【正文】 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。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。此外，有時還伴有電暈現(xiàn)象產(chǎn)生，致使線圈對地絕緣損壞。 (3)低速時出現(xiàn)低頻脈動轉矩，影響低速穩(wěn)定運行 即使是采用 SPWM 調制方式，但與工頻正弦供電相比，仍然會出現(xiàn)一定程度的低次諧波，從而在低速運行時產(chǎn)生脈動轉矩，影響電動機低速穩(wěn)定運行。如何降低振動和噪聲，對正弦波供電的電動機來講已經(jīng)是一個難題了。一般說來，與工頻正弦電源供電相比，效率要下降 1％ —— 3％，功率因數(shù)下降 4％ —— 10％，因此，變頻電源供電下電動機的諧波損耗是一個很大的問題。即便是目前廣泛采用的6 極變頻電動機 設計 12 SPWM 正弦脈寬技術，也只是抑制了低次諧波，降低了電動機的脈動轉矩，從而擴展了電動機低速下的平穩(wěn)運行范圍。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(nèi)運行，另一方面電源波形是非正弦的。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。因此，設計中不存在工頻時的起動性能指標對設計的限 制及對其它指標的約束，也不會出現(xiàn)高轉差頻率運行。電動機的頻率、電壓及效率等額定值的選取，不再受工頻電網(wǎng)的限制，僅僅根據(jù)機電一體化原則，在系統(tǒng)內(nèi)通盤考慮決定。 由變頻電源供電的專用電動機的設計雖然受到了一些制約，但同時也解除了一些約束。這是因為在變頻調速系統(tǒng)內(nèi)，電動機的參數(shù)不僅影響到電動機自身的性能指標，而且影響到整個系統(tǒng)，它的取值對系統(tǒng)的技術經(jīng)濟指標有著重大影響。因此如何根據(jù)機電一體化的觀點，從調速系統(tǒng)的總體性能指標出發(fā)，求得異步電動機與變頻電源的最佳匹配，是變頻調速異步電動機設計時應解決的又一基本問題。 6 極變頻電動機 設計 11 第 3 章 變頻調速異步電動機 變頻調速異步電動機是運用于變頻調速系統(tǒng)中的專用電動機，因此設計時必須充分考慮到該類電動機由變頻電源供電時的問題，進行針對性設計，以適應電源波形的非正弦和從低頻到高頻的寬頻范 圍、寬調速比的運行狀況。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。 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 %。又具 有控制電路簡單，可靠性高的特點。 4 磁同步電動機開環(huán)控制的變頻調速系統(tǒng) 控制框圖如圖 4所示。再則，多了反饋電路和環(huán)節(jié)，也增加了出故障的機率。 然而，帶速度傳感器矢量控制變頻器的異步機閉環(huán)變頻調速技術性能雖好，但是畢竟它需要在異步電動機軸上安裝速度傳感器，嚴格地講，已經(jīng)降低了異步電動機結構堅固、可靠性高的特點。3 速度傳感器矢量控制變頻器的異步電機閉環(huán)變頻調速系統(tǒng) 矢量控制異步電機閉環(huán)變頻調速是一種理想的控制方式。轉速精度約等于 %，轉速響應也較快。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。 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。尤其是在低速區(qū)域電壓調整比較困難，不可能得到較大的調速范圍和較高的調速精度。 6 極變頻電動機 設計 9 圖 24 開環(huán)異步機變頻調速 VVVF通用變頻器 IM異步電動機 該控制方案結構簡單，可靠性高。至于交 交循環(huán)變頻器（ AcAc 相控變頻）以及自同步控制逆變器（不論 AcAc 方式還是 AcDcAc方式），即俗稱無換向器電動機，均不展開討論。 變頻器的控制方式 簡述變頻器的控制方式 其控制方式經(jīng)歷了以下四代 : U/f=C 的正弦脈寬調制（ SPWM）控制方式 電壓空間矢量（ SVPWM）控制方式 矢量控制（ VC）方式 直接轉矩控制（ DTC）方式 矩陣式交 — 交控制方式 交流電動機變頻調速四種控制方案的分析 根據(jù)生產(chǎn)的要求，變頻器的型式和電動機的種類，會出現(xiàn)多種多樣 的變頻調速控制方案。 6 極變頻電動機 設計 8 圖 21 晶閘管 SPWM 型逆變器 過載斷路開關電路在逆變器正常工作時，導通 VT11， VTl2 處 于截止狀態(tài)，電容 Cp 充滿電，極性為上正下負。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。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。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。 晶閘管 SPWM 逆變器同樣可以使用各種脈寬調制方法。晶閘管 SPWM 型逆變器主電路如圖 2— 1 所示。我用 SPWM 變頻調速器。顯然輸出的電壓頻率不受電網(wǎng)頻率的影響 ,而是取決于逆變器的切換頻率。 交 直 交變頻器 交 直 交變頻器又稱逆變器。高性能的變頻器目前已經(jīng)要靠軟件來完成各種功能。 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。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。 中間直流環(huán)節(jié) 由于逆變器的負載為異步電機，屬于感性負載。最常見的結構形式是利用六個半導體主開關器件組成的三相橋式逆變器電路。 變頻器的基本結構 網(wǎng)側變流器 1 中間直流環(huán)節(jié) 負載側變流器 2 運行指令 整流器 電網(wǎng)側的變流器 1 是整流器，它的作用是把三相交流整流成直流電。 PWM 是英文Pulse Width Modulation(脈沖寬度調制 )縮寫，按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖寬度，以調節(jié)輸出量和波形的一種調值方式。 變頻器是利用電力半導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。