第一篇：電機設(shè)計論文

12電機設(shè)計論文_電動機論文

一、選題的依據(jù)及意義

現(xiàn)在社會中，電能是使用最廣泛的一種能源，在電能的生產(chǎn)、輸送和使用等方面，作為動力設(shè)備的電機是不可缺少的一部分。電機在國家經(jīng)濟建設(shè)，節(jié)約能源、環(huán)保和人民生中起著十分重要的作用。發(fā)電機主要用于移動電源、風(fēng)力發(fā)電、小型發(fā)電設(shè)備中；電動機在生產(chǎn)和交通運輸中得到廣泛使用，電動機主要用于驅(qū)動水泵、風(fēng)機、機床、壓縮機、冶金、石化、紡織、食品、造紙、建筑、礦山等機械產(chǎn)品上。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新和工農(nóng)業(yè)的迅猛發(fā)展，電氣化與自動化水平不斷提高，國民經(jīng)濟各部門對異步電動機的需求量日益增加，對其性能，質(zhì)量，技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)也相應(yīng)地提出了越來越高的要求。因此，對異步電動機品種，必須適時實地做出更新與發(fā)展，以適應(yīng)各個新興工業(yè)領(lǐng)域不同的特殊要求，特別是對需求量最大的中小型異步電動機，在保證其質(zhì)量運行，壽命長和能滿足使用要求的同時，進一步節(jié)約銅、鐵等材料，提高效率和功率因數(shù)，以提高其經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)與降低耗電量，是具有十分重要的意義。由于Y系列異步電動機具有體積小，重量輕，運行可靠，結(jié)構(gòu)堅固耐用，外形美觀等特點，具有較高的效率，有良好的節(jié)能效果，而且噪音低，壽命長，經(jīng)久耐用。作為普遍用于拖動各種機械的動力設(shè)備，其用電量在總的電網(wǎng)的總的負(fù)荷中占有重要的一席。Y系列共有兩個基本系列、十六個派生系列、九百多個規(guī)格，能滿足國民經(jīng)濟各部門的不同需要。所以設(shè)計研究三相異步電動機意義重大。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢（含文獻綜述）

1、現(xiàn)狀

國外公司注重新產(chǎn)品開發(fā)，在電機的安全、噪聲、電磁兼容等方面很重視。國外的先進水平主要體現(xiàn)在電機的可靠性高，壽命長，通用化程度高，電機效率不斷提高，噪聲低，重量輕，電機外形美觀，絕緣等級采用F級和H級，而且也考慮電機制造成本的降低等國內(nèi)雖有部分產(chǎn)品已達90年代初的國際水平，但相當(dāng)部分的產(chǎn)品可靠性差，重量重，體積大和噪聲大，綜合水平只相當(dāng)于80年代初期國際水平，其主要原因是制造工藝落后，關(guān)鍵材料的質(zhì)量和品種不能滿足要求，科研和設(shè)計工作沒有跟上，科研投入少，新產(chǎn)品開發(fā)資金匱乏，企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力較弱

2、電機行業(yè)發(fā)展趨勢 1）企業(yè)在改造中求發(fā)展

企業(yè)要自己選準(zhǔn)位置，立足生求，真抓實干，穩(wěn)步發(fā)展。我國中小電機生產(chǎn)銷售受各種因素的影響，變化幅度比較大，企業(yè)要看準(zhǔn)改革市場，并重點地去占領(lǐng)他，發(fā)揮企業(yè)自身的優(yōu)勢，例如，目前的稀土永磁電機，大量用于風(fēng)機、水泵、1 機床、壓縮機、城市交通及工礦電動車輛等變頻調(diào)速裝置，預(yù)測會有較大的發(fā)展前途。2）發(fā)展派生、專用系列電機

我們要開拓多用途、多品種派生和符合國外先進標(biāo)準(zhǔn)的電機產(chǎn)品。隨著社會的不斷前進，科技水平的不斷提高，電機行業(yè)的不斷發(fā)展，市場需求會不斷變化，電機產(chǎn)品的外延和內(nèi)涵也不斷拓展，電機產(chǎn)品配套面廣，它廣泛地應(yīng)用于能源、交通、石油、化工、冶金、礦山、建筑等各個領(lǐng)域，并且電機的通用性逐步向?qū)Ｓ眯苑矫姘l(fā)展，打破了過去同一類電機同時用于不性質(zhì)、不同場合的局面。電機產(chǎn)品正向著專業(yè)性、特殊性、個性化方面發(fā)展，這也是國外企業(yè)發(fā)展的最新觀點與動向。3）電機要高效、節(jié)能

我國中小型電機作為各種機械設(shè)備的動力源，其耗電總量已占全國發(fā)電量的70%左右。因此，發(fā)展中國高效電機，推廣節(jié)能產(chǎn)品，是響應(yīng)國家節(jié)能政策、實現(xiàn)節(jié)能降耗的重要舉措。

在產(chǎn)品開發(fā)中，以前的科學(xué)院所、企業(yè)在產(chǎn)品設(shè)計采用了許多辦法，如采用降低起動力矩、電容補償、阻尼槽方法來節(jié)約電能，但這些都是在頻率不變的條件下來實現(xiàn)的。自從有了逆變器后，電源的變頻變壓變的更加容易，從而可以調(diào)節(jié)異步電機在最佳工作點上運行，保證出力不變的情況下，可用最大效率和功率因數(shù)代替額定效率和額定功率因數(shù)，減小了電機尺寸，減輕了電機重量，降低了成本，提高了企業(yè)經(jīng)濟效益和社會效益。

4)機電一體化、智能化 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機電一體化技術(shù)得到長足發(fā)展，同時，各種高新技術(shù)也為電機產(chǎn)品注入了新的活力，制造工藝和管理信息化技術(shù)通過微電子、計算機、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，國家政策的鼓勵、各企業(yè)對科技的重視，使新產(chǎn)品開發(fā)的周期逐漸縮短，機電一體化、智能化電機（如交流變頻調(diào)速電機是一種無級調(diào)速傳動系統(tǒng)）應(yīng)運而生，調(diào)速制造、虛擬制造等先進制造技術(shù)推廣應(yīng)用。我國的電機的技術(shù)性能水平與發(fā)達國家的水平相當(dāng)。

2、發(fā)展趨勢

隨著國家宏觀經(jīng)濟的調(diào)整以及市場需求的推動，二十世紀(jì)中小型電機的品種將得到更大的發(fā)展，尤其是對于發(fā)展高效率電機、高品位的出口電機和機電一體化的交流變頻電機將會給予特別的重視，而一些新穎的電機，如永磁電機、無刷直流電機、開關(guān)磁阻電機等，將進一步完善。同時，隨著CAD技術(shù)、數(shù)控機床、專用加工設(shè)備、冷軋矽鋼片、F級、H級絕緣材料等新技術(shù)、新材料的推廣，電 2 機行業(yè)的生產(chǎn)方式也將出現(xiàn)新的重大的變化。電機的技術(shù)發(fā)展動向是向小型化、薄型化、輕量化、無刷化、智能化、靜音化、高效化、節(jié)能化、環(huán)?；?、可靠化、精密化、組合化，電機采用新型磁性、導(dǎo)電、絕緣材料。

二、本課題研究內(nèi)容 本課題主要是研究設(shè)計Y802-4三相鼠籠式異步電動機---設(shè)計計算.首先根據(jù)給定的功率，功率因數(shù)，相數(shù)，頻率及額定相電壓確定異步發(fā)電機的主要規(guī)格。

本課題的主要計算過程如下： 1.額定數(shù)據(jù)及主要尺寸計算 2.磁路計算 3.參數(shù)計算 4.起動計算

根據(jù)Y802-4三相鼠籠式異步電動機各性能指標(biāo)：效率?，功率因數(shù)cos?，TSTISTTmax 最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù) TN，起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù) TN，起動電流倍數(shù) IN 計算出各個參數(shù)。

三、本課題研究方案

本課題的研究方案是根據(jù)設(shè)計任務(wù)書并結(jié)合所選機型的各參數(shù)指標(biāo)進行復(fù)算，通過方案比較，確定電機電磁性能有關(guān)的尺寸和數(shù)據(jù)，選定材料，并核算其電磁性能。最終算計出符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求的電機參數(shù)； 利用計算機進行輔助設(shè)計，提高功率因數(shù)，提高效率，提高電動機的工作能，節(jié)省制造材料。

四、研究目標(biāo)、主要特色及工作進度

1.研究目標(biāo)：在原復(fù)算方案的基礎(chǔ)上既節(jié)省材料，又提高性能；將不同方案進行比較，以求得最佳結(jié)果。

2、主要特色

進行發(fā)電機的電磁設(shè)計時，先釆用手算的方法，使各項性能指標(biāo)都滿足。后釆用計算機編程的方法進行計算，得出最優(yōu)方案。

3、工作進度 3

六、參考文獻 [1] 陳世坤 電機設(shè)計［M］ 機械工業(yè)出版社 2000 [2] 李發(fā)海 電機學(xué)［M］ 科學(xué)出版社 1995 [3] 三相異步電動機設(shè)計、原理與試驗 沈陽機電學(xué)院 [3] 張躍峰 AUTOCAD2004 入門與提高 清華大學(xué)出版社 4 目 錄 摘

要........................................................................................................................I ABSTRACT..................................................................................................................II 前

言..........................................................................................................................1 第1章 概

述................................................................................................................2 1.1我國電機制造工業(yè)發(fā)展近況與發(fā)展趨勢..........................................................2 1.2 電機的分類..........................................................................................................2 1.3三相異步電動機的結(jié)構(gòu)和用途..........................................................................3 1.3.1異步電動機結(jié)構(gòu)............................................................................................3 1.3.2異步電動機用途............................................................................................4 1.4三相異步電動機的基本工作原理和運行特性..................................................5 1.4.1 基本工作原理...............................................................................................5 1.4.2三相異步電動機的工作特性........................................................................5 1.5 三相異步電動機的起動與調(diào)速..........................................................................6 1.5.1三相異步電動機的起動................................................................................6 1.5.2三相異步電動機的調(diào)速................................................................................7 1.6 感應(yīng)電動機的主要性能指標(biāo)和額定參數(shù)........................................................8 1.7電機節(jié)能..............................................................................................................8 第2章 三相鼠籠式異步電動機的設(shè)計方法............................................................10 2.1 電磁負(fù)荷的選擇與匹配....................................................................................10 2.1.1電磁負(fù)荷對電機性能和經(jīng)濟性的影響......................................................10 2.1.2 電磁負(fù)荷的選擇.........................................................................................10 2.1.3 電荷負(fù)荷的匹配.........................................................................................11 2.2 主要尺寸、氣隙長度的選取及繞組型式的選擇............................................11 2.2.1主要尺寸的選擇..........................................................................................11 2.2.2 氣隙長度的選取及確定.............................................................................12 2.2.3鐵心尺寸......................................................................................................12 2.2.4定子繞組形式和節(jié)距的選擇......................................................................13 2.3 籠型轉(zhuǎn)子的尺寸設(shè)計........................................................................................14 2.3.1 轉(zhuǎn)子槽數(shù)選擇及定轉(zhuǎn)子槽配合問題.........................................................14 12電機設(shè)計論文_電動機論文 2.3.2 轉(zhuǎn)子槽形的選擇和槽形尺寸的確定.........................................................15 第3章 三相鼠籠式電動機電磁設(shè)計與方案調(diào)整....................................................17 3.1鼠籠式電動機電磁方案的設(shè)計........................................................................17 3.2電機調(diào)整方案....................................................................................................37 3.3 方案結(jié)果分析....................................................................................................40 3.4 提高電機工作性能的一些措施........................................................................41 第4章 計算機輔助工具在電機設(shè)計的應(yīng)用............................................................43 結(jié)束語..........................................................................................................................45 致 謝.........................................................................................錯誤！未定義書簽。參考文獻......................................................................................................................45 Y802-4 0.75 kW三相鼠籠式異步電動機設(shè)計 摘 要

本文介紹了Y系列三相鼠籠異步電動機的設(shè)計方法,文章首先從異步電機的基本理論及工作特性著手，簡單介紹了異步電機的發(fā)展近況、基本特性、類型、結(jié)構(gòu)、用途、技術(shù)指標(biāo)、工作原理及運行特性等，為電機設(shè)計的做好必要的理論準(zhǔn)備。電機設(shè)計是個復(fù)雜的過程，因此需要考慮的因素、確定的尺寸和數(shù)據(jù)很多。同時本文也詳細(xì)闡述了三相鼠籠異步電動機的設(shè)計改進調(diào)整方案，以及計算機輔助工具的應(yīng)用，這給電機設(shè)計和優(yōu)化帶來了新的契機。

關(guān)鍵詞 :三相異步電動機；設(shè)計；電磁路參數(shù)；工作性能；優(yōu)化方案 Y802-4 0.75KW Three-phase Squirrel-cage Induction Motor Design Abstract In this paper, Y series three-phase squirrel-cage induction motor design method, the article first of all, from the basic theory of induction motor characteristics and the work to proceed, briefly introduced the latest development of the induction motor, the basic characteristics, type, structure, purpose, technical indicators, the working principle and operation characteristics, designed for the motor to make the necessary preparations for the theory.Electrical design is a complex process and therefore need to take into consideration to determine a lot of size and data.At the same time, this article also detailed three-phase squirrel-cage induction motor to improve the design of adjustment programs, as well as the application of computer-aided tools, this motor design and optimization to bring a new opportunity.Keyword: Three-phase asynchronous motor;design;electromagnetic parameters;performance;optimization program 前 言

