四極變頻電機設計正文終稿畢業論文-資料下載頁

　　

【正文】 同的、條件下，增加便可減小，若維持一定軛部磁通密度，則可減小定子及轉子的軛部高度。故在相同的下，增大可減小定子外徑，節省硅鋼片及機座材料、減輕重量、減小加工工時。同時，由于轉子軛部厚度減薄，減輕了轉子重量，因此減小了轉子轉動慣量，改善了動態性能。此外，由于轉子與轉軸之間距離的增加，可增大轉子通風孔的面積，改善通風散熱條件。 (4)在允許的功率管最大電流條件下，電動機的最大轉矩，因此在一定的下增加極對數，可減小氣隙，使勵磁電流減小、功率因數提高。但由于機械結構及工藝水平的限制，有一定的下限值，因而也就有一定的上限值。 (5)若較大，則逆變器功率管換流次數增加，使功率管換流損耗增加。此外，由于換流頻率的增加，也增加了定子齒部及軛部的損耗。由于以上兩因素的制約，因此的取值也有一定的上限。 (6)但也不能太小，若取=l，由于二極電動機定轉子軛高度增加，使電動機外徑及中心高增大，重量增加。此外，由于兩極電動機定子嵌線時位置的限制，定子繞組必須采用較短節距的繞組。這樣，一方面電動機材料得不到充分利用，另一方面繞組會產生較多份量的空間高次諧波，這就使得在變頻電源供電下，已經有較大份量時間高次諧波的變頻電動機的損耗、噪聲、脈動轉矩和噪聲等問題更嚴重和復雜。因此，在一般情況下，對于變頻電動機盡量取1。如最高轉速為3000r/min，則宜選用=2，100Hz頻率。 綜上所述，變頻調速電動機極對數不宜取=1，也不宜太大，即不宜大于4(只有少數容量較大，最高轉速較低的電動機才取=4)。通常變頻調速電動機極對數選2或3。中小型變頻變壓調速異步電動機在部級標準規范中統一定為=2。 此外還應指出的是，極對數的選擇還與逆變器類型有關。一般說來，對電壓型逆變器供電的電動機，應選較小的極對數；對電流型逆變器供電的電動機，應選較大的極對數。例如，一臺700kW電壓型異步牽引電動機，所選極對數=3；而另一臺容量比之小得多(80kW)的電流型異步牽引電動機，其極對數也取=3。(一)各種諧波轉矩及其對電動機的影響由于電流中諧波磁場的存在，不僅會在電動機中產生一系列諧波損耗，影響效率和溫升，還會產生一系列諧波轉矩。這些諧波轉矩分為兩類：一類是大小和方向不變的恒定諧波轉矩；另一類是交變諧波轉矩。當電動機端電壓中有種電壓波時，就形成了個轉矩，其中包括一個基波轉矩、(—1)個恒定諧波轉矩和()個交變諧波轉矩。 1．恒定諧波轉矩恒定諧波轉矩，是由氣隙諧波磁通和由它感應出的轉子諧波電流相互作用而產生的。其產生原理與定轉子基波磁通及電流產生基波轉矩的原理相同。其結果是：11……次恒定諧波轉矩反轉，11……次恒定諧波轉矩正轉。這兩類正反轉諧波轉矩相互抵消后，僅剩一個很小的反向轉矩，使異步電動機轉矩略有減小，對電動機運行影響不大。2．交變諧波轉矩交變諧波轉矩，是由氣隙磁通波與該磁通波次數不同的轉子諧波電流相互作用產生的。每一氣隙諧波磁通，均可和與它次數不同的任一次轉子諧波電流作用產生一交變諧波轉矩。但主要的交變諧波轉矩是由基波磁通，與113次轉子諧波電流相互作用產生的。由于磁通波次數與轉子諧波電流次數不同，所 以轉矩的方向半周內為正，另半周內為負，轉矩是交變的，因而一周內的平均值為零。 諧波轉矩對異步電動機正常運行雖然影響不大，但在基波頻率很低的情況下，當換流頻率過低時，異步電動機的轉矩會產生換流頻率下的劇烈脈動。這種由于在兩次換流之間轉子電流過分衰減而造成的脈動轉矩，會使電動機的轉速發生一連串的步進現象。當傳動系統的機械慣性較小時，尤其如此。因此，低頻下的轉矩脈動使電動機的最低轉速有一個下限，這就縮小了電動機的調速范圍。此外，諧波及其轉矩還產生振動和噪聲。