因此，交流變頻調速已逐漸取代了過去的傳統(tǒng)滑差調速、變極調速、直流調速等調速系統(tǒng)，越來越廣泛的應用于冶金、紡織、印染、煙機生產(chǎn)線及樓宇、供水等領域。 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(nèi)可調 .用來控制電機的轉數(shù) .使轉數(shù)在一定的范圍內(nèi)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。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。 6 極變頻電動機 設計 5 第 2 章 變頻調速的基本原理 變頻調速的原理 我們知道，交流電動機的同步轉速表達式 為 [3]： n＝ 60 f(1－ s)/p (21) 式中 n——— 異步電動機的轉速； f——— 異步電動機的頻率； s——— 電動機轉差率； p——— 電動機極對數(shù)。 冗余設計。 高速度的數(shù)字控制。新型變頻器要求功率和控制元件具有高的集成度 ,其中包括智能化的功率模塊、緊湊型的光耦合器、高頻率的開關電源以及采用新型電工材料 制造的小體積變壓器、電抗器和電容器。對大容量變頻器 ,在常6 極變頻電動機 設計 4 規(guī)開關頻率下 ,可改變電路結構和控制方式 ,實現(xiàn)清潔電能的變換。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)側和負載側的諧波分量很少 ,以減少對電網(wǎng)的公害和電動機的轉矩脈動?；谥?能控制思想的控制策略 ,有模型控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡、專家系統(tǒng)和各種各樣的自優(yōu)化、自診斷技術等?；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)?。前者要解決與高壓大電流有關的技術問題和新型電力電子器件的應用技術問題 ,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 )。 5) 提高勞動生產(chǎn)率 ,降低能耗 ,節(jié)約生產(chǎn)成本。16 位、 32 位、 64位高速微處理器以及信號處理器 (ＤＳＰ )和專用集成電路(ＡＳＩＣ )技術的快速發(fā)展 ,為實現(xiàn)變頻器高精度、多功能化提供了硬件手段。 3) 控制理論、微電子技術的發(fā)展和制造工藝水平的提高。 2) 功率器件的發(fā)展。 6 極變頻電動機 設計 3 交流變頻調速的高速發(fā)展有以下特點 1) 市場的大量需求。我國則處于嘗試性階段。在交流調速領域內(nèi) ,同步電機調速將占壓倒性優(yōu)勢。在重點發(fā)展的 12 個專項電子產(chǎn)業(yè)的節(jié)能電子專項中提出 :“重點發(fā)展電力電子器件、交流變頻調速裝置??”“通過對 70%的水泵、風機等電動設施進行改造 ,實現(xiàn)年節(jié)電百億千瓦時”。同年 ,國務院國發(fā) (87)25 號 ,國家經(jīng)委 78 號文均規(guī)定 :“交流電機調速節(jié)電作為重點措施認真推廣 ”。在李鵬同志的指導下 ,我國于 1987 年就成立了“電力電子技術發(fā)展規(guī)劃組” ,下設綜合、器件、應用、情報等 4 個小組。目前已廣泛用于國民經(jīng)濟的各個領域 ,在眾多產(chǎn)品的生產(chǎn)中 ,除節(jié)約用電外 ,還能明顯提高產(chǎn)品質量及運行安全性。 在眾多的調速技術中 ,變頻調速之所以在能源危機中應運而生 ,是因為它能根據(jù)電機負載的變化實現(xiàn)自動、平 滑的增速和減速 ,從而大幅度的提高其工作效率。 4)實現(xiàn)自動化。 2)用精密、快速響應手段提高產(chǎn)品質量。 在各類調速方式中變頻調速技術是國內(nèi)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。如冶金自動化開發(fā)交流調速技術十多年 ,1993 年正式投入生產(chǎn)的包鋼扎6 極變頻電動機 設計 2 梁廠的 同步電機交變頻調速系統(tǒng)是國內(nèi)自行制造的容量最 大的一套 ,并在此基礎上為天津中板廠開發(fā)容量為 5MW 的數(shù)字控制的變頻調速系統(tǒng)。如我國冶金工業(yè)從上世紀 80 年代后半期起陸續(xù)引進10臺用于大型扎鋼機主傳動的交流調速系統(tǒng)以及大容量風機的調速和啟動裝置 ,在生產(chǎn)中運行良好 ,性能優(yōu)越節(jié)電效果顯著。因此 ,交流調速已成為節(jié)能方面的一項關鍵技術 ,它在工業(yè)中的應用將有廣闊的前景。因此 ,交流調速在電氣傳動領域中越來越占有重要的地位 ,它已成為機電一體化的電氣傳動技術。隨著電子技術和自動控制技術的迅速發(fā)展以及各種高性能電力電子元器件產(chǎn)品的出現(xiàn) ,歷來阻礙交流調速技術發(fā)展的一些因素相繼被克服 ,原直流調速系統(tǒng)領先的一些技術性能 ,如寬廣的調速范圍、較高的穩(wěn)速精度、快速的動態(tài)響應和四象限運行等方面 ,都能與直流調速系統(tǒng)相媲美。過去 ,由于直流調速系統(tǒng)的性能指標優(yōu)于交流調速系統(tǒng) ,因此直流調速系統(tǒng)一直在調速領域內(nèi)居首位。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。 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。 Frequency converter supply power design characteristic to exchange electrical machinery。 關鍵詞：變頻電機、變頻器、諧波、電磁設計及分析 6 極變頻電動機 設計 II Design of 6 frequency conversion electrical machinery Abstract: With the development of science and technology, the latest technology have been used to design about motor product . digi