現(xiàn)在社會中，電能是使用最廣泛的一種能源，在電能的生產(chǎn)、輸送和使用等方面，作為動力設(shè)備的電機是不可缺少的一部分。中小型電機行業(yè)是機械工業(yè)的重要組成部分，在國民經(jīng)濟中起著舉足輕重的作用。發(fā)電機主要用于移動電源、風(fēng)力發(fā)電、小型發(fā)電設(shè)備中；三相異步電動機在生產(chǎn)和交通運輸中得到廣泛使用，例如，在工業(yè)方面，它被廣泛用于拖動各種機床。水泵、壓縮機、攪拌機、起重機械等。在農(nóng)業(yè)方面，他被廣泛用于拖動排灌機械、脫粒機及各種農(nóng)產(chǎn)品的加工機械。在家用電器和醫(yī)療器械和國防設(shè)施中，異步電動機也應(yīng)用十分廣泛，作為拖動各種機械的動力設(shè)備。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新和工農(nóng)業(yè)的迅猛發(fā)展，電氣化與自動化水平不斷提高，國民經(jīng)濟各部門對異步三相異步電動機的需求量日益增加，對其性能，質(zhì)量，技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)也相應(yīng)地提出了越來越高的要求。因此，對三相異步電動機性能提出了許多新的更新的要求，必須適時實地做出更新與發(fā)展，以適應(yīng)各個新興工業(yè)領(lǐng)域不同的特殊要求，特別是對需求量最大的中小型三相異步電動機，在保證其質(zhì)量運行，壽命長和能滿足使用要求的同時，進一步節(jié)約銅、鐵等材料，提高效率和功率因數(shù)，以提高其經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)與降低耗電。三相異步電動機已有近20年多年的研制開發(fā)、設(shè)計和生產(chǎn)史。尤其近些年來,隨著研制開發(fā)技術(shù)的不斷創(chuàng)新、迅速發(fā)展和完善，如集成化技術(shù)、智能化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)、虛擬技術(shù)等，設(shè)計出 ―更快、更精、更凈‖的產(chǎn)品。第1章 概 述

1.1我國電機制造工業(yè)發(fā)展近況與發(fā)展趨勢

電動機制造是我國機械工業(yè)中較大的行業(yè)之一，它既是關(guān)系到各行各業(yè)自動化的重要基礎(chǔ)產(chǎn)品，又是與人類生活密切相關(guān)的面廣量大、品種繁多的通用產(chǎn)品。電動機是把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的主要執(zhí)行部件，國內(nèi)60%～70%的發(fā)電量被電機所消耗。因此，電機產(chǎn)品的品種、數(shù)量和質(zhì)量各種性能水平的提高和發(fā)展，都會直接影響國民經(jīng)濟各部門成套設(shè)備的發(fā)展水平。

20世紀(jì)40年代以前，我國電機制造工業(yè)極端落后。50年代以仿制國外產(chǎn)品為主，60年代起走上自行設(shè)計的道路。在此之前只能生產(chǎn)一般中小型電機，而且批量小，品種單一。我國所生產(chǎn)的電動機大多是六十年代發(fā)展的產(chǎn)品, 部分是七、八十年代引進的國外移植產(chǎn)品,與國外同行業(yè)相比, 其技術(shù)水平、產(chǎn)品質(zhì)量、結(jié)構(gòu)工藝、制造能力、自動化程度等均偏低,仍有不小的差距。

解放五十多年來，國內(nèi)的電機制造業(yè)通過廣大工程技術(shù)人員的不懈努力，在非常落后的基礎(chǔ)上逐步建立起較為完整的電機制造工業(yè)體系，無論是在發(fā)展品種、提高產(chǎn)品質(zhì)量方面，還是在數(shù)量方面，都取得了世人矚目的成績，為工業(yè)的發(fā)展和人民生活水平的提高做出了巨大的貢獻。我國已能獨立自主地生產(chǎn)各種中小型電機，國內(nèi)產(chǎn)品已經(jīng)發(fā)展到100 多個系列，500多個品種，年生產(chǎn)能力達到5500萬kW以上，基本上滿足了社會各個方面對電機產(chǎn)品的需求。

隨著電機理論的不斷完善，高新技術(shù)的快速發(fā)展，可以預(yù)言：未來的電機產(chǎn)品將朝著高性能化、智能化、微型化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。1.2 電機的分類

電機是以磁場為媒介進行電能與機械能相互轉(zhuǎn)換的電力機械。電機在國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。需要的電機的種類各不相同，性能各異。電機的分類方法也用很多，故電機的種類也有很多。

1）按工作電源分類： 根據(jù)電動機工作電源的不同，可分為直流電動機和交流電動機。2）按結(jié)構(gòu)及工作原理分類： 根據(jù)電動機按結(jié)構(gòu)及工作原理的不同，可分為直流電動機，異步電動機和同步電動機。直流電動機按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為無刷直流電動機和有刷直流電動機。12電機設(shè)計論文_電動機論文

3)按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)分類： 根據(jù)電動機按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)不同，可分為籠型感應(yīng)電動機和繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機。

4)按用途分類： 可分為驅(qū)動用電動機和控制用電動機。

我國目前生產(chǎn)的三相異步電動機月100個系列額，500多個品種，500多個規(guī)格。按電機尺寸分成大、中、小型。

大型：中心高H > 0.63m,定子鐵心外徑Di > 1m,功率范圍在400KW以上，電壓為300 V和600 V。

中型：中心高H =(0.355——0.63)m,定子鐵心外徑Di =（0.5——1.0）m,功率范圍在（45——1250）KW以上，電壓為380 V和3000 V和6000 V。

小型：中心高H =(0.08——0.315)m,定子鐵心外徑Di =（0.12——0.5）m,功率范圍在（0.55——132）KW以上，電壓為380 V。Y（IP44）系列的中心高H =(0.08——0.28)m,定子鐵心外徑Di =（0.12——0.445）m，共11個機座，功率范圍為（0.55——90）KW，電壓380V。1.3三相異步電動機的結(jié)構(gòu)和用途 1.3.1異步電動機結(jié)構(gòu)

（1）固定部分有定子繞組、定子鐵心、機殼、端蓋、風(fēng)罩。

定子繞組是電動機的電路部分，通入三相交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的繞組。由三個在空間互隔120°電角度、隊稱排列的結(jié)構(gòu)完全相同繞組連接而成，這些繞組的各個線圈按一定規(guī)律分別嵌放在定子各槽內(nèi)。定子鐵心是電機磁路的一部分，并在其上放置定子繞組。通常是用軋成厚0.5或0.35毫米的硅鋼片疊成的（如圖1）。機殼是用來支撐定子鐵心和電動機端蓋。端蓋是用來支撐電動機的轉(zhuǎn)動部分（一般指轉(zhuǎn)子）。風(fēng)罩保護風(fēng)葉同時又起到通風(fēng)的風(fēng)路作用。圖1 定子鐵心

（2）轉(zhuǎn)動部分有轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子鼠籠、轉(zhuǎn)軸、起動開關(guān)、軸承、風(fēng)葉。轉(zhuǎn)子鐵心是整個電動機磁路的一部分，一般使用硅鋼片DR510-50，DR280-35。轉(zhuǎn)子鼠籠起轉(zhuǎn)子繞組的作用轉(zhuǎn)子的導(dǎo)條均由鼠籠的端環(huán)所短路，形成一個多相的電路（如圖2）。鼠籠的材料一般采用高純鋁L01～L05。轉(zhuǎn)軸是作為支撐轉(zhuǎn)子鐵心和傳遞力矩最不可缺少的結(jié)構(gòu)部分。軸承主要是連接轉(zhuǎn)動部分與不動部分。風(fēng)葉主要是冷卻電動機。圖2 鼠籠轉(zhuǎn)子（3）其他部分有出線盒、銘牌、起動或工作電容器。（4）三相異步電動機的總結(jié)構(gòu)圖 圖3 封閉式三相籠型異步電動機結(jié)構(gòu)圖

1—軸承；2—前端蓋；3—轉(zhuǎn)軸；4—接線盒；5—吊環(huán)；6—定子鐵心； 7—轉(zhuǎn)子；

8—定子繞組；9—機座；10—后端蓋；11—風(fēng)罩；12—風(fēng)扇 1.3.2異步電動機用途

對于小型異步電動機來說，用途是十分廣泛的，常作為各類機械中的主要動力元件。Y系列小型異步電動機根據(jù)需要，既可以用于正常的工作環(huán)境，又可在潮濕、多塵、濕熱、多霉和日曬雨淋、嚴(yán)寒酷暑，沖擊波動，有爆炸危險和腐蝕性環(huán)境中使用，既可恒速傳動，又可變速傳動。這類電機既可連續(xù)工作，有可斷續(xù)工作。因此廣泛用于各種機床，風(fēng)機，水泵，壓縮機和傳輸機，農(nóng)業(yè)食品加工 等各類機械設(shè)備。

1.4三相異步電動機的基本工作原理和運行特性 1.4.1 基本工作原理

電動機的工作原理是建立在電磁感應(yīng)定律、全 電流定律、電路定律和電磁力定律等基礎(chǔ)上的。如 右圖4是三相交流異步電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的原理圖(圖中只示出兩根導(dǎo)條)，當(dāng)磁極沿順時針方向旋 轉(zhuǎn)，磁極的磁力線切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條，導(dǎo)條中就感應(yīng)出 電動勢。電動勢的方向由右手定則來確定。因為運 動是相對的，假如磁極不動，轉(zhuǎn)子導(dǎo) 條 沿逆時針

方向旋轉(zhuǎn)，則導(dǎo)條中同樣也能感應(yīng)出電動勢來。在電動勢的作用下，閉合的導(dǎo)條中就產(chǎn)生電流。該電流與旋轉(zhuǎn)磁極的磁場相互作用，而使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條受到電磁力F，電磁力的方向可用左手定則確定。由電磁力進而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動起來。異步電動機的工作原理用箭頭式子可以簡單的表示如下：

定子繞組通入三相交流電流?產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場?切割轉(zhuǎn)子繞組? 轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電勢?轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電流?轉(zhuǎn)子電流與磁場作用?產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩?運行。

1.4.2三相異步電動機的工作特性

異步電動機的工作特性是指在額定電壓及額定頻率下，電動機的主要物理量轉(zhuǎn)差率，轉(zhuǎn)矩電流，效率，功率因數(shù)等隨輸出功率變化的關(guān)系曲線。1轉(zhuǎn)差率特性 ○ 通常把同步轉(zhuǎn)速n1和電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n二者之差與同步轉(zhuǎn)速n1的比值叫做轉(zhuǎn)差率，用s表示。關(guān)于轉(zhuǎn)差率的定義如下：當(dāng)電機的定子繞組接電源時，站在

s?定子邊看，如果氣隙旋轉(zhuǎn)磁通密度與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向一致，則轉(zhuǎn)差率s為：n1?n；n1 如果兩者轉(zhuǎn)向相反，則：s?n1?n。式中的n1、n都理解為轉(zhuǎn)速的絕對值s是n1 一個沒有單位的數(shù)，它的大小能反映電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。隨著負(fù)載功率的增加，轉(zhuǎn)子電流增大，故轉(zhuǎn)差率隨輸出功率增大而增大。2轉(zhuǎn)矩特性 ○

異步電動機的輸出轉(zhuǎn)矩：轉(zhuǎn)速的變換范圍很小，從空載到滿載，轉(zhuǎn)速略有下降，轉(zhuǎn)矩曲線為一個上翹的曲線（近似直線）。3電流特性 ○

空載時電流很小，隨著負(fù)載電流增大，電機的輸入電流增大。4效率特性 ○

其中銅耗隨著負(fù)載的變化而變化（與負(fù)載電流的平方正比）；鐵耗和機械損耗近似不變；效率曲線有最大值，可變損耗等于不變損耗時，電機達到最大效率。異步電動機額定效率載74-94%之間；最大效率發(fā)生在(0.7-1.0)倍額定效率處。5功率因數(shù)特性 ○

空載時，定子電流基本上用來產(chǎn)生主磁通，有功功率很小，功率因數(shù)也很低；隨著負(fù)載電流增大，輸入電流中的有功分量也增大，功率因數(shù)逐漸升高；在額定功率附近，功率因數(shù)達到最大值。如果負(fù)載繼續(xù)增大，則導(dǎo)致轉(zhuǎn)子漏電抗增大（漏電抗與頻率正比），從而引起功率因數(shù)下降。1.5 三相異步電動機的起動與調(diào)速 1.5.1三相異步電動機的起動（1）直接起動

直接起動是用閘刀開關(guān)或接觸器把電機的定子繞組直接接到具有額定電壓的電源上。是一種最簡單而應(yīng)用廣泛的起動方法。1）優(yōu)點：無需附加起動設(shè)備，操作方便；

2)缺點：起動電流大，起動轉(zhuǎn)矩小，須足夠大的電源； 3)適用條件：小容量電動機帶輕載的情況起動。（2）降壓起動

用降低電機端電壓的方法限制制動起動電流，待電機轉(zhuǎn)速接近正常轉(zhuǎn)速后，再將端電壓升高到額定電壓。如果電源容量不夠大，可采用降壓起動。即起動時，降低加在電動機定子繞組電壓，起動時電壓小于額定電壓，待電動機轉(zhuǎn)速上升到一定數(shù)值后，再使電動機承受額定電壓，可限制起動電流。1)Y-Δ降壓起動 2)自耦變壓器降壓起動 3)電阻降壓或電抗降壓起動 4)延邊三角形降壓起動（3）軟起動