因此為了減小電動機中的諧波轉矩，必須在電動機設計時采取一些特殊措施。 (二)軸電壓產生的原因、對電動機的影響及防止對策在一定條件下電動機的轉子軸與軸端之間，或軸與軸承(大地)之間會有軸電壓產生。這種情況在工頻電源供電時很少發生。但在變頻電源供電情況下，由于高次諧波的影響，軸 圖3—3 轉子閉口及特殊槽形電壓產生的機會則有增加 圖3—3 轉子閉口及特殊槽形的趨向。軸電壓隨著頻率的增加而增加，軸與軸端間或軸與軸承之間的軸電壓如超過允許值時，則油膜或潤滑脂因軸電壓通人使之遭到破壞，最終使軸或軸承受損傷。1．由于磁不對稱產生軸電壓 磁不對稱引起的軸電壓，系因磁阻不對稱引起交鏈交變磁通而產生的，它在軸與軸端之間引起軸電壓。2．由于靜電感應產生軸電壓 由變頻電源供電時，輸出電壓中的脈動電壓通過靜電感應會使電動機軸與軸承之間產生軸電壓。特別是在變頻調速中采用脈沖電壓控制時，電動機的軸電壓將顯著增加。理論和實踐證明，電動機容量越大，軸電壓的值也就越大。因此容量越大的電動機，越要采取措施防止軸電壓。 由于轉子籠條與軸之間、軸與軸承之間均存在分布電容，就是通過分布電容的分壓作用，使軸對地間產生靜電感應軸電壓。3．變頻電源供電時的軸電壓經理論分析及實踐證明，變頻電源供電時的軸電壓有以下特點：1)與工頻正弦供電時相比，軸與軸間的軸電壓要大20％～50% 2)運行頻率增加，軸與軸間的軸電壓也增大。 3)與正弦工頻電源供電時一樣，軸與軸間的軸電壓基本與負載大小無關。 4)與工頻正弦電源供電相比，軸與大地之間的軸電壓增大100％～200％。4．對軸電壓的防止對策 1)對由磁不對稱引起的軸電壓的消除，主要從工藝結構上著手，在組裝上防止產生磁路的不平衡，也可采取在結構上斷開軸電流一部分回路的方法加以防止。 2)對于軸與軸承之間的軸電壓通常在軸承架內插入非磁性體，使磁路磁阻增加，或增加補償繞組，以降低磁通勢，減小磁通，防止軸電流。由于軸電流是在軸與軸承部分局部范圍內循環的，因此加強軸承金屬或軸承座的絕緣是毫無意義的。 3)抑制變頻電源中的高次諧波脈動成分。 4)中、大型電動機采用旁路電容接地。(三)浪涌電壓的產生及其對策 1．浪涌電壓的產生及危害 變頻電源的輸出電壓在換流時將與產生的浪涌電壓疊加，使電動機繞組絕緣承受較高的電壓。浪涌電壓的反復沖擊，加上浪涌電壓引起的電暈放電，會使電動機絕緣加速老化，壽命縮短。 浪涌電壓施加于線圈之間的負擔不均勻，電動機出線端附近線圈電壓分布集中，第一個線圈分擔達60％。 一般一臺400V的電壓級的電動機其允許的浪涌電壓的校準是： (3—31)式中 ——浪涌電壓的峰值； ——絕緣的允許值，其中，當取PAM型時，的取值范圍為2．5～25V/；當取PWM型時，的取值范圍為2000～3000V/。2．浪涌電壓的防止對策 1)從變頻電源內部來說，主要采取吸收或抑制的方法。通常采用吸收管，減振器及過電壓削波器等對浪涌電壓加以吸收或抑制。插入串聯電抗器也是防止浪涌電壓的一種方法。 2)對電動機內部來說，主要是在電動機設計時強化電動機絕緣，使其能最大限度地承受可能出現的浪涌電壓。 (五)其它特殊考慮 1)定子繞組采用多膠漆包圓線并繞，以減小定子集膚效應。 2)槽口采用磁性槽楔，以增加槽漏抗。 3)選擇合適的定轉子槽數配合，以減小電磁振動與噪聲。 4)轉子不用斜槽，以避免由于斜槽產生的漏磁通引起損耗。 5)對大容量電動機，在轉子導條采用銅條時，可采用換位措施以減小雜散損耗。 6)采用H或F級絕緣，提高電動機溫升等級。7)對氣隙長度進行優化選擇，以減低噪聲。第4章 變頻電機結構和電磁參數計算計算參數： 型號：YGP200L4 極數：4 功率：15KW 轉速:1440 功率因數： 額定電壓:220V 效率：1． 