三相異步電機變頻調(diào)速畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢業(yè)論文設(shè)計</b></p><p>　　系部 機電學院 </p><p>　　專業(yè) 機電一體化技術(shù) </p><p>　　題目 三相異步電機變頻調(diào)速

2、 </p><p>　　指導教師 </p><p>　　評閱教師 </p><p>　　完成時間： 2012年 4 月 23日 </p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(論文)

3、中文摘要</p><p>　　題目：三相異步電機變頻調(diào)速</p><p>　　摘要：原理是當定子三繞組通三相對稱電流后，定轉(zhuǎn)子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，根據(jù)右手定則，轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應電動勢，由于繞組是閉合的，所以產(chǎn)生感應電流，根據(jù)左手定則，轉(zhuǎn)子繞組相當于空間繞組，進而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)距， 合成磁轉(zhuǎn)距大于阻轉(zhuǎn)距時，電機起動</p><p>　　重點是三相異步電動機變頻調(diào)速，一方面當F1

4、＜Fn時，為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，轉(zhuǎn)矩不變，額定轉(zhuǎn)速降低，增大起動轉(zhuǎn)矩T，另一方面當F1＞Fn時，為恒功率調(diào)速，調(diào)速前后功率不變，額定轉(zhuǎn)速升高，減小啟動轉(zhuǎn)矩T。變頻調(diào)速可以實現(xiàn)寬范圍內(nèi)的平滑調(diào)速，變頻調(diào)速電機以簡單的結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的調(diào)速性能、較高的調(diào)速比，應用越來越廣泛</p><p>　　關(guān)鍵字：恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速;恒功率調(diào)速;三相異步電動機</p><p>　　Graduation design (Thes

5、is) Chinese abstract</p><p>　　Title: three-phase asynchronous motor variable frequency speed regulating</p><p>　　Abstract: the principle is when the stator windings of three symmetrical three-ph

6、ase current, rotor rotating magnetic field is generated, according to the right hand rule, the rotor winding to generate induced electromotive force, due to the winding is closed, so the induction current is generated, a

7、ccording to the left hand, the rotor winding is equivalent to the space winding, thereby generating electromagnetic torque, synthesis of magnetic torque greater than resistance torque, motor starting</p><p>

8、　　Focus is the three-phase asynchronous motor variable frequency speed control, hand when F1 < Fn, as the constant torque speed, torque constant, rated speed is reduced, increase the starting torque of T, on the other

9、 hand, when F1>Fn, for constant power speed regulation, speed regulation and constant power, rated speed rise, reduce the starting torque T. The variable frequency speed control can be achieved over a wide range of av

10、erage speed regulation, frequency conversion speed regulating motor </p><p>　　Keywords: constant torque control; constant power; three-phase asynchronous motor</p><p><b>　　目錄</b><

11、/p><p>　　1.三相異步電動機的基本原理4</p><p>　　1.1電動機的結(jié)構(gòu)及原理4</p><p><b>　　1.1.1結(jié)構(gòu)4</b></p><p>　　1.1.2工作原理7</p><p>　　2.電動機的調(diào)速指標7</p><p>　　3.異步機

12、的變頻調(diào)速9</p><p>　　3.1 f1＜ fN時，要保持=常數(shù)9</p><p>　　3.2 f1＞fN時，要保持U1=UN常數(shù)10</p><p>　　4.具體調(diào)速的設(shè)計11</p><p>　　5.結(jié) 論12</p><p>　　6.設(shè) 計 體 會12</p><p&g

13、t;　　主要參考文獻：13</p><p>　　1.三相異步電動機的基本原理</p><p>　　當定子三繞組通三相對稱電流后，定轉(zhuǎn)子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，根據(jù)右手定則，轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應電動勢，由于繞組是閉合的，所以產(chǎn)生感應電流，根據(jù)左手定則，轉(zhuǎn)子繞組相當于空間繞組，進而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)距， 合成磁轉(zhuǎn)距大于阻轉(zhuǎn)距時，電機起動。</p><p>　　1.1電動機的結(jié)構(gòu)及原理<

14、;/p><p><b>　　1.1.1結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　三相異步電動機的種類很多，可是三相異步電動機結(jié)構(gòu)基本是相同的，它們都由定子和轉(zhuǎn)子這兩大基本部分組成，在定子和轉(zhuǎn)子之間具有一定的氣隙。此外，還有端蓋、軸承、接線盒、吊環(huán)等其他附件</p><p><b>　　結(jié)構(gòu)如下圖：</b></p><