軟起動就是在電動機(鼠籠式)定子回路串入有限流作用的電力器件來實現(xiàn)電機的起動。通過這種方法降低起動電流。軟起動是采用軟件控制方式來平滑起動電動機，一方面在控制方式上以軟件控制強電，另一方面在控制結(jié)果上將電動機的起動特性由―硬‖平滑變?yōu)楱D軟‖。軟起動過程中產(chǎn)生高次諧波，對周邊環(huán)境要求比較高，同時起動設(shè)備投資非常大；但它起動時無沖擊電流，可保持平滑起動，并且可根據(jù)負(fù)載情況實現(xiàn)自由無級的起動。軟起動方式：○1 液阻式軟起動 ○2 磁控式軟起動 ○3 智能式軟起動。

1.5.2三相異步電動機的調(diào)速

三相異步電動機轉(zhuǎn)速公式為： n?60f1?1?s? p 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均可太到改變轉(zhuǎn)速的目的。異步電動機的調(diào)速主要有三種方法.1、變極調(diào)速 n1?60f1，異步電動機正常運行時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n略低于n1，所以，一旦p p改變，n1改變，n也隨著改變。1）Y→YY 變極調(diào)速 屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式 2）Δ→YY變極調(diào)速 屬于恒功率調(diào)速方式

2、變頻調(diào)速 異步電動機的轉(zhuǎn)速：n?60f1?1?s?。當(dāng)轉(zhuǎn)差率S變化不大時，n近似正p 比于頻率f1，可見改變電源頻率就可改變異步電動機的轉(zhuǎn)速。常用的異步電動機變頻調(diào)速控制方式通常有兩種，即恒轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速和恒功率變頻調(diào)速。

（1）恒轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速。電機變頻調(diào)速前后額定電磁轉(zhuǎn)矩相等，即恒轉(zhuǎn)，T?TTeNTeN矩調(diào)速時，有。

（2）恒功率變頻調(diào)速。電機變頻調(diào)速前后它的電磁功率相等，即 ''。Pem?TTem?1?TTem?1 12電機設(shè)計論文_電動機論文

3、轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速

轉(zhuǎn)子串入附加電阻，使電動機的轉(zhuǎn)差率加大，電動機在較低的轉(zhuǎn)速下運行。串入的電阻越大，電動機的轉(zhuǎn)速越低。此方法設(shè)備簡單，控制方便，但轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱的形式消耗在電阻上。屬有級調(diào)速，機械特性較軟。串電阻前后保持轉(zhuǎn)子電流不變，則有： R2R2?R?，cos?2?cos?2N ?SNS 電磁轉(zhuǎn)矩為： Tem?CM?mI2cos?2，保持不變，即屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。1.6 感應(yīng)電動機的主要性能指標(biāo)和額定參數(shù) 感應(yīng)電動機的主要性能指標(biāo)、基準(zhǔn)值和額定參數(shù)。1.7電機節(jié)能

電動機廣泛應(yīng)用于工業(yè)、商業(yè)、公用設(shè)施和家用電器等各個領(lǐng)域，作為風(fēng)機、水泵、壓縮機、機床等各種設(shè)備的動力。中小型三相異步電動機是電力機械的最主要的原動機。目前中國電動機消耗的電量約占全國用電量的60％，而中小型電動機占到全國電動機功率的75％，若把中小型電動機的效率平均提高一個百分點，一年可節(jié)電20多億kWh。由此可見，電動機的節(jié)能潛力巨大，提高中小型電動機的能源效率是工業(yè)終端設(shè)備節(jié)能的一個重要方面。一般采取的節(jié)能措施如下：

1、選用節(jié)能電動機 Y系列三相異步電動機是全國統(tǒng)一設(shè)計的新系列小型鼠籠轉(zhuǎn)子電動機。Y系列電動機效率較高，全系列加權(quán)平均效率為88.27%，比J02系列高0.41%,起動轉(zhuǎn)矩比J02系列平均提高30%，因此有利于用戶既滿 足對起動轉(zhuǎn)矩要求高而又

可選用容量較小的電動機。這有利于提高節(jié)電效果。

2、合理選擇電動機容

一般電動機負(fù)載的系數(shù)在0.5-1范圍內(nèi)為高效區(qū)。電動機容量要根據(jù)生產(chǎn)機械需要的功率來決定。但實際中往往會出現(xiàn)―大馬拉小車‖的現(xiàn)象，由于容量選擇不合理，使電動機經(jīng)常處于輕載狀態(tài)，致使功率因數(shù)降低，增加線路損耗。所以要根據(jù)不同負(fù)載合理選擇電動機。

3、異步電動機采取調(diào)速節(jié)電

目前，風(fēng)機與泵類設(shè)備常用調(diào)節(jié)閥門或擋板開啟度的方法來調(diào)節(jié)流量，電能浪費很大。而用電動機調(diào)速來調(diào)節(jié)流量，可使風(fēng)機、泵長期在高效率狀態(tài)運行，節(jié)電可達30%-60%a。表1列出異步電動機幾種常用的調(diào)速方式及特點。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中可根據(jù)電機、場地、調(diào)速要求等情況選擇調(diào)速方案。對于不同的負(fù)載類型選用不同類型的電動機，可以獲得良好的節(jié)電效果。

(1)可變轉(zhuǎn)矩型異步電動機。其最大轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)矩都和轉(zhuǎn)速成正比，故低速時最大轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)矩都只有高速時的一半(倍極比電動機)，而額定功率只有高速額定功率的1/4。這類電動機適合泵、風(fēng)機使用，因它的特性基本上與負(fù)載特性配合。接線方式是低速時為串聯(lián)Y,高速時為并聯(lián)Y。

(2)恒轉(zhuǎn)矩型異步電動機。其最大轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)矩近似地保持不變，額定功率正比于轉(zhuǎn)速。這類電動機適合傳送帶、壓縮機和機床進給機構(gòu)使用接線方式是:低速時為串聯(lián)0,高速時為并聯(lián)Y(3)恒功率型異步電動機。其最大轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)矩反比于轉(zhuǎn)速。這類電動機適合于金屬切削機床、卷揚機等。接線方式是:低速時為并聯(lián)Y,高速時為串聯(lián)△。

第2章 三相鼠籠式異步電動機的設(shè)計方法 2.1 電磁負(fù)荷的選擇與匹配

2.1.1電磁負(fù)荷對電機性能和經(jīng)濟性的影響

/由于正常電機中系數(shù)?p、KNM、與Kdp實際上變化不大，因此在計算功率P/ 與轉(zhuǎn)速n一定時，電機的主要尺寸決定于電磁負(fù)荷A、B?。電磁負(fù)荷越高，電機尺寸將越小，重量越輕，成本也越低。這就是在一般可能情況下，一般希望選取較高電磁負(fù)荷和B?的原因。但電磁負(fù)荷選取與眾多因素有關(guān)，不但影響電機有效材料的耗用量，而且對電機參數(shù)、起動和運行性能、可靠性都有重要影響。（1）線負(fù)荷A較高，氣隙磁密B?不變 1 電機體積和尺寸的減小，可節(jié)約鋼鐵材料 ○ 2 B?一定時，由于鐵心重量減小，鐵耗隨之減小 ○ 3 繞組用銅量增加 ○ 增大了電樞單位表面上銅耗，繞組溫升增高 ○ 5 影響電機參數(shù)和電機特性 ○（2）氣隙磁密B?高，線負(fù)荷A不變 電機體積和尺寸的減小，可節(jié)約鋼鐵材料 ○ 2 電樞基本鐵耗增大 ○ 氣隙磁位降和磁路飽和程度增大 ○ 4 影響電機參數(shù)和電機特性 ○ 2.1.2 電磁負(fù)荷的選擇

電磁負(fù)荷與預(yù)防護等級、冷卻方式、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、絕緣等級及電壓有直接關(guān)系。決定電磁負(fù)荷時。對于小型電機而言，各種產(chǎn)品之間磁密的波動范圍不大。只是對于斷續(xù)運行電機或者最大轉(zhuǎn)矩要求高、功率數(shù)允許略低的產(chǎn)品，磁密可以略高。但電密及熱負(fù)荷AJ1波動較大。當(dāng)磁密及J1選定后，根據(jù)電磁負(fù)荷的匹配關(guān)系，求取轉(zhuǎn)子電密及調(diào)整定子齒部、軛部的磁密，電磁負(fù)荷選得高，就節(jié)省材料，但它受效率?,cos?及溫升約束，不能選得過高。在推薦的范圍內(nèi)： A 隨功率增加而增加，減少A可提高過載能力； ○ 2 B? 隨極數(shù)增加面增加，降低B?可提高cos?； ○ J1 則隨功率增加而減小，隨散熱能力提高而提高。同時繞線轉(zhuǎn)子的J1要比○

籠型轉(zhuǎn)子的J1選低5%——10%；斷續(xù)運行的可比連續(xù)的選的高些。2.1.3 電荷負(fù)荷的匹配

電磁負(fù)荷的匹配直接影響電機的溫升（定子繞阻溫升），盡管隨著電機類型不同，溫度場分而亦不同，但仍有一個共同的規(guī)律。就散熱而言，轉(zhuǎn)子熱量有很大一部分要先傳給定子，再經(jīng)機座或通風(fēng)道，與定子熱量匯集在一起傳給周圍介質(zhì)。

對于Y系列電機而言，磁負(fù)荷亦應(yīng)遵循類似的規(guī)則，轉(zhuǎn)子部分損耗很小，轉(zhuǎn)子部分磁密只要在推薦范圍內(nèi)選取，其損耗可忽略不計。電機總的鐵耗可以以為僅由定子齒部鐵耗及定子軛部鐵耗兩部分構(gòu)成。當(dāng)鐵心尺寸確定后，鐵耗隨磁密的增加而增加。對于4極電機而言，齒、軛磁密相近時，由于軛部體積較大，其鐵耗常常是齒部好幾倍。所以設(shè)計人員常將軛部磁密選項得較低，齒部選得較高，這從計算結(jié)果看是合適的，但在散熱途徑中齒部的散熱不如軛部；同時，齒部磁密偏高，這會使其脈振損耗顯著增加，這些從計算結(jié)果很難察覺，但卻往往導(dǎo)致溫升增高，因此齒部磁密不宜偏高。

2.2 主要尺寸、氣隙長度的選取及繞組型式的選擇 2.2.1主要尺寸的選擇

設(shè)計的主要任務(wù)是確定電動機的主要尺寸，選擇定轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)，設(shè)計定轉(zhuǎn)子沖片和選擇繞組數(shù)據(jù)，然后利用有關(guān)公式對初始設(shè)計方案進行較核，調(diào)整電動機的某些設(shè)計參數(shù)，直至電動機的電磁設(shè)計方案符合技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)求。

三相鼠籠異步電動機的主要尺寸包括定子內(nèi)徑Di1和電樞計算長度lef 6.11P'P' 決定電機主要尺寸的基本關(guān)系式：Dl?'.?CAABnnapKNmKdp1?2i1ef 其中感應(yīng)電動機的計算功率P/為：P'?m1E1I1 由于感應(yīng)電動機額定功率為：PN?m1UN?I1?cos? 比較上兩式，則有P'?E1iPN UN??.cos? 在生產(chǎn)實際中，設(shè)計感應(yīng)電機時往往只需參考已經(jīng)制定的同類型、相近規(guī)格電機的尺寸。一般來說，三相異步電動機的設(shè)計可有如下兩種情況：(1)直接利用某特定的定子沖片，以提高電動機定子沖片的通用性和縮短電動機的研制周期。在此情況下，由給定的定子沖片，即可知道定子沖片內(nèi)徑，再由電動機的功率和電機常數(shù)選取電樞計算長度。

(2)在給定電動機的性能指標(biāo)，而無其他限制。此時根據(jù)預(yù)估的電磁負(fù)荷，有電動機的功率和轉(zhuǎn)速可選定電動機的Di21Lef，然后憑經(jīng)驗選取一定的主要尺寸比Lef ?1，得出電機的主要尺寸。2.2.2 氣隙長度的選取及確定

氣隙?的數(shù)值基本上決定于定子內(nèi)徑、軸的直徑和軸承間的轉(zhuǎn)子長度。異步電動機的氣隙長度是影響制造成本和性能的重要設(shè)計參數(shù)，它的取值范圍很寬，選得小，可使勵磁電流降低而提高功率因數(shù)，但槽漏抗也隨之增加，使起動轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩降低。過小的氣隙也容易招致定、轉(zhuǎn)子相擦。但若選得大，則情況剛好相反。在異步電動機設(shè)計選取氣隙時，需考慮多種影響。

從電抗去磁能力考慮，較小的?對提高抗去磁能力有利，但由于制造和裝配工藝的限制，氣隙不能取的太小。與材料有關(guān)，較小時，抗去磁能力相對較差?宜取小些。極數(shù)是選取? 值需考慮的重要因數(shù)。2.2.3鐵心尺寸 鐵心的尺寸指定子鐵心外徑、內(nèi)徑、轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)徑及鐵心長。鐵芯沖片一般由相互絕緣的0.5mm厚硅鋼片沖成，沖片內(nèi)圈有均勻分布的槽，用來嵌放定子繞線。當(dāng)冷卻方式、工作制不同時，可參考下列關(guān)系選取鐵心尺寸。

自冷式（不帶內(nèi)、外風(fēng)扇）電機，當(dāng)上列其他特征與自扇冷（IC0104）產(chǎn)品的相同時，若維持相同的輸出功率，應(yīng)選比后者高2——3個功率等級的電機鐵心尺寸。

