变频电机设计及调速系统的仿真

论文摘要

变频电机随着电力电子技术、微电子技术的快速发展而快速发展,并且采用“专用变频感应电机+变频器”的交流调速方式,正以其卓越的性能、可靠性和经济性,在调速领域中引导了一场取代传统调速方式的变革。本课题的变频电机电磁设计是以普通异步电机设计为依据,采用“近似解析法”,对变频电机定转子进行设计,同时考虑变频调速过程中输入电压电流多为非正弦波形中,含有大量的高次谐波,故在设计过程中,必须减小定转子的电阻,来降低定转子铜损耗,以弥补高次谐波带来的定转子杂散损耗,因此应在设计过程中对于定转子的电阻有关的电机尺寸,给予重点考虑。另外还要考虑电机定转子槽配合,槽型等变化产生的谐波磁场加深磁路饱和,必须把气隙宽度适当放宽,同时考虑高次谐波会加深磁路饱和,故变频电机主磁路一般设计成不饱和状态,同时为了提高电机在低频低速运行输出转矩,要适当提高变频器的输出电压。本课题设计过程中,应用了计算公式、经验公式,对高次谐波采用了傅里叶离散数学方法分析,对电机尺寸参数进行必要修正,根据最大磁通密度是否符合涉及范围要求,再进行技术方案的校正,最后整理得出一整套185kW变频牵引电机设计的方案。本课题变频电机设计完成后,必须对温升计算和通风设计进行考虑,受到输入电源的非正弦波形影响,通过增加电感对高次谐波抑制后,变频电机的温升比普通异步电机的温升高10%-20%,因此变频电机通风采用强制通风的形式,对电机温升做定性分析,并选用最优的风路设计。变频电机设计参数确定后,对其交流调速系统进行建模,并对其转速开环的恒压频比的变频调速系统进行模拟仿真,将仿真曲线进行整合,并对仿真结果做了分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 交流调速系统的优点
• 1.2 变频电机发展及国内外现状
• 1.3 变频电机发展前景及意义
• 1.4 课题设计的内容及规划
• 第二章 变频电机的谐波分析与影响
• 2.1 变频电机谐波问题的研究
• 2.1.1 电机气隙磁场的空间谐波
• 2.1.2 电机气隙磁场的时间谐波
• 2.2 谐波对变频电机的影响
• 2.2.1 空间谐波的影响
• 2.2.2 时间谐波的影响
• 2.3 本章小结
• 第三章 变频电机电磁结构设计
• 3.1 变频电机主要尺寸的确定
• 3.1.1 变频电机主要尺寸与电机容量的关系
• 3.1.2 变频电机主要尺寸合理选择
• 3.2. 变频电机定子设计
• 3.2.1 定子槽数的确定
• 3.2.2 定子槽形的确定
• 3.3. 变频电机转子设计
• 3.3.2 转子槽数的确定
• 3.3.3 转子槽形的确定
• 3.4 气隙的选择
• 3.5 本章小结
• 第四章 变频电机参数的计算
• 4.1 变频电机磁路的计算
• 4.1.1 主磁通的确定
• 4.1.2 气隙磁通密度及气隙安匝计算
• 4.1.3 齿部磁密及安匝计算
• 4.1.4 轭部磁密及安匝的计算
• 4.1.5 磁化电流及激磁电抗
• 4.2 定子绕组的电阻值及绕组的漏电抗计算
• 4.2.1 定子绕组的电阻值
• 4.2.2 定子绕组的槽漏抗、谐波漏抗与端部漏抗
• 4.3 转子电阻值及其漏电抗的计算
• 4.3.1 转子电阻的计算
• 4.3.2 转子漏电抗的计算
• 4.3.3 转子斜槽的作用及其参数的影响
• 4.5 变频电机功率因数,转差率,转矩参数的确定
• 4.6 变频电机结构工艺设计
• 4.7 变频电机185kW设计方案
• 4.8 本章小结
• 第五章 发热与冷却
• 5.1 电机温升理论
• 5.2 温升计算及风路的计算设计
• 5.2.1 电机温升计算
• 5.2.2 电机风路的计算设计
• 5.3 本章小结
• 第六章 变频电机调速系统的仿真
• 6.1 电机模型的调速原理图
• 6.2 变频电机的恒压频比的调速系统仿真
• 6.3 仿真结果与分析
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