15、;p>　　圖1-1-1-1 封閉式三相籠型異步電動機結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　1—軸承；2—前端蓋；3—轉(zhuǎn)軸；4—接線盒；5—吊環(huán)；6—定子鐵心；</p><p>　　7—轉(zhuǎn)子；8—定子繞組；9—機座；10—后端蓋；11—風罩；12—風扇</p><p><b>　　(1)、定子</b></p><p>　　定子

16、鐵芯:導磁和嵌放定子三相繞組:0.5mm硅鋼片沖制涂漆疊壓而成;內(nèi)圓均勻開槽;槽形有半閉口、半開口和開口槽三種：適用于不同電機。</p><p>　　定子繞組：定子繞組是三相電動機的電路部分，三相電動機有三相繞組，通入三相對稱電流時，就會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。三相繞組由三個彼此獨立的繞組組成，且每個繞組又由若干線圈連接而成。每個繞組即為一相，每個繞組在空間相差120°電角度。線圈由絕緣銅導線或絕緣鋁導線繞制。中

17、、小型三相電動機多采用圓漆包線，大、中型三相電動機的定子線圈則用較大截面的絕緣扁銅線或扁鋁線繞制后，再按一定規(guī)律嵌入定子鐵心槽內(nèi)。定子三相繞組的六個出線端都引至接線盒上，首端分別標為U1, V1, W1 ，末端分別標為U2, V2, W2 。這六個出線端在接線盒里的排列如圖4.3所示，可以接成星形或三角形。 </p><p>　?。╝）星形連接 （b）三角形連接</p&

18、gt;<p>　　圖1-1-1-2 定子繞組的聯(lián)結(jié)</p><p>　　機座：支撐和固定作用;鑄鐵或鋼板焊接。 </p><p><b>　　(1)、轉(zhuǎn)子</b></p><p><b>　?、俎D(zhuǎn)子鐵心</b></p><p>　　轉(zhuǎn)子鐵心是用0.5mm厚的硅

19、鋼片疊壓而成，套在轉(zhuǎn)軸上，作用和定子鐵心相同，一方面作為電動機磁路的一部分，一方面用來安放轉(zhuǎn)子繞組。</p><p><b>　?、谵D(zhuǎn)子繞組</b></p><p><b>　　一般多為以下兩種：</b></p><p>　　銅排轉(zhuǎn)子 鑄鋁轉(zhuǎn)子<

20、;/p><p><b>　　1.1.2工作原理</b></p><p>　　三相異步電動機的工作原理可以簡述如下：定子三項電壓U1產(chǎn)生定子三相電流I1，三項電流通過定子三相繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，由于轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場存在相對運動，在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生了感應電動勢E2.由于轉(zhuǎn)子繞組是閉合的，因而產(chǎn)生了感應電流I2，I2與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生了電磁轉(zhuǎn)矩T，從而使轉(zhuǎn)子拖動生產(chǎn)機械以轉(zhuǎn)速n運

21、轉(zhuǎn)。這一工作過程可以表示成下圖：</p><p>　　圖1-1-2 三相異步電動機的工作原理圖</p><p>　　2.電動機的調(diào)速指標</p><p>　　調(diào)速就是在一定的負載下，根據(jù)生產(chǎn)的需要人為的改變電動機的轉(zhuǎn)速。這是生產(chǎn)機械經(jīng)常向電動機提出的要求。調(diào)速性能的好壞往往影響到生產(chǎn)機械的工作效率和生產(chǎn)質(zhì)量。</p><p><b>

22、;　　調(diào)速范圍</b></p><p>　　電動機在滿載（電流為額定值）情況下所能得到的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比稱為調(diào)速范圍，用D表示，即D=N-max：N-min</p><p><b>　　調(diào)速方向</b></p><p>　　調(diào)速方向指調(diào)速后的轉(zhuǎn)速比原來的額定轉(zhuǎn)速（基本轉(zhuǎn)速）高還是低。若比基本轉(zhuǎn)速高，稱為往上調(diào)，比基本轉(zhuǎn)速低，稱