斷續(xù)運行（以S3、FC=40%工作制為代表）電機，當(dāng)上列其他特征均與連續(xù)

12電機設(shè)計論文_電動機論文

運行的相同，并維持相同的功率時，可選取比連續(xù)的低約1個功率等級的鐵心尺寸。若為工作制時，F(xiàn)C分別為15%、25%、60%，則應(yīng)分別在40%的基礎(chǔ)上乘以1.4、1.19及0.845，即為在同一鐵心下分別對應(yīng)的輸出功率。若維持功率不變，可據(jù)此近似地推算出鐵心尺寸。2.2.4定子繞組形式和節(jié)距的選擇

繞組的形式，連同其結(jié)構(gòu)參數(shù)對電機的所有電氣性能均產(chǎn)生不同程度的影響。不同的形式的繞組按照各自的特性有不同的適用范圍。

1、單層鏈?zhǔn)嚼@組

優(yōu)點：○1 槽內(nèi)無層間絕緣，槽利用率高，散熱好； ○2 同一槽內(nèi)的導(dǎo)線都屬于同一相，在槽內(nèi)不會發(fā)生相間擊穿。3 線圈總數(shù)比雙層少一半，嵌線比較方便，節(jié)約嵌線工時； ○ 缺點：○1 不易做成短距，磁勢波形比雙層繞組差； 2 電機導(dǎo)線較粗時，繞組嵌放和端部的整形比較困難； ○

圖 5 24槽 節(jié)距1—6 單層鏈?zhǔn)?/p>

通過改善磁動勢波形是使氣隙磁動勢分布接近正弦波，即其諧波含量減少了，由此帶來的效果是附加損耗，電磁噪聲減小了；T-S曲線與的形狀也改善了，即減少了附加轉(zhuǎn)矩，提高了起動過程的最小轉(zhuǎn)矩；提高繞阻系數(shù)則意味著使Bg下降，cos? 及效率都得到提高，或者保持Bg不變，適當(dāng)減少匝數(shù)，或者縮短 鐵心，即收到節(jié)銅或硅鋼片的效果。

2.3 籠型轉(zhuǎn)子的尺寸設(shè)計 2.3.1 轉(zhuǎn)子槽數(shù)選擇及定轉(zhuǎn)子槽配合問題 籠型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機在選取轉(zhuǎn)子槽數(shù)時，必須與定子槽數(shù)有恰當(dāng)?shù)呐浜?。如果配合不?dāng)，會使電機性能惡化。下面就槽配合對附加損耗、附加轉(zhuǎn)矩、振動與噪聲等的影響作扼要的介紹。（1）槽配合對附加損耗的影響 感應(yīng)電機的附加損耗主要由氣隙諧波磁通引起。這些諧波磁通在定轉(zhuǎn)子鐵心中產(chǎn)生高頻損耗（表面損耗和齒部脈振損耗），在籠型轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生高頻電流損耗。其中以定、轉(zhuǎn)子齒諧波的作用最為顯著。

當(dāng)定、轉(zhuǎn)子槽數(shù)相等時，定子齒諧波磁通不會在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生高頻電流損耗。當(dāng)定、轉(zhuǎn)子槽數(shù)很接近時，轉(zhuǎn)子齒中由定子齒諧波磁通引起的脈振較小，脈振損耗也就較小。同理，定子齒中由轉(zhuǎn)子齒諧波磁通引起的脈振損耗也較小。（2）槽配合對異步附加轉(zhuǎn)矩的影響

異步附加轉(zhuǎn)矩是某一極對數(shù)的定子諧波磁場與由它感應(yīng)于轉(zhuǎn)子中的電流所建立的同一極對數(shù)的諧波磁場相互作用而產(chǎn)生的。這兩個磁場之間有直接的依賴關(guān)系。定子?次諧波磁勢產(chǎn)生的異步附加轉(zhuǎn)矩最大值與基波磁勢產(chǎn)生的起動轉(zhuǎn)矩之比： Tvmax Tst 1Xm?K2vKskv???。'?2vR2KK?21sk1? 2（3）槽配合對同步附加轉(zhuǎn)矩的影響

如果定子某一個諧波磁場感應(yīng)于轉(zhuǎn)子中的電流所建立的某一諧波磁場的極對數(shù)，等于另一個定子諧波磁場的極對數(shù)，則在某一轉(zhuǎn)速下，這兩個極對數(shù)相等的定轉(zhuǎn)子磁場可以在空間上同步旋轉(zhuǎn)而相對靜止，因此它們相互作用而產(chǎn)生一個象同步電機一樣的轉(zhuǎn)矩，稱為同步附加轉(zhuǎn)矩。同步附加轉(zhuǎn)矩迭加在電動機的異步轉(zhuǎn)矩上，使電機的轉(zhuǎn)矩特性曲線發(fā)生畸變，影響電機的起動性能。其中，由定子齒諧波磁場和轉(zhuǎn)子齒諧波磁場所構(gòu)成的附加同步轉(zhuǎn)矩最嚴(yán)重。（4）槽配合對振動和噪聲的影響 當(dāng)槽配合符合下列條件時，定、轉(zhuǎn)子齒諧波磁場將引起電機振動和噪聲： Z1?Z1?i ? ??i?1,2,3......? Z2=Z1?2p?i? 同樣，定、轉(zhuǎn)子相帶諧波磁場與轉(zhuǎn)子一階齒諧波引起振動和噪聲的條件為： Z1?2pm1k1? ??k1?0,i?1,2,3......? Z2=2pm1k1?i?（5）感應(yīng)電機定、轉(zhuǎn)子槽配合的選擇

定、轉(zhuǎn)子槽配合對感應(yīng)電機附加損耗、附加轉(zhuǎn)矩、振動和噪聲等影響很大。通常在選擇槽配合時主要考慮下列原則： 1）為了減小附加損耗，應(yīng)采取少槽近槽配合

2）為了避免在起動過程中產(chǎn)生較強的異步附加轉(zhuǎn)矩，應(yīng)使

z2?1.25?z1?p?。3）為了避免在起動過程中，產(chǎn)生較強的同步附加轉(zhuǎn)矩、振動和噪聲，應(yīng)避免采用下表1第4項所列的槽配合。表1 2.3.2 轉(zhuǎn)子槽形的選擇和槽形尺寸的確定

（1）轉(zhuǎn)子槽形 感應(yīng)電動機籠型轉(zhuǎn)子槽型種類很多。如下圖6 圖 6 感應(yīng)電動機籠型轉(zhuǎn)子常用槽型

a）、b）平行齒 c）、d）平行槽e）凸形槽f）刀型槽 g）、h)閉口槽i）雙籠轉(zhuǎn)子槽j）梯形槽（2）轉(zhuǎn)子槽形尺寸的確定

轉(zhuǎn)子槽形尺寸對電動機的一系列性能參數(shù)如：起動電流、起動轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩、起動過程中的轉(zhuǎn)矩（即T-s曲線的形狀）、轉(zhuǎn)差率、轉(zhuǎn)子銅耗、功率因數(shù)、效率和溫升等有相當(dāng)打的影響。其中起動轉(zhuǎn)矩、起動電流、最大轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)子槽型尺寸的關(guān)系最為密切。此外還要重點考慮起動性能的要求；估算轉(zhuǎn)子導(dǎo)條電流；初步給定導(dǎo)條電流密度；計算導(dǎo)條截面積；由導(dǎo)條截面積、槽形以及轉(zhuǎn)子齒、軛部磁密，確定轉(zhuǎn)子槽具體尺寸，槽口部分主要由工藝確定。（3）端環(huán)的設(shè)計

轉(zhuǎn)子端環(huán)的設(shè)計與轉(zhuǎn)子槽的設(shè)計相類似，在保證是夠起動轉(zhuǎn)力的前提下應(yīng)盡使端環(huán)原型小一點，以節(jié)約鋁材料和提高電動機的品質(zhì)因數(shù)。1）類似槽形尺寸確定

2）為利于散熱，電流密度低于導(dǎo)條電密 圖 7 端環(huán)設(shè)計尺寸圖 第3章 三相鼠籠式電動機電磁設(shè)計與方案調(diào)整 本章詳細(xì)闡述Y90S—4 0.75 kW異步電動機的設(shè)計，該電機為一般用途的鼠籠式全封閉自扇冷式三相異步電動機，定子繞組為銅線，絕緣等級為B級，其基本結(jié)構(gòu)防護要求達到國家電工委員會外殼防護等級IP44的要求。滿足國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，向某些國際表準(zhǔn)及某些發(fā)達國家標(biāo)準(zhǔn)靠攏，貫徹―三化‖——標(biāo)準(zhǔn)化、系列化及通用化的要求。3.1鼠籠式電動機電磁方案的設(shè)計

一、額定數(shù)據(jù)及主要尺寸 1．輸出功率P2 P2=0.75kW 2．外施相電壓U1 U1=220V 3．功電流IKW I? P2?1030.75?103 KW m=1?U1 3?220=1.1363636A 4．效率?? ??=0.77 5．功率因數(shù)cos?? cos??=0.763 6．極數(shù)p p=4 7．定子槽數(shù)Q1 Q1=24 轉(zhuǎn)子槽數(shù)Q2 Q2=22 8．定子每極槽數(shù) QP1? Q1p=24 4=6 轉(zhuǎn)子每極槽數(shù) QQ222P2? p=4 =5.5 9．定、轉(zhuǎn)子沖片尺寸見右圖8，圖9 單位（mm）圖 8 定子沖片尺寸 P2=0.75 kW U1=220 V IKW=1.13636A ??=0.77 cos??=0.763 p=4 Q1=24 Q2=22 QP1=6 QP2=5.5 圖 9 轉(zhuǎn)子尺寸

12電機設(shè)計論文_電動機論文 10．極距?P ?P? ??Di1= ??75 p 4 =58.9049 11．定子齒距t1 t1??75 1? ??DiQ= =9.8175 1 24 12．轉(zhuǎn)子齒距t2 t??D22? = ??74.5 Q2 22 =10.6385 13．節(jié)距y y=5 14．轉(zhuǎn)子斜槽寬bSK bSK=9.8175 15．每槽導(dǎo)體數(shù)16．每相串聯(lián)導(dǎo)體數(shù) ZQ1?Z1Z?1? ?1 m=24?103

Z1 Z1=103 1?a1 3?1=824 式中：

a1=1 17．繞組線規(guī)（估算）式中： 導(dǎo)線并繞根數(shù)·截面積 N?? I?1 1?S1? N?? 1?S1（mm22）a 1??1 = 1.9342 1?6.19 =0.3125 定子電流初步估算值 I? IKW1.1363636 I/1?1 ???cos??=0.77?0.763=1.9342 定子電流密度?? 1 ??? 21查表得?1=6.19A/MM 18．槽滿率（1）槽面積 2R?bS1??? ?R2 SS?2hS?h?2 =2?3.9?5.7??3.92?2 8.6?2??2 =70.2023mm2 18 ?P=58.9049 mm t1=9.8175mm t2=10.6385mm y=5 bSK=9.8175mm Z1=103 Z?1=824 a1=1 N??S? 11=0.3125 ?? 1=6.19 A/mm2 SS=70.2023mm2（2）槽絕緣占面積（3）槽有效面積（4）槽滿率

絕緣厚度Ci 導(dǎo)體絕緣后外 槽契厚度h 19．鐵心長l 鐵心有效長 凈鐵心長lFe 鐵心壓裝系數(shù)KFe 20．繞組系數(shù)（1）分布系數(shù) 式中： S? i?Ci???2hS??R??? =0.25（2*8.6+?*3.9）=7.5845 mm2 Se?SS?S =70.2023-7.5845=62.6178 mm2 SN1?Z1?d21*103*0.f? S=69 =0.7831 e 62.6178Ci=0.25 mm d=0.69 h=2 無徑向通風(fēng)道leff?l?2g =80+0.25*2 =80.5 無徑向通風(fēng)道lFe?KFe?l =0.95*80=76 KFe?0.95 Kdp1?Kd1?Kp1 =0.9659265*1=0.965926 sinq? ?30?1?sin??2?Kd1 ? ?2?=?2?q30 1?sin 2 2?sin2=0.965926 q1? Q124 mp= 3*4 ?2 1???p?Q=30 1 19 S2i=7.5845 mm Se=62.6178 mm2 Sf=0.7831 Ci=0.25mm d=0.69mm h=2mm leff=80.5mm lFe=76mm KFe?0.95 Kdp1=0.965926 Kd1=0.965926 q1=2 ??30（2）短距系數(shù) Kp1?sin???90?? =1 式中： ?? y5 Q=?0.8333 p16 21．每相有效串聯(lián)導(dǎo)體Z?1?Kdp1?Z?1?Kdp1 數(shù) =824*0.965926 =796

二、磁路計算 22．每極磁通 ?? E1?108 2.22f?Z ?1?Kdp1 ?194.596*1082.22*50*796 =220261.7 式中： E?? 1???1??L??? U1 ??1?0.115475 ?*220=194.6 23．齒部截面積（1）定子 ST1?bT1?lFe?QP1 =4.7569*76*6 =2169.16（2）轉(zhuǎn)子 ST2?bT2?lFe?QP2 =4.99495*76*5.5 =2068.89 24．軛部截面積（1）定子 S? C1?hC1?lFe =10.2667*76 =780.2667 mm2 式中：定子軛部磁路計? ?D1?Di11 算高度h? hC1 C1 2?hS?3 R 圓底槽 ? 120?752?13.5?1 3 *3.8 ?10.266720 Kp1?1 ??0.83333 Z?1?Kdp1=796 ?=220261.7 E1=194.6 V ST1=2169.16 ST2=2068.89 SC1=780.2667 h? C1? 10.2667 mm（2）轉(zhuǎn)子