額定功率： 2． 額定電壓： 3． 功電流： 4． 效率：5． 功率因素：6． 極對數：7． 定轉子槽數 每相每極槽數取整數 則 并采用斜肩平底槽 9．確定電機電機主要尺寸 主要尺寸來確定和 計算功率 初選，由圖102可取，取，假定。 取 則 按定子內外徑比求出定子沖片外徑 取 鐵心的有效長度：10．氣隙的確定 轉子外徑轉子內徑： 11．極距 12．定子齒距 轉子齒距 13．節距y=814．為了削弱齒諧波磁場的影響，轉子采用斜槽，一般斜一個定子齒距，于是轉子斜槽寬 每槽導體數 初選定子電密，計算導線并繞根數和每根導線截面積的乘積。 其中定子電流初步估計值 18. 槽在面積 ，h=2mm,d=，槽絕緣占面積。 槽滿率 19 . 鐵芯長l鐵芯有效長 無徑向通風道 lgff =l+2g=200=凈鐵芯長 無徑向通風道 LFe =KFel==20. 繞組系數 其中 每相有效串聯導體數 預計轉子導條電流： 其中由表1010查出。 初步取轉子導條電密，于是導條的截面積： 導條截面積（轉子槽面積）估計端環電流 端環所需面積 其中 端環電密得端環所需面積為磁路計算22. 滿載電勢 初設 23. 每極磁通 為計算磁路各部分磁密，需先計算磁路中各部分的磁導截面24. 每極下齒部截面積 25. 定子軛部高度 轉子軛部高度26. 一極下空氣隙截面積 27. 波幅系數 29. 定子齒部磁密： 其中氣隙系數為 AT=ATT1+ATT2+ATC1+ATC2+ATg=++++=： 46. 線圈平均半匝長 雙層線圈 lc=lB+Kcτy=240+2lB= lt+2d1=240+220=240mmCS=τy/2cosa==τy =π[Dil+2(h0+h11)+h21+r21]β/p=π[205+3++]β/68/9=47．雙層線圈端部平均長 lE =2d1+ Kcτy=2+=48．漏抗系數4449．定子槽比漏磁導 λs1= Ku1λu1+KL1λL1=+=λu1=其中Ku1= KL1=50．定子槽漏抗 Xs1*=2m1pl′t1λs1 Cx/Z1 Kdp12lef= 20036Cx/54= Cx 51．定子諧波漏抗 == 其中S=10252．定子端部漏抗單層交叉式繞組的端部漏抗與分組的單層同心式繞組相近 則：==53．定子漏抗 Cx=（++）== 54．轉子槽比漏磁導 = =h/b2=， b1/b2=查表得λL=55．轉子槽漏抗 ==56．轉子諧波漏抗 == Cx 查表得R=57．轉子端部漏抗 XE2* == Cx58．轉子斜槽漏抗 ==59．轉子漏抗 =(+++)Cx= 60．總漏抗 = 61．定子直流電阻 R1===62．定子相電阻標幺值 R1*= == 63．有效材料 定子導線重量 =54341105= kg式中C為考慮導線絕緣和引線重量的系數，為導線密度 硅鋼片重量 GFe ==2902103= kg 式中為沖剪余量，取5103m64．轉子電阻導條電阻折算值 RB′=== 式中KB是疊片不整齊造成導條電阻增加的系數端環電阻折算值 RR′===導條電阻標幺值 RB*= == 端環電阻標幺值 RR*= == 轉子電阻標么值 R2* =RB* +RR*= 性能計算65. 滿載時定子電流有功分量標么值 I1p*= 66. 滿載時轉子電流無功分量標么值Ix*=* I1p*2[1+(* I1p*)2]=()2[1+()2] = =1+ == 67．滿載時定子電流無功分量標么值I1Q* =Im*+ Ix*=+= 68 滿載電勢標么值KE=1－=1－(I1p*R1 *+ I1Q* *)=1－(+)= 與22項初設值KE相符69. 空載時電勢標么值 1－=1－Im* *=1－ = 70. 空載