【正文】 意義。 7. 6月 11日至 6月 14日 ： 畢業(yè)設計 成績評定。 5. 6月 1日至 6月 7日 ：指導老師評閱、電子文檔上傳 FTP。 1） 4月 6日 4月 19日 ： 完成變頻器和變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本原理的分析； 2） 4月 20日 5月 3日 ： 完成變頻調(diào)速電機的原理及結構分析； 3） 5月 4日 5月 17日 ： 完成變頻調(diào)速電動機的電磁設計。 3. 3月 23日至 4月 5日：畢業(yè)實習 、撰寫實習報告 。 二、 進度安排及完成時間： 1． 2月 23日至 3月 15日： 查閱資料；撰寫文獻綜述和開題報告 ； 確定總體方案。畢業(yè)設計中要求學生熟悉及掌握該技術領域的相關知識，通過畢業(yè)設計為學生今后的工作打下良好的基礎。 畢 業(yè) 設 計 題 目： YVF OOL4 型 三 相 交 流 變 頻 電 動 機 設 計 與 結 構 分 析 院： 電 氣 信 息 學 院 專業(yè)： 電氣工程及其自動化 班級： 電氣工程 學號： 學生姓名： 導師姓名： 彭 曉 完成日期： 2021 年 6 月 誠 信 聲 明 本人聲明： 本人所呈交的畢業(yè)設計（論文）是在老師指導下進行的研究工作及取得的研究成果； 據(jù)查證，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，畢業(yè)設計（ 論文）中不包含其他人已經(jīng)公開發(fā)表過的研究成果，也不包含為獲得其他教育機構的學位而使用過的材料； 我承諾，本人提交的畢業(yè)設計（論文）中的所有內(nèi)容均真實、可信。 作者簽名： 日期： 年 月 日 畢業(yè)設計（論文）任務書 題目： YVF OOL4型三相交流變頻電動機設計與結構分析 姓名 學院 電氣信息學院 專業(yè) 電氣工程及其自動化 班級 電氣工程 學號 指導老師 彭 曉 職稱 教 授 教研室主任 謝 衛(wèi) 才 一、 基本任務及要求： 交流變頻調(diào) 速電動機在工業(yè)領域有廣泛的用途。 設計的主要內(nèi)容如下： 1．分析各類調(diào)速方法，特點及基本原理； 2．基本掌握變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的實現(xiàn)，系統(tǒng)分析； 3．熟悉變頻調(diào)速電動機工作原理，結構及應用； 4．完成一臺變頻調(diào)速電動機的電磁設計。 2. 3月 16日至 3月 22日： 完成分析各類調(diào)速方法、特點 。 4． 4月 6日 5月 17日 ： 畢業(yè)設計。 4. 5月 18日至 5月 31日： 撰寫畢業(yè)設計論文 。 6. 6月 8日至 6月 10日：畢業(yè)設計 答辯 。 8. 6月 15日至 6月 19 日 ： 畢業(yè)設計 資料歸檔 。分析了各種交流調(diào)速方法，得出變頻調(diào)速是目前最理想的交流調(diào)速方法的結論。研究了變頻電機的機械特性，分析變頻電源中的諧波對電機損耗和效率的影響。并討論了不同頻率時變頻電機主要參數(shù)的變化情況。其中許多機械有調(diào)速的要求：如車輛、電梯、機床、造紙機械、紡織機械等等，為了滿足運行、生產(chǎn)、工藝的要求需要調(diào)速；另一類設備如風機，水泵等為了減少運行損耗，節(jié)約電能也需要調(diào)速。所以采用交流電動機調(diào)速，因為它結構簡單，制造方便，價格低廉，而且堅固耐用，慣量小，運行可靠，很少需要維護，可用于惡劣環(huán)境。 它既能在寬廣的范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速，而且可以獲得良好的超動和運行特性。在我國為實現(xiàn) 2021年奮斗目標而必須進行結構調(diào)整、實現(xiàn)經(jīng)濟增長方式轉(zhuǎn)變中，節(jié)能降耗是實現(xiàn)少投入、高效益的重要途徑。同時，也要看到變頻調(diào)速器在我國巨大市場潛力。