式中：轉(zhuǎn)子軛部磁路計? SC2?hC2?lFe =11.75*76 Sc2=893 算高度h? C2平底槽

25．空氣隙面積26．波幅系數(shù)

27．定子齒磁密28．轉(zhuǎn)子齒磁密29．定子軛磁密30．轉(zhuǎn)子軛磁密31．空氣隙磁密=893 mm2 h? ?D2?Di2C2 2?h?2R3 dK2 74.5?26 ? 2 ?12.5 ?11.75mm Sg??p?leff =58.9049*80.5 =4747.84mm2 F最大? S?平均? =1.455 B? T1?FSS T1 ?1.455* 220261.7 2169.16 =14774.4 GS B? T2?FSS T2 ?1.455* 220261.7 2068.89 =15490.4 GS BC1?12??S C1 ? 12*220261.7780.2667 =14114.5 GS B1?C2?2?S C2 ? 1220261.72*893 =12332.7 GS B? g?FS S g 21 S?=4747.84 FS=1.455 BT1=14774.4 GS BT2=15490.4 GSBC1=14114.5 GS BC2=12332.7 GSBg=6758.6 GS ?1.455* 32．查附錄Vl得 220261.7 =6758.6 GS 4741.8 atT1=17.8 atT2=26.7 atC1=13.2 atC2=7.22 33．齒部磁路計算長度 定子: 半開口平底槽 轉(zhuǎn)子:平底槽 =9.2+ ? hT1?hS1?hS2 'hT1=10.4667mm 1 *3.8=10.4667 mm 3 'hT2=12 mm ? hT2?hR1?hR2=12 mm 34．軛部磁路計算長 定子: ? lC1?? ? ???D1?hC1?? 轉(zhuǎn)子: 2p ??120?10.2667?? 8 ?43.0922mm ? ???Di2?hC2? lC2? 2p ??26?11.75?? 8 ?14.8244mmge?g?KC1?KC2 ? 'lC1=43.0922 mm 'lC2=14.8244 mm 35．有效氣隙長度 式中： 定、轉(zhuǎn)子卡氏系數(shù)KC1、KC2 半閉口槽和半開口槽 ge=0.33509 =0.25 * 1.05 * 1.3404 =0.33509 KC? t?4.4g?0.75bo?t4.4g?0.75bo?bo 2 KC=1.3404 即KC?KC1*KC2 式中： 齒距為 t KC1? ?4.4*0.25?0.75*2.5?9.8175 4.4*0.25?0.75*2.5?2.529.8175 KC1=1.2722 =1.2722 22 12電機設(shè)計論文_電動機論文 槽口寬bo K10.2667 C2? ?4.4*0.25?0.75*1? 10.2667 4.4*0.25?0.75*1?12 =1.0535 36．齒部所需安匝 定子: AT?at? T1T1?hT1 =17.8×1.04667=18.6307 mm2 轉(zhuǎn)子: AT? T2?atT2?hT2 =26.7×1.2=32.04 mm2 37．軛部所需安匝 定子 ATC? C1?1?atC1?lC1 =0.353×13.2×4.30922 =20.0792 mm2 軛部磁路長度校正系C1=0.353 數(shù)C1 轉(zhuǎn)子 AT?

第二篇：電機拖動論文

電機與拖動論文

班級：班班班班班班班班班班

姓名：某某某

學(xué)號：000000000000

異步電機的現(xiàn)狀與發(fā)展

電能是國民經(jīng)濟中應(yīng)用最廣泛的能源，而電能的生產(chǎn)、傳輸、分配和使用等各個環(huán)節(jié)都依賴于各種各樣的電機。電力拖動是國民經(jīng)濟各部門中采用最多最普遍的拖動方式，是生產(chǎn)過程電氣化、自動化的重要前提。由此可見，電機及電力拖動在國名經(jīng)濟中起著極其重要的作用。

電機的分類

1、按工作電源分類 根據(jù)電動機工作電源的不同，可分為直流電動機和交流電動機。其中交流電動機還分為單相電動機和三相電動機。

2、按結(jié)構(gòu)及工作原理分類 電動機按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為異步電動機和同步電動機。同步電動機還可分為永磁同步電動機、磁阻同步電動機和磁滯同電動機。異步電動機可分為感應(yīng)電動機和交流換向器電動機。感應(yīng)電動機又分為三相異步電動機、單相異步電動機和罩極異步電動機。交流換向器電動機又分為單相串勵電動機、交直流兩用電動機和推斥電動機。直流電動機按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為無刷直流電動機和有刷直流電動機。有刷直流電動機可分為永磁直流電動機和電磁直流電動機。電磁直流電動機又分為串勵直流電動機、并勵直流電動機、他勵直流電動機和復(fù)勵直流電動機。永磁直流電動機又分為稀土永磁直流電動機、鐵氧體永磁直流電動機和鋁鎳鈷永磁直流電動機。

3、按起動與運行方式分類 電動機按起動與運行方式可分為電容起動式電動機、電容盍式電動機、電容起動運轉(zhuǎn)式電動機和分相式電動機。

4、按用途分類 電動機按用途可分為驅(qū)動用電動機和控制用電動機。驅(qū)動用電動機又分為電動工具（包括鉆孔、拋光、磨光、開槽、切割、擴孔等用電動機）、家電（包括洗衣機、電風(fēng)扇、電冰箱、空調(diào)器、錄音機、錄像機、影碟機、吸塵器、照相機、電吹風(fēng)、電動剃須刀等用電動機）及其它通用小型機械設(shè)備（包括各種小型機床、小型機械、醫(yī)療器械、電子儀器等用電動機）?？刂朴秒妱訖C又分為步進電動機和伺服電動機等。

5、按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)分類 電動機按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)可分為籠型感應(yīng)電動機（舊標(biāo)準(zhǔn)稱為鼠籠型異步電動機）和繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機（舊標(biāo)準(zhǔn)稱為繞線型異步電動機）。

6、按運轉(zhuǎn)速度分類 電動機按運轉(zhuǎn)速度可分為高速電動機、低速電動機、恒速電動機、調(diào)速電動機。低速電動機又分為齒輪減速電動機、電磁減速電動機、力矩電動機和爪極同步電動機等。調(diào)速電動機除可分為有級恒速電動機、無級恒速電動機、有級變速電動機和無極變速電動機外還可分為電磁調(diào)速電動機、直流調(diào)速電動機、PWM變頻調(diào)速電動機和開關(guān)磁阻。

電動機技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

電動機是一種實現(xiàn)機、電能量轉(zhuǎn)換的電磁裝置。它是隨著生產(chǎn)力的發(fā)展，反過來，電動機的發(fā)展也促進了社會生產(chǎn)力的不斷提高。從19世紀(jì)末期起，電動機就逐漸代替蒸汽機作為拖動生產(chǎn)機械的原動機一個多世紀(jì)以來，雖然電動機的基本結(jié)構(gòu)變化不大，但是電動機的類型增加了許多，在運行性能、經(jīng)濟指標(biāo)等方面也都有了很大的改進和提高。而且隨著自動控制系統(tǒng)和計算機技術(shù)的發(fā)展在一般旋轉(zhuǎn)電動機的理論基礎(chǔ)上又發(fā)展出許多種類的控制電動機?？刂齐妱訖C具有高可靠性、好精確度、快速響應(yīng)的特點，已成為電動機學(xué)科的一個獨立分支。

電動機的功能是將電能轉(zhuǎn)換成機械能。它可以作為拖動各種生產(chǎn)機械的動力，是國民經(jīng)濟各部門應(yīng)用最多的動力機械。

在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過程中，為了實現(xiàn)各種生產(chǎn)工藝過程，需要各種各樣的生產(chǎn)機械。拖動各種生產(chǎn)機械運轉(zhuǎn)，可以采用氣動、液壓傳動和電力拖動。由于電力拖動具有控制簡單、調(diào)節(jié)性能好、耗損小、經(jīng)濟、能實現(xiàn)遠距離控制和自動控制等一系列優(yōu)點，因此大多數(shù)生產(chǎn)機械都采用電力拖動。按照電動機的種類不同，電力拖動系統(tǒng)分為直流電力拖動系統(tǒng)和交流電力拖動系統(tǒng)兩大類。

縱觀電力拖動的發(fā)展過程，交、直流兩種拖動方式并存于各個生產(chǎn)領(lǐng)域。在交流電出現(xiàn)以前，直流電力拖動是唯一的一種電力拖動方式。19世紀(jì)末期，由于研制出了經(jīng)濟實用的交流電動機，致使交流電力拖動在工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。但隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，特別是精密機械加工與冶金工業(yè)生產(chǎn)過程的進步，對電力拖動在起動、制動、正反轉(zhuǎn)以及調(diào)速精度與范圍等靜態(tài)特性和動態(tài)響應(yīng)方面提出了新的更高的要求。由于交流電力拖動比直流電力拖動在技術(shù)上難以實現(xiàn)這些要求，所以20世紀(jì)以來在可逆、可調(diào)速與高精度的拖動技術(shù)領(lǐng)域中，相當(dāng)時期內(nèi)幾乎都是采用直流電力拖動。而交流電力拖動則主要用于恒轉(zhuǎn)速系統(tǒng)。

雖然直流電動機具有調(diào)速性能優(yōu)異這一突出特點但是由于它具有電刷與換向器（又稱整流子），使得他的故障率較高，電動機的使用環(huán)境也受到了限制，如不能在有易爆氣體及塵埃多的場合使用，其電壓等級、額定轉(zhuǎn)速、單機容量的發(fā)展也受到了限制。所以在20世紀(jì)60年代以后，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展調(diào)速電動機。半導(dǎo)體交流技術(shù)的交流技術(shù)的交流調(diào)速系統(tǒng)得以實現(xiàn)。尤其是70年代以來大規(guī)模集成電路和計算機控制技術(shù)的發(fā)展，為交流電力拖動的廣泛應(yīng)用創(chuàng)造了有利條件。諸如交流電動機的串級調(diào)速、各種類型的變頻調(diào)速、無換向器電動機調(diào)速等使得交流電力拖動逐步具備了調(diào)速范圍寬、穩(wěn)態(tài)精度高、動態(tài)響應(yīng)快以及在四象限做可逆運行等良好的技術(shù)性能，在調(diào)速性能方面完全可與直流電力拖動媲美。除此之外，由于交流電力拖動具有調(diào)速性能優(yōu)良、維修費用低等優(yōu)點，將廣泛應(yīng)用于各個工業(yè)電氣自動化領(lǐng)域中，并逐步取代直流電力拖動而成為電力拖動的主流。

異步電機的發(fā)展

異步電機是一種交流電機，也叫感應(yīng)電機，主要作電動機使用。異步電動機廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，例如機床、水泵、冶金、礦山設(shè)備與輕工業(yè)機械等都用它作為原動機，其容量從幾千瓦到幾千千瓦。日益普及的家用電器，例如在洗衣機、風(fēng)扇、電冰箱、空調(diào)器中采用單向異步電動機，其容量從幾瓦到幾千瓦。在航天、計算機等高科技領(lǐng)域控制電機得到廣泛應(yīng)用。異步電機也可以作為發(fā)電機使用，例如小水電站、風(fēng)力發(fā)電機也可采用異步電機。

異步電機之所以得到廣泛應(yīng)用。主要由于它有如下優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、制造容易、價格低廉、堅固耐用，而且有較高的效率和相當(dāng)好的工作特性。異步電機主要的缺點是目前尚不能經(jīng)濟的在較大范圍內(nèi)平滑調(diào)速以及它必須從電網(wǎng)吸收滯后的無功功率。雖然異步電機的交流調(diào)速已有長足進展，但成本較高，尚不能廣泛使用。在電網(wǎng)負(fù)載中，異步電機所占比重較大，這個滯后的無功功率對電網(wǎng)是一個相當(dāng)重的負(fù)擔(dān)。它增加了線路損耗、妨礙了有功功率的輸出。當(dāng)負(fù)載要求電動機容量較大而電網(wǎng)功率因數(shù)又較低的情況下，最好采用同步電動機來拖動。

異步發(fā)電機的發(fā)展對發(fā)電機產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生了較大的沖擊力。主電容器是用來使發(fā)電機建立空載電壓的電容器。一般是將它們聯(lián)結(jié)成一組，并接于發(fā)電機出線端。附加電容器要根據(jù)實際負(fù)荷的大小進行投，所以它們必需分成若干組分別接入電路。附加電容器是用來使發(fā)電機由空載至滿載，維持發(fā)電機額定電壓不變的電容器。

2013年我國異步發(fā)電機行業(yè)面對新的發(fā)展形勢，因為新進入企業(yè)不斷增多、上游原材料價格持續(xù)上漲、發(fā)電機租賃行業(yè)發(fā)展的也相當(dāng)不錯。導(dǎo)致行業(yè)利潤降低，因此我國異步發(fā)電機行業(yè)市場競爭也日趨激烈。必需并聯(lián)恰當(dāng)數(shù)值的勵磁電容。固然受金融危機影響使得異步發(fā)電機行業(yè)近兩年發(fā)展速度略有減緩。但跟著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展以及國際金融危機的逐漸消退，我國異步發(fā)電機行業(yè)重新迎來良好的發(fā)展機遇。異步發(fā)電機在水輪機的驅(qū)動下，當(dāng)其轉(zhuǎn)速達到額定值時，利用其剩磁建立微小的剩磁電壓。

