变频调速异步电机的设计与分析

论文摘要

近年来,随着电力电子技术的迅速发展,变频调速技术的应用也越来越广泛。然而,作为变频调速系统的执行机构—变频电机的设计还不成熟,许多设计和工艺问题还没有圆满解决,所以变频电机的设计与分析这一课题也引起了许多学者的关注。由于变频电机运行于不同的频率点,电机的效率、功率因数及损耗等性能参数也不同。本文以异步电动机等效电路为基础,分析了当电源频率改变时,电机定转子电阻、电抗等主要参数的变化规律。本文详细论述了变频调速异步电机中空间谐波和时间谐波的产生基理,分析了谐波对电机运行性能的影响及对绝缘系统的危害。由于变频电机的运行频率是可变的,随着运行频率的升高,铁心损耗所占的比重也越来越大,本文针对变频电机中的铁磁材料特性分析与建模、变频器供电时电机铁耗计算模型等问题做了系统的论述,并通过理论分析与试验验证,提出了谐波铁耗的修正系数,大大提高了变频电机铁耗的计算精度。本文从传统异步电机的设计特点入手,指出了变频电机与传统异步电机在设计上的不同之处。接着对变频电机的设计特点做了详细分析,具体讨论了变频电机的额定点确定方法及主要尺寸的选取;说明了电机定、转子槽数选择和槽形的设计特点,分析了变频电机的槽形尺寸对运行性能的影响;研究了变频器驱动下异步电机的绝缘结构设计及电磁负荷的确定方法。根据变频电机的设计思想,设计了一台1.5KW/380V,基准频率150Hz的变频调速三相异步电动机,并对其进行了试验与分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及其研究目的和意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 目的及意义
• 1.2 变频调速技术的发展现状
• 1.3 变频调速异步电机在国内外研究现状
• 1.3.1 变频器供电对异步电机的影响
• 1.3.2 变频调速异步电机在国内外研究现状
• 1.4 本论文的主要工作及研究内容
• 第2章 变频调速异步电机的运行原理与特性分析
• 2.1 变频调速的主要工作原理
• 2.2 异步电动机的等效电路分析
• 2.3 变频调速异步电机的参数分析
• 2.3.1 变频调速异步电机的基本参数分析
• 2.3.2 变频电机的转矩特性分析
• 2.4 变频电机的机械特性分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 变频调速异步电机的谐波分析与铁耗研究
• 3.1 异步电机的谐波分析
• 3.1.1 异步电机气隙磁场中的空间谐波
• 3.1.2 变频电机气隙磁场中的时间谐波
• 3.2 变频调速异步电机的时间与空间谐波
• 3.3 谐波对异步电机的影响
• 3.3.1 谐波对电动机效率的影响
• 3.3.2 谐波对转矩的影响
• 3.3.3 谐波对电磁噪声及绝缘系统的影响
• 3.4 变频调速异步电机的铁耗分析
• 3.4.1 铁磁材料分析
• 3.4.2 变频器供电时谐波对铁耗的影响
• 3.4.3 变频调速异步电机铁心损耗计算的谐波分析法
• 3.4.4 铁耗实验分析与比较
• 3.5 本章小结
• 第4章 变频调速异步电机的设计研究
• 4.1 传统异步电机的设计特点及其局限性
• 4.2 变频调速异步电机的设计特点
• 4.2.1 变频电机基准点的设计
• 4.2.2 变频电机的容量设计及极对数的确定
• 4.3 变频电机的参数设计
• 4.3.1 变频电机主要尺寸设计
• 4.3.2 转子尺寸设计
• 4.4 变频电机的转子槽形和阻抗设计
• 4.4.1 转子槽形设计
• 4.4.2 定转子绕组阻抗的确定
• 4.5 变频电机的绝缘及电磁负荷设计
• 4.5.1 绝缘结构设计
• 4.5.2 电磁负荷的确定
• 4.6 本章小结
• 第5章 变频调速异步电动机设计及实例分析
• 5.1 ZF150—150 变频调速三相异步电动机的设计
• 5.1.1 变频调速异步电动机的主要尺寸设计
• 5.1.2 变频调速异步电机的电磁设计
• 5.2 样机性能分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 附录1 攻读学位期间获得的研究成果
• 附录2 致谢