種控制算法 ,Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系統(tǒng)的引入使得可自由設(shè)計(jì) ,圖形編程的技術(shù)也有很大發(fā)展。 裝置體積小巧。 開(kāi)發(fā)清潔電能的變頻器。 實(shí)現(xiàn)高水平的控制。 4) 基礎(chǔ)工業(yè)和各種制造業(yè)的高速發(fā)展 ,變頻器相關(guān)配套器件社會(huì)化、專業(yè)化生產(chǎn)。近年來(lái)高電壓、大電流的ＳＣＲ、ＧＴＯ、ＩＧＢＴ、ＩＧＣＴ等器件的生產(chǎn)以及并聯(lián)、串聯(lián)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用 ,使高電壓、大功率變頻器產(chǎn)品的生產(chǎn)及應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)。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”。交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)正如該學(xué)術(shù)組負(fù)責(zé)人所說(shuō) :“從世界傳動(dòng)局勢(shì)看 ,交流調(diào)速會(huì)取代直流調(diào)速。制定了以開(kāi)發(fā)變頻器為主的交流調(diào)速發(fā)展規(guī)劃。尤其是用于風(fēng)機(jī)和水泵 ,節(jié)電率在 40%左右。 3)提高生產(chǎn)效率。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。當(dāng)前 ,國(guó)際上應(yīng)用電力電子技術(shù)的交流調(diào)速已經(jīng)成熟 (上世紀(jì) 70 年代基本普及 ),由于它比直流調(diào)速有著較大的優(yōu)越性 ,目前正普及至工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域 ,大功率的有如日本安川 38MW、富士 ～ 20MW、美國(guó) EMERSOM∶ AS510047～973kW、羅斯希爾 (ROSSHILL)～ 、德國(guó) AEG 公司 CC/CSI6MW、西門(mén)子公司 ～ 16MW。又由于交流電動(dòng)機(jī)本身具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、運(yùn)行可靠和慣性小等優(yōu)點(diǎn) ,還適用于直流調(diào)速無(wú)法比擬的場(chǎng)合 ,如化纖紡絲機(jī)等高精度、高速化的生產(chǎn)機(jī)械 ,泵、空壓機(jī)和電梯等無(wú)齒輪化的生 產(chǎn)機(jī)械以及冶金等大容量的生產(chǎn)機(jī)械。 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)。 Then take Y180L6 electrical machinery as an example to design electromagically。 本文主要介紹變頻調(diào)速系統(tǒng)的概況和發(fā)展趨勢(shì)，變頻電機(jī)的調(diào)速原理及其應(yīng)用；變頻器的簡(jiǎn)介；變頻器供電交流電機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)；然后以 Y180L— 6電機(jī)為例進(jìn)行電磁設(shè)計(jì)；最后進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。 第十四周（ ）：課題最終修改、完善。 第九 周 ()：完成課題設(shè)計(jì)的原理部分 。