異步電念頭加上適量的電容器，便成為一臺異步發(fā)電機，也就是將所需要的電容器。并接在異步電念頭定子出線端即可。對于感性負(fù)荷則應(yīng)將其附加，電容器并接在負(fù)荷之上，隨負(fù)荷的投入而投入。面臨這一現(xiàn)狀，異步發(fā)電機行業(yè)業(yè)內(nèi)企業(yè)要積極應(yīng)對，注重培養(yǎng)立異能力，不斷進步自身出產(chǎn)技術(shù)，加強企業(yè)競爭上風(fēng)。于此同時異步發(fā)電機行業(yè)內(nèi)企業(yè)還應(yīng)全面掌握該行業(yè)的市場運行態(tài)勢，不斷學(xué)習(xí)該行業(yè)最新出產(chǎn)技術(shù)，了解該行業(yè)國家政策法規(guī)走向，把握同行業(yè)競爭對手的發(fā)展動態(tài)。只有如斯才能使企業(yè)充分了解該行業(yè)的發(fā)展動態(tài)及自身在行業(yè)中所處地位，并制定準(zhǔn)確的發(fā)展策略以使企業(yè)在殘酷的市場競爭中取得領(lǐng)先上風(fēng)。

空載勵磁和負(fù)載并聯(lián)電容量的選擇。準(zhǔn)確選擇空載勵磁并聯(lián)電容量很重要，假如電容量選擇過大則造成空載電壓太高，可能損壞設(shè)備，選得過小，空載電壓又太低，選擇空載勵磁電容應(yīng)使發(fā)電機產(chǎn)生的電壓不超過銘牌劃定的額定電壓。自勵式異步電機的選擇和發(fā)電所要具備的前提，為了同時知足動力及照明負(fù)荷的用電，通常應(yīng)選擇“Y”型接法的異步電念頭，以便于引出中性線。電念頭轉(zhuǎn)速的選擇應(yīng)略低于原念頭轉(zhuǎn)速，原念頭轉(zhuǎn)速一般比電念頭同期轉(zhuǎn)速高出5%～10%左右為宜。

在農(nóng)村將異步電念頭改為發(fā)電機的經(jīng)驗如下：發(fā)電機的勵磁方式，發(fā)電機勵磁方式有兩種，一種叫他勵方式，這種方式是電網(wǎng)供應(yīng)勵磁電流來建立磁場。為了降低造價，應(yīng)選擇容量在15kW以內(nèi)，電壓為 380/220V的異步電念頭為宜。該剩磁電壓加在接于定子出線真?zhèn)€電容器上，產(chǎn)生一個容性電流，該電流便成為發(fā)電機的勵磁電流。電念頭轉(zhuǎn)子上必需有一定的剩磁。

第三篇：電機拖動論文

電機與拖動讀書報告

1.電機的分類與介紹

1.1 電機的分類

（1）同步型電機：交流同步電機；永磁同步電機；無刷直流電機；步進電動機；開關(guān)磁阻電動機；

（2）異步型（感應(yīng)型）電機：三相籠型轉(zhuǎn)子異步電動機；單相異步電動機；三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動機；（3）排斥型電機。

下面具體介紹三相籠型轉(zhuǎn)子異步電動機和單相異步電動機兩種電機。

1.2 三相籠型轉(zhuǎn)子異步電動機

結(jié)構(gòu)組成圖

1.2.1定子

電動機的靜止部分稱為定子，主要包括定子鐵心、定子繞組和機座等。

（1）定子鐵心

作用：磁路一部分；放置定子繞組。

材料：0.35~0.5mm硅鋼片疊裝

槽的類型：半閉口型（小 型）

半開口型（中大型）

開口型（高壓型）（2）定子繞組

作用：產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場

材料：高強度漆包線（小型）絕緣處理的銅條（大中型）

接法：星形或三角形（六個出線端）

（3）機座

作用：固定定子鐵心，保護整臺電機

材料：鑄鐵（中小型）鋼板（大型）

1.2.2 轉(zhuǎn)子

電動機的旋轉(zhuǎn)部分為轉(zhuǎn)子，由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組、轉(zhuǎn)軸及風(fēng)葉等組成。

（1）轉(zhuǎn)子鐵心

作用：電動機磁路一部分

材料：0.5mm相互絕緣硅鋼片（2）轉(zhuǎn)子繞組

作用：產(chǎn)生感應(yīng)電流和電動勢，在旋轉(zhuǎn) 磁場作用下產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩

分類：a、籠型轉(zhuǎn)子

結(jié)構(gòu)：單籠型、雙籠型、深槽式，其中單籠型又分鑄鋁和銅條轉(zhuǎn)子。

1.2.3其他附件：

1、端蓋

2、軸承和軸承蓋

3、風(fēng)扇和風(fēng)罩

1.3 單相異步電動機

1.3.1 基本結(jié)構(gòu)

（1）定子：電動機的定子由定子鐵心和定子繞組構(gòu)成，如圖2-2所示。

（2）轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸構(gòu)成，如圖2-3所示。轉(zhuǎn)子繞組一般有籠形轉(zhuǎn)子和繞線式轉(zhuǎn)子繞組兩種。

（3）其他部件：單相異步電動機的其他部件還有機殼、前后端蓋、風(fēng)葉等。

1.3.2 工作原理

設(shè)磁極按逆時針方向旋轉(zhuǎn)，形成一個旋轉(zhuǎn)磁場，置于旋轉(zhuǎn)磁場中的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條切割磁感應(yīng)線，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，由于籠型轉(zhuǎn)子繞組是閉合結(jié)構(gòu)，所以轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流。根據(jù)右手定則，可以判斷出位于N極下的導(dǎo)條感應(yīng)電流方向為進入紙面；而位于 S 極下的導(dǎo)條感應(yīng)電流方向為穿出紙面。又因為載流導(dǎo)體在磁場中會受到電磁力的作用，根據(jù)左手定則可判斷出位于 N 極下的導(dǎo)條受力方向向左；位于 S 極下的導(dǎo)條受力方向向右。這樣，在籠型轉(zhuǎn)子上就形成一個逆時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩，從而驅(qū)動轉(zhuǎn)子跟隨旋轉(zhuǎn)磁場按順時針方向轉(zhuǎn)動起來。

若磁極按順時針方向旋轉(zhuǎn)，同理，轉(zhuǎn)子也會改變方向朝順時針方向轉(zhuǎn)動。另外，磁場若加快旋轉(zhuǎn)切割轉(zhuǎn)子速度，轉(zhuǎn)子上感應(yīng)電流及電磁轉(zhuǎn)矩將增大，則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速加快。

“異步”解釋：異步電動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)向一致，如果轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速相等，則轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場之間沒有相對運動，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條不再切割磁感應(yīng)線，沒有電磁感應(yīng)，感應(yīng)電流和電磁轉(zhuǎn)矩為零，轉(zhuǎn)子失去旋轉(zhuǎn)動力，在固有阻力矩的作用下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速必然低于旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速，所以稱其為異步電動機。

如果電動機轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場以相同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，這種電動機稱為同步電動機。異步電動機旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速（也稱同步轉(zhuǎn)速 n0）與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n 之差稱為轉(zhuǎn)差，轉(zhuǎn)差與同步轉(zhuǎn)速 n0 的比值用“轉(zhuǎn)差率” s 表示：

0

0

n?ns?n1.3.3 基本分類

（1）電阻起動式異步電動機（2）電容起動式異步電動機

（3）電容運轉(zhuǎn)式異步電動機

（4）電容起動運轉(zhuǎn)式異步電動機（5）罩極式電動機

2.異步電動機的起動方法

2.1 直接起動

直接起動，也就是全壓起動，是一種最簡單的起動方法也是三相異步電動機應(yīng)用最多的一種起動方法。小功率電機常常采用這種起動方式然而對較大功率的電機而言，這種起停方式的缺點也是顯而易見的。在這種起動方式下，起動電流約為標(biāo)稱電流的4-7倍;起動轉(zhuǎn)矩約為標(biāo)稱轉(zhuǎn)矩的1.0?2.0倍。其特點是:電機端子少(一般為三端子電機)，可帶載起動、高電流峰值和大壓降起動，設(shè)備簡易。

直接起動是最簡單的起動方式，起動時通過空開或接觸器將電機直接接到電網(wǎng)上。具有起動設(shè)備簡單，起動速度快的優(yōu)點, 而且起動轉(zhuǎn)矩比采用降壓起動時大。在電網(wǎng)和負(fù)載兩方面都允許全壓直接起動的情況下，鼠籠式異步電動機仍以直接起動為宜．因為操縱控制方便，而且比較經(jīng)濟。

其危害很大電網(wǎng)沖擊大。過大的起動電流，會造成電網(wǎng)壓降，影響其他用電設(shè)備的正常進行。還可能使欠壓保護動作，造成用電設(shè)備的有害跳閘。同時過大的起動電流會使電機繞組發(fā)熱，從而加速絕緣老化，影響電機壽命；機械沖擊嚴(yán)重，過大的沖擊力矩容量造成電機轉(zhuǎn)子籠條、端環(huán)斷裂和定于端部繞組絕緣磨損，導(dǎo)致絕緣擊穿燒毀電機，轉(zhuǎn)軸扭曲，聯(lián)軸節(jié)、傳動齒輪損傷和皮帶撕裂等。

因此盡管直接起動方法簡單．起動設(shè)備也簡單，價格便宜，但為了限制電和機械的沖擊，以及保證電網(wǎng)的供電質(zhì)量，在某種場合，就得采取減壓起動方式，或者在繞線式異步電動機的轉(zhuǎn)子電路中串入阻抗進行起動。

圖2.1為三相交流異步電動機直接起動的電路圖。三相交流電源經(jīng)由組合開關(guān)K，熔斷器F1、F2、F3，交流接觸器KM的主觸點到電動機定子繞組，構(gòu)成了主電路。

2.2 降壓起動

降壓起動通過降低起動時加在定子繞組上的電壓來減小起動電流，起動結(jié)束后，再將定子繞組的兩端電壓恢復(fù)到額定值。降壓起動雖然能減小起動電流，但是起動轉(zhuǎn)矩也大大減小了，所以降壓起動一般適用于中、大容量的異步電動機輕載貨空載起動。

降壓起動適用于容量大于或等于20Kw并帶輕載的工況。由于輕載，故電動機起動時電磁轉(zhuǎn)矩很容易滿足負(fù)載要求。主要問題是起動電流大，電網(wǎng)難以承受過大的沖擊電流，因此必須降低起動電流。

在研究起動時，可以用短路阻抗Rk+jRk來等效異步電動機。電機的起動電流（即流過Rk+jRk上的電流）與端電壓成正比，而起動轉(zhuǎn)矩與電機端電壓的平方成正比，這就是說起動轉(zhuǎn)矩比起動電流降得更快。降壓之后在起動電流滿足要求的情況下，還要校核起動轉(zhuǎn)矩是否滿足要求。

3.變頻器

3.1 通用變頻器 3.1.1 基本結(jié)構(gòu)

主要包括三個部分：一是主電路接線端，包括接工頻電網(wǎng)的輸入端（R、S、T），接電動機的頻率、電壓連續(xù)可調(diào)的輸出端（U、V、W）;二是控制端子，包括外部信號控制端子、變頻器工作狀態(tài)指示端子、變頻器與微機或其他變頻器的通信借口；三是操作面板，包括液晶顯示屏和鍵盤。結(jié)構(gòu)原理示意圖如下：

通用變頻器由主電路和控制電路組成，其基本構(gòu)成如下圖所示。其中，給異步電動機提供調(diào)壓調(diào)頻的店里變換部分稱為主電路，主電路包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)（又稱平波電路）和逆變器等。

（1）整流器。電網(wǎng)側(cè)的變流器為整流器，它的作用是把工頻電源變成直流電源。三相交流電源一般需經(jīng)過壓敏電阻網(wǎng)絡(luò)引入到整流橋的輸入端。壓敏電阻網(wǎng)絡(luò)的作用是吸收交流電網(wǎng)浪通過電壓，從而避免浪涌侵入，導(dǎo)致步電壓而損壞變頻器。整流電路按其控制方式可以是直流電壓源，也可以是直流電流源。電壓型變頻器的整流電路屬于不可控整流橋直流電壓源，當(dāng)電源線電壓為380V時，整流器件的最大反向電壓一般為1000V，最大整流電流為通用變頻器額定電流的2倍。

（2）逆變器。負(fù)載側(cè)的變流器為逆變器。與整流器的作用相反，逆變器是將直流功率變換為所需求頻率的交流功率。逆變器最常見的結(jié)構(gòu)形式是利用6個半導(dǎo)體主開關(guān)器件組成的三相橋式逆變電路。通過有規(guī)律的控制逆變器中主開關(guān)的導(dǎo)通和管斷，可以得到任意頻率的三相交流輸出波形。

（3）中間直流環(huán)節(jié)。中間直流環(huán)節(jié)實際上是中間直流儲能環(huán)節(jié)，另一個作用是承擔(dān)對整流電路輸出進行濾波，以減少電壓或電流的波動。此外，由于異步電動機制動的需要，在直流中間電路中還設(shè)有制動電阻及其他輔助電路，這就是直流中間電路的作用。電壓型變頻器的直流中間電路的主要元器件是大容量電解電容，而電流型變頻器則主要由大容量電感器組成。

控制電路常由運算電路，檢測電路，控制信號的輸入、輸出電路，驅(qū)動電路和制動電路等組成。其主要任務(wù)是完成對逆變器的開完控制，對整流器的電壓控制，以及完成各種保護功能等。