23、為往下調(diào)。</p><p><b>　?、牵{(diào)速的平滑性</b></p><p>　　調(diào)速的平滑性由一定調(diào)速范圍內(nèi)能達到的轉(zhuǎn)速級數(shù)來說明。級數(shù)越多，相鄰兩轉(zhuǎn)速的差值越小，平滑性越好。如果轉(zhuǎn)速只能跳躍式地調(diào)節(jié)，例如只能從3000r/min一下調(diào)節(jié)到500r/min，再又調(diào)節(jié)到1000r/min等，兩者中間的轉(zhuǎn)速無法得到，這種調(diào)速稱為有級調(diào)速。如果在一定的調(diào)速范圍內(nèi)的任何

24、轉(zhuǎn)速都可以得到則稱為無級調(diào)速。無級調(diào)速的平滑性當然比有級調(diào)速好。</p><p>　　平滑的程度可以用相鄰兩轉(zhuǎn)速之比來衡量，稱為平滑系數(shù)。即</p><p><b>　　σ=ni/ni-1</b></p><p>　　σ越接近于1，平滑性越好。無級調(diào)速時σ=1，平滑性最好。</p><p><b>　　調(diào)速的穩(wěn)

25、定性</b></p><p>　　調(diào)速的穩(wěn)定性是用來說明電動機在新的轉(zhuǎn)速下運行時，負載變化而引起轉(zhuǎn)速變化的程度，通常用靜差率來表示。其定義為：在某一機械特性運行時，電動機由理想空載到滿載時的轉(zhuǎn)速差與理想空載轉(zhuǎn)速之百分比，即</p><p>　　δ=（n0-nf）/n0*100%</p><p>　　δ越小，穩(wěn)定性越好。</p><p&

26、gt;　　靜差率與機械特性的硬度有關(guān)。機械特性的硬度的定義為</p><p>　　α=|d T/ d n| ≈ Δ T／Δ n</p><p>　　α越大，轉(zhuǎn)矩變化時，n變化的程度就越小，機械特性就越硬，靜差率δ就越小，穩(wěn)定性就越好。靜差率還與理想空載轉(zhuǎn)速n0的大小有關(guān)。</p><p>　　生產(chǎn)機械在調(diào)速時，為保持一定的穩(wěn)定性會對靜差率提出一定的要求。</p

27、><p>　　靜差率還會對調(diào)速范圍起到制約的作用，因為如果調(diào)速時所得到的最低轉(zhuǎn)速下的δ太大，則該轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性太差，邊難以滿足生產(chǎn)機械的要求。</p><p><b>　　⑸調(diào)速的經(jīng)濟性</b></p><p>　　這要由調(diào)速時的初期投資，調(diào)速后的電能消耗以及各種運行費用的多少來說明。</p><p><b>　?、?/p>

28、調(diào)速時允許負載</b></p><p>　　電動機在各種不同轉(zhuǎn)速下滿載運行時，如果允許輸出的功率相同，則這種調(diào)速方法稱為恒功率調(diào)速；如果允許輸出的轉(zhuǎn)矩相同，則這種調(diào)速方法稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。對于三相異步電動機來說，</p><p>　　n=（1-s）n0=（1-s）*60f1/p</p><p>　　所以三相異步電動機的調(diào)速方法課分為兩大類：一類是通過改變同

29、步轉(zhuǎn)速n0來改變轉(zhuǎn)速n，具體方法有變極調(diào)速（改變p）和變頻調(diào)速（改變f1）；另一類是通過改變轉(zhuǎn)差率s來實現(xiàn)調(diào)速，這就需要讓電動機從固有特性上運行改為人為特性上運行。</p><p>　　3.異步機的變頻調(diào)速</p><p>　　3.1 f1＜ fn時，要保持=常數(shù)</p><p><b>　　（a）f1＜fn時</b></p>&

30、lt;p>　　準確的說，=常數(shù)，才能保持Φm不變。隨著f1的降低，U1的講笑，漏阻抗電壓的作用越明顯，所以在實際變頻調(diào)速中，隨著f1的降低，要適當提高值，對漏阻抗電壓進行適當?shù)难a償。</p><p>　　3.2 f1＞fn時，要保持U1=UN常數(shù)</p><p>　　變頻調(diào)速的主要性能如下：</p><p>　　調(diào)速方向既可往上調(diào)，也可往下調(diào)。</p&g