從國外情況看，變頻器生產(chǎn)已成為一些國家的先導產(chǎn)業(yè)。交流調(diào)速傳動的客觀發(fā)展趨勢已表明，它完全可以和直流傳動相媲美、相抗衡，并有取代的趨勢。它建立在控制技術、電子電力技 術、微電子技術三相交流變頻電動機設計與結構分析 2 和計算機技術的基礎上。 近十多年來，中國政府致力于推廣電動機調(diào)速技術，各行各業(yè)都在一定程度上采用了電動機調(diào)速。在目前 4 億 kW的電機負載中，約有 50%是負載變動的，其中的 51%可以通過電機調(diào)速解決其負載變動問題。根據(jù)以上內(nèi)容可以了解，交流調(diào)速電機對提高電氣傳動系統(tǒng)的運行性能和節(jié)約能源具有重要意義。 交流電機調(diào)速作為節(jié)約能源的一個重要手段，理應受到足夠的重視。深入了解交流傳動與控制技術的走向，具有十分積極的意義． 本課題的主要任務 簡單的敘述了交流變頻調(diào)速電動機的意義。介紹了交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本原理、構成，其中包括變頻器的工作原理，變頻器控制策略和調(diào)速控制方式和交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的特點。探討了 適合變頻調(diào)速系統(tǒng)的電機電磁設計的主要尺寸公式。 三相交流變頻電動機設計與結構分析 3 第 2 章 變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本原理 在生產(chǎn)機械中廣泛使用不改變同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法有繞線式電動機的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、斬波調(diào)速、串級調(diào)速以及應用電磁轉(zhuǎn)差離合器、液力偶合器、油膜離合器等調(diào)速方法。 交流調(diào)速技術的類別 三相異步電動機轉(zhuǎn)速公式為： n=60f/p(1s) （ 21） 從上式可見，改變供電頻率 f、電動機的極對數(shù) p 及轉(zhuǎn)差率 s 均可達到改變轉(zhuǎn)速的目的。 本方法適用于不需要無級調(diào)速的生產(chǎn)機械，如金屬切削機床、升降機、起重設備、風機、水泵等。大部分轉(zhuǎn)差功率被串入的附加電勢所吸收，再利用產(chǎn)生附加的裝置，把吸收的轉(zhuǎn)差功率返回電網(wǎng)或轉(zhuǎn)換能量加以利用。 本方法適合于風機、水泵及軋鋼機、礦井提升機、擠壓機上使用。變頻調(diào)速系統(tǒng)主要設備是提供變頻電源的變頻器，變頻器可分成交流－直流－交流變頻器和交流－交流變頻器兩大類，目前國內(nèi)大都使用交－直－交變頻器。 本方法適用于要求精度高、調(diào)速性能較好場合。串入的電阻越大，電動機的轉(zhuǎn)速越低。屬有級調(diào)速，機械特性較軟。由于電動機的轉(zhuǎn)矩與電 壓平方成正比，因此最大轉(zhuǎn)矩下降很多，其調(diào)速范圍較小，使一般籠型電動機難以應用。為了擴大穩(wěn)定運行范圍，當調(diào)速在 2： 1 以上的場合應采用反饋控制以達到自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速目的。晶閘管調(diào)壓方式為最佳。 電磁調(diào)速電動機調(diào)速方法 電磁調(diào)速電動機由籠型電動機、電磁轉(zhuǎn)差離合器和直流勵磁電源（控制器）三部分組成。電磁轉(zhuǎn)差離合器由電樞、磁極和勵磁繞組三部分組成。電樞與電動機轉(zhuǎn)子同軸聯(lián)接稱主動部分，由電動機帶動；磁極用聯(lián)軸節(jié)與負載軸對接稱從動部分。