通用變頻器中的制動電路是為了滿足異步電動機制動的需要而設(shè)置的，對于大、小容量的通用變頻器來說，為了階躍能源，一般采用電源再生單元講上述能量回饋給供電電源。而對于小容量通用變頻器來說，則通常采用只懂電路，講異步電動機反饋回來的能量在制動電路上消耗掉。

3.1.2 基本分類

通用變頻器按其主電路結(jié)構(gòu)形式可分為交-交變頻器和交-直-交變頻器，如果主電路中沒有主流中間環(huán)節(jié)的稱為交-交變頻器。按其工作方式有電壓型變頻器和直流型變頻器。按其工作方式有電壓型變頻器和之流行變頻器；按其逆變器開關(guān)方式有PAM控制方式、PWM控制方式和高頻載波SPWM控制方式三種；按其逆變器控制方式有U/f控制方式。轉(zhuǎn)差頻率控制方式、矢量控制方式、矢量轉(zhuǎn)矩控制方式和直接轉(zhuǎn)矩控制等。

3.2 西門子變頻器（以440為例）

3.2.1 主要特性

（1）易于安裝，參數(shù)設(shè)置和調(diào)試（2）易于調(diào)試

（3）牢固的 EMC 設(shè)計

（4）可由 IT（中性點不接地）電源供電（5）對控制信號的響應(yīng)是快速和可重復(fù)的

（6）參數(shù)設(shè)置的范圍很廣，確保它可對廣泛的應(yīng)用對象進行配置（7）電纜連接簡便

（8）具有多個繼電器輸出

（9）具有多個模擬量輸出(0 － 20 mA)（10）6個帶隔離的數(shù)字輸入，并可切換為 NPN/PNP 接線（11）2個模擬輸入：

? AIN1：0 － 10 V，0 － 20 mA 和-10 至 +10 V ? AIN2：0 － 10 V，0 － 20 mA（12）2 個模擬輸入可以作為第 7 和第 8 個數(shù)字輸入

（13）BiCo(二進制互聯(lián)連接)技術(shù)

（14）模塊化設(shè)計，配置非常靈活

（15）脈寬調(diào)制的頻率高，因而電動機運行的噪音低（16）詳細(xì)的變頻器狀態(tài)信息和全面的信息功能

（17）有多種可選件供用戶選用：用于與 PC 通訊的通訊模塊，基本操作面板(BOP)，高級操作面板(AOP)，用于進行現(xiàn)場總線通訊的PROFIBUS 通訊模塊

3.2.2 基本結(jié)構(gòu)

4.電機的選型

4.1 步進電機的選型

4.1.1 選擇步進電機的幾個原則

對步進電機的初步選型，主要考慮三方面的問題：第一，步進電機的步距角要滿足進給傳動系統(tǒng)脈沖當(dāng)量的要求；第二，步進電機的最大靜力矩要滿足進給傳動系統(tǒng)的空載快速啟動力矩要求；第三，步進電機的啟動矩頻特性和工作矩頻特性必須滿足進給傳動系統(tǒng)對啟動力矩與啟動頻率、工作運行力矩與運行頻率的要求?？傊瑧?yīng)遵循以下原則：

(1)應(yīng)使步距角和機械系統(tǒng)相匹配，以得到機床所需的脈沖當(dāng)量。有時為了在機械傳動過程中得到更小的脈沖當(dāng)量，一是改變絲杠的導(dǎo)程，二是通過步進電機的細(xì)分驅(qū)動來完成。但細(xì)分只能改變其分辨率，不能改變其精度。精度是由電機的固有特性所決定的。

(2)．要正確計算機械系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，使電機的矩頻特性能滿足機械負(fù)載要求并有一定的余量，保證其運行可靠。在實際工作過程中，各種頻率下的負(fù)載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。一般來說，最大靜力矩大的電機，其承受的負(fù)載力矩也大。

(3)應(yīng)當(dāng)估算機械負(fù)載的負(fù)載慣量和機床要求的啟動頻率，使之與步進電機的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足機床快速移動的需要。(4)合理確定脈沖當(dāng)量和傳動鏈的傳動比。

4.1.2 計算折算到電機軸上的空載啟動力矩和切削時的負(fù)載力矩(1)計算負(fù)載力矩

電機軸上的負(fù)載力矩一般由三部分組成，其一是由切削分力產(chǎn)生的切削負(fù)載力矩；其二是由導(dǎo)軌摩擦力產(chǎn)生的摩擦負(fù)載力矩；其三是由滾珠絲杠的預(yù)緊而產(chǎn)生的附加負(fù)載力矩。每種負(fù)載力矩的計算方法不同。

①切削負(fù)載力矩 Tc(N·m)的計算

Tc?FL 2??i式中：F 為在切削狀態(tài)下，滾珠絲杠的軸向負(fù)載力，N；L為電機每轉(zhuǎn)一圈，機床執(zhí)行部件在軸向移動的距離m；?為進給傳動系統(tǒng)的總效率，?取0．90。

②摩擦負(fù)載力矩 Tu(N·m)的計算 Tu?FL 2??i式中：F 為在不切削狀態(tài)下，滾珠絲杠的軸向負(fù)載力(即為空載時的導(dǎo)軌摩擦力)。

③ 由滾珠絲杠的預(yù)緊而產(chǎn)生的附加負(fù)載力矩Tf(N·m)的計算

Tf?FL(1??0?2)

2??i式中：F 為滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊力；L為滾珠絲杠螺母副的基本導(dǎo)程;?為滾珠絲杠螺母副的效率，取?=0．98。

④折算到電機軸上的負(fù)載力矩(N·m)的計算 空載(快進)時 T=Tu+Tf 切削(工進)時 T=Tc+Tf(2)計算電機軸上的加速力矩Top(N·m)2?9.8?n(Jm?Jd)

Top?60?980t式中：n 為運動部件以最快速度運動時電機的最高轉(zhuǎn)速；Jm為電機的轉(zhuǎn)動慣量。；Jd 為機械系統(tǒng)折算到電機軸上的負(fù)載慣量；t為加速時間。

(3)計算折算到電機軸上的加速力矩

該加速力矩Tq 就是電機軸上所需的加速力矩。一般有二種情況，一是機床移動部件空載快速啟動時，系統(tǒng)所需要的空載啟動加速力矩Tq。二是在機床切削狀態(tài)下，進給速度突然變化時，系統(tǒng)所需要的切削時的加速力矩Tq。

①空載啟動加速力矩 TQ(N·m)的計算 Tq=Taq+cjT=Taq+Tu+Tf ②切削時的加速力矩 Tt(N·m)的計算 Tt=Tat+Tcj =Tat+Tc+Tf 4.2 直流力矩電機的選型

4.2.1 基本介紹

4.2.2 選用實例

在計算力矩電機各參數(shù)時個參數(shù)之間的關(guān)系如下：

電壓與轉(zhuǎn)速成正比，電流與轉(zhuǎn)矩成正比，同一電壓下轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩成反比； 在不同電壓下計算轉(zhuǎn)速時計算方法如下：

按上表參數(shù)計算10V時空載轉(zhuǎn)速： 計算方法如下：n?運行電壓?最大空載轉(zhuǎn)速=518r/min

峰值堵轉(zhuǎn)電壓運行電壓?峰值堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩=0.01163N.m

峰值電壓計算10V時堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩：M?27V轉(zhuǎn)速100轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)矩和電流：

M?（1—）?峰值堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩=0.2915N.m 最大空載轉(zhuǎn)速運行轉(zhuǎn)速I?（1—最大轉(zhuǎn)速）?峰值堵轉(zhuǎn)電流=1.66A 最大空載轉(zhuǎn)速已知轉(zhuǎn)矩或電流計算轉(zhuǎn)速：

（1—計算方法如下：n?

已知電流/轉(zhuǎn)矩）?最大空載轉(zhuǎn)速

峰值堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩/電流

第四篇：故障電機論文

電氣設(shè)備故障診斷綜合實驗設(shè)計

姓名： 學(xué)號：

專業(yè)與班級:電氣工程及其自動化2011-6班

設(shè)計題目：利用小波包分析并結(jié)合FFT變換

來診斷電機故障

時間：2013 ～ 2014學(xué)年第（2）學(xué)期

成 績： 日 期：

利用小波包分析并結(jié)合FFT變換來診斷電機故障

摘要：根據(jù)電機發(fā)生不同故障時，電流頻譜中會出現(xiàn)不同程度、不同形式的特征分量的特點，利用MATLAB軟件對所測得的電流數(shù)據(jù)進行FFT變換后得到頻譜圖，分析并判斷故障類型。

關(guān)鍵字：特征分量、MATLAB、故障檢測、FFT、小波變換

引言：三相鼠籠式異步電動機因其結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、成本較低等優(yōu)點在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。但是由于工作環(huán)境惡劣，或者頻繁起動等原因，異步電機有很大一部分故障屬于轉(zhuǎn)子故障，其中，最容易發(fā)生的故障主要是轉(zhuǎn)子氣隙偏心、籠條斷裂、端環(huán)開裂和繞組過熱等。而過熱故障直接導(dǎo)致過熱部位的絕緣老化加劇，最終形成匝間短路，會造成更加嚴(yán)重的后果。因此，如何防止電機嚴(yán)重故障的發(fā)生，改變現(xiàn)有的電機維修檢修制度，降低維護成本，已經(jīng)成為工程上具有安全和經(jīng)濟兩方面重大意義的事情。

1、不同故障下電機一相電流波形比較

好電機一相電流波形圖1.510.50-0.5-1-1.500.10.20.30.40.50.60.70.80.91

一根斷條滿載時一相電流波形圖2.521.510.50-0.5-1-1.5-200.10.20.30.40.50.60.70.80.91一根斷條空載時一相電流波形圖1.510.50-0.5-1-1.500.10.20.30.40.50.60.70.80.91三根斷條時一相電流波形圖1.510.50-0.5-1-1.500.10.20.30.40.50.60.70.80.91氣隙偏心時一相電流波形圖0.250.20.150.10.050-0.05-0.100.10.20.30.40.50.60.70.80.91

分析及結(jié)論：由圖可知好電機的一相電流波形與發(fā) 5000HZ)生一根斷條、三根斷條故障時的電流波形幾乎沒有差異，因此，通過簡單的觀察電機定子電流波形不能準(zhǔn)確地分辨出電機是否故障和故障類型。

2、基于電流頻譜圖來判斷電機故障

2.1 轉(zhuǎn)子故障特征分量

理想的異步電動機定子電流的頻率是單一的，即電源頻率。但是當(dāng)轉(zhuǎn)子回路出現(xiàn)故障時，定子電流頻譜上，在與電源頻率相差兩倍轉(zhuǎn)差頻率（?2sf1）的位置上將各出現(xiàn)一個邊頻帶，并且，變頻帶分量隨負(fù)載增加和故障嚴(yán)重程度加重而增大。實際上還可能出現(xiàn)兩倍轉(zhuǎn)差頻率（?2sf1）的其他整數(shù)倍變頻分量，這樣轉(zhuǎn)子斷條故障的特征頻率可表示為：fbb?(1?2ks)f1。所以可以根據(jù)有無這一特征頻率判 斷電機是否故障。電機轉(zhuǎn)子斷條數(shù)目可由式：N?2Z2/(I1/I2?2P)來估計，其中，I1和I2分別表示f和(1?2s)f頻譜幅值，Z2表示轉(zhuǎn)子鐵心槽數(shù)，P表示電機極對數(shù)，N表示轉(zhuǎn)子斷條數(shù)目。

2.2 FFT變換和SFFT變換

計算離散傅里葉變換的一種快速算法，簡稱FFT?？焖俑道锶~變換是1965年由J.W.庫利和T.W.圖基提出的采用這種算法能使計算機計算離散傅里葉變換所需要的乘法次數(shù)大為減少，特別是被變換的抽樣點數(shù)N越多，F(xiàn)FT算法計算量的節(jié)省越明顯。

傳統(tǒng)的基于傅立葉變換的FFT頻譜分析對平穩(wěn)隨機信號分析和處理很有效，而在工程實踐中（包括故障診斷），信號的局部或突變特征是關(guān)注的重點，這時，F(xiàn)FT就表現(xiàn)出明顯的不足：缺乏對信號局部特征的描述能力，即缺乏空間（時間）局部性，換言之，變換F(?)在任何有限頻段上的信息都不足以確定任意小范圍的函數(shù)f(t)。后來采用加窗FFT也就是STFT(短時FFT)。它的基本思想是把信號分成很多段，每段近似為平穩(wěn)信號。但是STFT是單分辨率的分析方法，適用于分析具有固定不變帶寬的突變信號，無法對非平穩(wěn)信號進行完全的分析。

2.3 分析各個故障狀態(tài)下的頻譜圖

利用MATLAB中現(xiàn)有的fft函數(shù)對采樣得到的離散電流值進行FFT變換得到電流頻譜圖，并根據(jù)故障特征頻率的有無和該頻率下的幅值大小判斷電機是否故障和故障的嚴(yán)重程度。（采樣頻率為

好電機*********708090100一根斷條滿載*********708090100三根斷條*********708090100分析及結(jié)論：比較上述三幅圖知，當(dāng)電機正常時，曲線只在電源頻率50HZ處出現(xiàn)峰值；而當(dāng)電機出現(xiàn)一根斷條和三根斷條故障時，不僅50HZ處出現(xiàn)