31、t;<p>　　平滑性好，可實現(xiàn)無級調(diào)速。</p><p>　　調(diào)速的穩(wěn)定性好，機械特性的工作段基本平行，硬度大，靜差率小。</p><p><b>　　調(diào)速范圍廣。</b></p><p>　　調(diào)速的經(jīng)濟性方面，初期投資大，需要專用的變頻裝置。但運行費用不大。</p><p>　　調(diào)速時的允許伏在分析如下

32、：</p><p>　　f1＜fn時為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速</p><p>　　由于f1＜fn時，=常數(shù)，Φm基本不變，因此各種轉(zhuǎn)速下的滿載轉(zhuǎn)矩T=CTΦmI2Ncosψ2基本不變。</p><p>　　f1＞fn時為恒功率調(diào)速</p><p>　　由于f1＞fn時，U1=常數(shù)，在各種轉(zhuǎn)速下的滿載轉(zhuǎn)矩T=CTΦmI2Ncosψ2基本上與轉(zhuǎn)速n成反比，兩

33、者的成績基本不變，允許的輸出功率基本不變</p><p><b>　　4.具體調(diào)速的設(shè)計</b></p><p>　　已知PN=1000W，n0=3000r/min, n=2930r/min, αMT=2.2</p><p><b>　　由額定值可求得</b></p><p>　　所以，頻率為50H

34、z，U1=UN時帶動負載的轉(zhuǎn)速為：</p><p>　　由于f1增加，U1不變時，TM與f12成反比，s m與f1成反比，而</p><p>　　可求得改變頻率后的轉(zhuǎn)速</p><p><b>　　5.結(jié) 論</b></p><p>　　三相異步電動機變頻調(diào)速，一方面當f1＜fn時，為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，轉(zhuǎn)矩不變，額定轉(zhuǎn)速

35、降低，增大起動轉(zhuǎn)矩T，另一方面當f1＞fn時，為恒功率調(diào)速，調(diào)速前后功率不變，額定轉(zhuǎn)速升高，減小啟動轉(zhuǎn)矩T。變頻調(diào)速可以實現(xiàn)寬范圍內(nèi)的平滑調(diào)速，變頻調(diào)速電機以簡單的結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的調(diào)速性能、較高的調(diào)速比，應用越來越廣泛。</p><p>　　缺點：需要專用的變頻電源，初期投資大。</p><p><b>　　6.設(shè) 計 體 會</b></p><p&g

36、t;　　通過對繞線式三相異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻起動這一課題的設(shè)計，我得到了很多收獲：</p><p>　　增強了我的動手實踐能力和獨立操作的能力。</p><p>　　在對課題的設(shè)計中，需要翻閱很多資料，并且上網(wǎng)收集相關(guān)的圖片信息，并將其進行歸納整理，提取有用的材料進行課程設(shè)計，這個過程培養(yǎng)了我動手能力、獨立思考操作能力和對信息的綜合分析的素質(zhì)，對我今后的學習生活有很大的幫助。</p&

37、gt;<p>　　加深了我對電機與拖動這門課程知識的理解。</p><p>　　在設(shè)計過程中，不僅僅是需要這一課題的有關(guān)知識，而是需要有關(guān)電機的很多知識，在設(shè)計中對這些知識的綜合運用，無疑是電機與拖動知識的一次新的，具體的，全方面的理解與應用，加深了我對這門課程的理解，還從中學會了很多在課堂上所學不到的知識和能力，使我所學的知識得到了一次升華。</p><p>　　拉近了同學

38、之間的距離</p><p>　　大學同學除了上課，其他時間基本上是個忙個的，很少有時間聚在一起，課程設(shè)計為我們提供了一個大家一起學習討論問題，解決問題的平臺，增進了同學之間的友誼，拉近了大家的距離。</p><p>　　總之，這次的課程設(shè)計我從中學到的不僅是學習方面的知識，更有個人能力上的重大提高，使我受益匪淺。</p><p><b>　　主要參考文獻：

39、</b></p><p>　　1唐 介: 《電機與拖動》 高等教育出版社2003.7</p><p>　　2唐 介: 《控制微電機》 高等教育出版社1987.4</p><p>　　3王毓東: 《電機學》 杭州浙江大學出版社1990</p><p>　　4楊長能: 《電機學》 重慶大學