當電樞隨拖動電動機旋轉(zhuǎn)時，由于電樞與磁極間相對運動，因而使電樞感應產(chǎn)生渦流，此渦流與磁通相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，帶動有磁極的轉(zhuǎn)子按同一方向旋轉(zhuǎn)，但其轉(zhuǎn)速恒低于電樞的轉(zhuǎn)速 1N ，變動轉(zhuǎn)差離合器的直流勵磁電流，便可改變離合器的輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。 本方法適用于中、小功率，要求平滑動、短時低速運行的生產(chǎn)機械。殼中充入一定量的工作液體，當泵輪在原動機帶動下旋轉(zhuǎn)時，處于其中的液體受葉片推動而旋轉(zhuǎn)，在離心力作用下沿著泵輪外環(huán)進入渦輪時，就在同一轉(zhuǎn)向上給渦輪葉片以推力，使其帶動生產(chǎn)機械運轉(zhuǎn)。在工作過程中，改變充液率就可以改變耦合器的渦輪轉(zhuǎn)速，作到無級調(diào)速，其特點為： 1） 功率適應范圍 大，可滿足從幾十千瓦至數(shù)千千瓦不同功率的需要； 2） 結構簡單，工作可靠，使用及維修方便，且造價低； 3） 尺寸小， 容量 大； 4） 控制調(diào)節(jié)方便，容易實現(xiàn)自動控制。 現(xiàn)在變頻調(diào)速產(chǎn)業(yè)逐漸壯大，是主流的調(diào)速方式。 變頻器的基本原理 （一） 變頻器的內(nèi)部結構 三相交流變頻電動機設計與結構分析 6 變頻器實際上就是一個逆變器 。 然后用電子元件對直流電進行開關 。 一般功率較大的變頻器用可控硅 。 使頻率在一定范圍內(nèi)可調(diào) 。 使轉(zhuǎn)數(shù)在一定的范圍內(nèi)可調(diào) 。 變頻器不僅調(diào)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。一般分為整流電路、平波電路、控制電路、逆變電路等幾大部分。整流電路一般都是單獨的一塊整流模塊 。 3. 控制電路 現(xiàn)在變頻調(diào)速器基本系用 16位、 32位單片機或 DSP 為控制核心，從而實現(xiàn)全數(shù)字化控制。提供控制信號的回路稱為主控制電 路，控制電路由以下電路構成 :頻率、電壓的 “ 運算電路 ” ，主電路的 “ 電壓、電流檢測電路 ” ，電動機的 “ 速度檢測電路 ” 。 變頻器采取的控制方式，即速度控制、轉(zhuǎn)拒控制、 PID 或其它方式 。從而可以在輸出端 U、 V、 W 三相上得到相位互差 120176。 （二） 交～直～交間接變頻的變頻器基本原理 變頻器 的類型很多，總的來看有三種： ～交直接變頻的變頻器，它是把頻率固定的交流電源直接變換成頻率可調(diào)的交流電源； ～直～交間接變頻的變頻器。它由主電路和控制電路兩部分組成。交～直部分是把頻率固定的交流電變?yōu)橹绷鳎薄徊糠钟职阎绷麟娮優(yōu)榻涣鳌? 電壓型的變頻器由整流器、濾波器、逆變器組成 。逆變的原理是由逆變管構成一定結構的電路，由控制電器按照一定的規(guī)律來控制逆變管的導通與截止。控制電路的功能是向變頻器主電路提供各種控制信號。 變頻器在變頻時有時還要改變電壓。 根據(jù)電動機定子電勢有效值公式 E1==KEf1Φm （ 22） 在頻率 f1改變時 ,要保持 m? 不變，則必須在調(diào)頻的同時調(diào)節(jié)電勢 E1；即讓 E1/ f1 = 常數(shù) 。此時 m? 可基本不變， m? ≈常數(shù) 。 基本上有兩種調(diào)壓方法：一種是脈幅調(diào)制“ PAM” ，即在調(diào)節(jié)輸出頻率的同時，調(diào)節(jié)逆變器前一級的直流電壓，以改變逆變器輸出電壓的幅值；另一種是脈寬調(diào)制“ PWM”， 即在調(diào)節(jié)輸出頻率的同時調(diào)節(jié)輸出電壓的占空比 ? ( ? ?1 1 2/t t t? ?? t1是脈沖的寬度， t2是兩脈沖間的間隔寬度 )，但上述兩種輸出電壓和電流的 波形都非正弦波。 變頻器控制策略和調(diào)速控制方式 目前的變頻器雖然種類繁多，控制方式多種多樣，但功能上卻基本類似。 三相交流變頻電動機設計與結構分析 8 1. U/f 恒定控制基本特性