對節(jié)點（12,104）重構(gòu)系數(shù)進行快速傅里葉變換。

峰值，50HZ左右兩側(cè)分別都出現(xiàn)了小峰值。因此，可以通過對不同電機或不同狀態(tài)下電機的電流頻譜圖比較，判斷在電機供電頻率左右是否存在故障特征頻率，從而斷定電機是否故障，并且特征頻率下的幅值越大，故障越嚴(yán)重。

3、小波包分析轉(zhuǎn)子斷條故障信號 3.1 直接頻譜分析的不足對于轉(zhuǎn)子斷條故障，可以對穩(wěn)定的定子電流信號直接進行頻譜分析，根據(jù)頻譜中是否存在(1?2s)f頻率分量來判斷轉(zhuǎn)子有無斷條。由于轉(zhuǎn)子輕微斷條時，(1?2s)f頻率分量的幅值相對于f頻率分量的幅值非常?。ǘ咧燃s為0.02-0.05），同時異步電動機運行時轉(zhuǎn)差率s很小，(1?2s)f與f這兩個頻率非常接近，因而用快速傅里葉變換直接作頻譜分析時，f頻率分量的泄露會淹沒(1?2s)f頻率分量，從而使檢測(1?2s)f頻率分量是否存在變得非常困難。而近幾年提出的小波包和小波分析法可以克服這一困難。3.2 小波包分析

小波理論是在傅里葉變換和短時傅里葉變換的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它具有多分辨分析的特點，在時域和頻域上都具有表征信號局部特征的能力，是信號時頻分析的優(yōu)良工具。小波變換的基函數(shù)隨著尺度的減小，其時域窗口的寬度也減小，而相應(yīng)的頻域窗口寬度增大。但是在實際中，許多問題我們只對某些特定的時間段或頻域段的信號感興趣，只需提取這些特定時間及頻率上的點的信息而已，所以我們希望在感興趣的頻率點上最大可能的提高頻域分辨率，在感興趣的時間點上最大可能的提高時間分辨率。在這種場合下正交小波變換的這種時頻窗口的固定分布卻不是一種最優(yōu)選擇。而小波包分析是小波分析的延伸，可以利用它找到最適于待分析信號的時頻窗口或最優(yōu)基。下面我就利用小波包分析提取故障電機特征頻率，判斷電機故障。3.3 小波包結(jié)合FFT分析斷條電流信號

采用一種小波包分解分析結(jié)合快速傅里葉變換的方法對定子電流仿真信號進行分析，步驟如下： 1)以sym8為小波包基對電流信號進行12層分解，提取能體現(xiàn)故障特征的節(jié)點（12,104）的小波包分解系數(shù)； 2)重構(gòu)（12,104）小波包分解系數(shù)；

好電機*********708090100一根斷條*********708090100三根斷條*********708090100參考文獻

[1]張建文.電氣設(shè)備故障診斷技術(shù).中國水利水電出版社，2006 [2]方榮惠.電機原理及拖動基礎(chǔ).中國礦業(yè)大學(xué)，2012 [3]劉蕾蕾.基于小波分析的電機故障診斷研究.碩士學(xué)位論文,2007 [4]許允之等，基于啟動電流的異步電機轉(zhuǎn)子故障小波分析.實驗技術(shù)與管理，2012 [5]姜建國等，用自適應(yīng)方法提取鼠籠異步電機轉(zhuǎn)子斷條特征分量.電工技術(shù)學(xué)報，1996 [6]楊國安，電動機故障診斷實用技術(shù).中國石化出版社,2012 [7]沈標(biāo)正.電機故障診斷技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2001.附錄（程序)：

1、畫不同故障下電機一相電流波形圖 Fs=5000;y1 = xlsread('C:MATLAB7work三根斷條.xls','A13:A5012');t=1/5000:1/5000:1;plot(t,y1)title('三根斷條時一相電流波形圖');

2、畫不同故障下的電流頻譜圖 Fs=5000;y1 = xlsread('C:MATLAB7work三根斷條.xls','A13:A20068');N=length(y1);Fy1=abs(fft(y1,N));%傅里葉變換 figure(2)%打開一個新窗口

plot((1:N)*Fs/N,Fy1(1:N))%畫出頻譜圖形 axis([0 100 0 1000]);%選定坐標(biāo)范圍 title('三根斷條')

3、畫不同故障下經(jīng)小波包分析處理后的電流頻譜圖

x = xlsread('C:MATLAB7work一根斷條滿載.xls','A1:A20056');x1 = xlsread('C:MATLAB7work

好

電

%用全局閾值進行信號的去噪

Data_Used1=wpdencmp(x1,sorh,3,'sym8',ct,thr,keep);

wpt=wpdec(Data_Used,12,'sym8');wpt1=wpdec(Data_Used1,12,'sym8');s1=wprcoef(wpt,[12,106]);s2=wprcoef(wpt1,[12,106]);Fs=5000;

N=length(Data_Used);

Fs1=abs(fft(s1,N));%傅里葉變換 figure(2)%打開一個新窗口

plot((1:N)*Fs/N,Fs1(1:N))%畫出頻譜圖形 axis([0 100 0 1000]);%選定坐標(biāo)范圍 Fs2=abs(fft(s2,N));%傅里葉變換 figure(3)%打開一個新窗口

plot((1:N)*Fs/N,Fs2(1:N))%畫出頻譜圖形 axis([0 100 0 1000]);%選定坐標(biāo)范圍 機.xls','A1:A20056');

[thr,sorh,keep,ct]=ddencmp('den','wp',x);%用全局閾值進行信號的去噪

Data_Used=wpdencmp(x,sorh,3,'sym8',ct,thr,keep);

[thr,sorh,keep,ct]=ddencmp('den','wp',x1);

第五篇：電機控制論文.

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目前幾種比較常見的直接轉(zhuǎn)矩控制策略中，對于中小容量而言，控制方案重點在于進行轉(zhuǎn)矩、磁鏈無差拍控制和提高載波頻率。對大容量來說，其區(qū)別在于低速時采用了間接轉(zhuǎn)矩控制，從而達到低速時降低轉(zhuǎn)矩脈動的目的。

直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)概述

相對于直流電機在結(jié)構(gòu)簡單、維護容易、對環(huán)境要求低以及節(jié)能和提高生產(chǎn)力等方面具有足夠的優(yōu)勢，使得交流調(diào)速已經(jīng)廣泛運用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、國防以及日常生活之中。隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、控制理論的高速發(fā)展，交流調(diào)速技術(shù)也得到了長足的發(fā)展。目前在高性能的交流調(diào)速領(lǐng)域主要有矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制兩種。1968年Darmstader工科大學(xué)的Hasse博士初步提出了磁場定向控制(Field Orientation)理論，之后在1971年由西門子公司的F.Blaschke對此理論進行了總結(jié)和實現(xiàn)，并以專利的形式發(fā)表，逐步完善并形成了現(xiàn)在的各種矢量控制方法。特點

對于直接轉(zhuǎn)矩控制來說，一般文獻認(rèn)為它由德國魯爾大學(xué)的M.Depenbrock教授和日本的I.Takahashi于1985年首先分別提出的。對于磁鏈圓形的直接轉(zhuǎn)矩控制來說，其基本思想是在準(zhǔn)確觀測定子磁鏈的空間位置和大小并保持其幅值基本恒定以及準(zhǔn)確計算負(fù)載轉(zhuǎn)矩的條件下，通過控制電機的瞬時輸入電壓來控制電機定子磁鏈的瞬時旋轉(zhuǎn)速度，來改變它對轉(zhuǎn)子的瞬時轉(zhuǎn)差率，達到直接控制電機輸出的目的。在控制思想上與矢量控制不同的是直接轉(zhuǎn)矩控制通過直接控制轉(zhuǎn)矩和磁鏈來間接控制電流，不需要復(fù)雜的坐標(biāo)變換，因此具有結(jié)構(gòu)簡單、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快以及對參數(shù)魯棒性好等優(yōu)點?？刂?/p>

事實上，1977年A·B·Plunkett曾經(jīng)在IEEE的工業(yè)應(yīng)用期刊上提出了類似于目前直接轉(zhuǎn)矩控制的結(jié)構(gòu)和思想的直接磁鏈和轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)方法，在這種方法中，轉(zhuǎn)矩給定與反饋之差通過PI調(diào)節(jié)得到滑差頻率，此滑差頻率加上電機轉(zhuǎn)子機械速度得到逆變器應(yīng)該輸出的電壓定子頻率；定子磁鏈給定與反饋之差通過積分運算得到一個電壓與頻率之比的量，并使之與定子頻率相乘得到逆變器應(yīng)該輸出的電壓，最后通過SPWM方法對電機進行控制。

發(fā)電機非常容易地將電動機軸上的飛輪慣量反饋給電網(wǎng)，這樣，一方面可得到平滑的制動特性，另一方面又可減少能量的損耗，提高效率。但發(fā)電機、電動

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機調(diào)速系統(tǒng)的主要缺點是需要增加兩臺與調(diào)速電動機相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機和一些輔助勵磁設(shè)備，因而體積大，維修困難等。

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洗衣機，出，根據(jù)電磁力定律，載流導(dǎo)體ab和cd收到電磁力的作用，其方向可由左手定則判定，兩段導(dǎo)體受到的力形成了一個轉(zhuǎn)矩，使得轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)動。如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到如上圖（b）所示的位置，電刷 A 和換向片2接觸，電刷 B 和換向片1接觸，直流電流從電刷 A 流入，在線圈中的流動方向是dcba，從電刷 B 流出。

此時載流導(dǎo)體ab和cd受到電磁力的作用方向同樣可由左手定則判定，它們產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩仍然使得轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)動。這就是直流電動機的工作原理。外加的電源是直流的，但由于電刷和換向片的作用，在線圈中流過的電流是交流的，其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的方向卻是不變的。[4]

實用中的直流電動機轉(zhuǎn)子上的繞組也不是由一個線圈構(gòu)成，同樣是由多個線圈連接而成，以減少電動機電磁轉(zhuǎn)矩的波動，繞組形式同發(fā)電機。

2.3直流電機的調(diào)速原理

眾所周知，直流電機轉(zhuǎn)速n的表達式為:

n?U?IR(22)

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Jd?????(24)式中Ke-反電動勢常數(shù).電磁轉(zhuǎn)矩為:

Te=KT *Ia(2-5)式中KT-磁轉(zhuǎn)矩常數(shù)。[2]

動態(tài)工作特性是指實際的動作與相應(yīng)的動作命令之間的響應(yīng)關(guān)系。將式(2-2)、式(2-3)、式(2-4)和式(2-5)作拉氏變換，得到如下函數(shù):

Ua(s)=RaIa(s)+ LaSIa(s)+ Ea(s)

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圖5.5主控電路圖

5.3隔離單元模塊

為了防止電機驅(qū)動單元對數(shù)字控制單元的干擾，必須在兩者之間加隔離電路來防止干擾的產(chǎn)生。避免LMD18200的驅(qū)動電路對控制信號的干擾，對于LMD18200的引腳3(轉(zhuǎn)向輸入)、引腳5(PWM輸入)與LM629的PWMS、PWMM引腳之間通過光電耦合器6N137連接。

(l)光電耦合器的選型

LM629的PWMM腳輸出的調(diào)制信號如圖5.6所示，如果LM629接6MHz晶振，其最小輸出占空比（1/128）時的接通時間為: 4/fCLK=4/6*106s=0.67us 因此應(yīng)選擇高速光耦。

而N6137的工作頻率可達到10MHZ，即它可用在開關(guān)周期為: l/l07s=0.1us 因此光耦可選6N137。

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KP=(input[0][0][e*10]*KP_memf[4]+((input[0][1][e*10]>input[1][0][ec*10])?input[1][0][ec*10]:input[0][1][e*10])*KP_memf[3]+((input[0][1][e*10]>input[1][1][ec*10])?input[1][1][ec*10]:input[0][1][e*10])*KP_memf[2]+((input[0][1][e*10]>input[1][2][ec*10])?input[1][2][ec*10]:input[0][1][e*10])*KP_memf[1]+input[0][2][e*10]*KP_memf[0])/(input[0][0][e*10]+((input[0][1][e*10]>input[1][0][ec*10])?input[1][0][ec*10]:input[0][1][e*10])+((input[0][1][e*10]>input[1][1][ec*10])?input[1][1][ec*10]:input[0][1][e*10])+((input[0][1][ e*10]>input[1][2][ec*10])?input[1][2][ec*10]:input[0][1][e*10])+input [0] [2] [e*10]);這樣編寫程序的好處就是略去模糊推理的判斷轉(zhuǎn)移程序，例如在某個時刻的誤差e對應(yīng)為9.8，誤差變化率為8那么對于誤差隸屬度函數(shù)input[0][0][98]的取值必為0,input[0][1][98]同樣為0，只有input [0] [2] [98]的取值為0xFF；誤差變化率隸屬度函數(shù)值input [1] [0] [98]為0, input[1] [1] [98]為0, input[1] [2] [98]為0xFF，因此上式的會等價成：

KP=(0+0+0+0+255*40)/255 所以計算量不大并且省略掉了條件轉(zhuǎn)移相關(guān)程序。[24] 模糊控制流程圖如圖6.7所示。

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開始采樣兩次速度求誤差

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LM629控制程序的編寫、模糊控制程序的編寫、通訊程序的編寫及調(diào)試。實驗平臺的自行設(shè)計，在調(diào)速系統(tǒng)軟件設(shè)計中利用PID參數(shù)的模糊在線自整定，使其整定精度大于離線整定精度。

但到目前為止論文還有需待完善的地方：模糊規(guī)則的提取和選擇是一個復(fù)雜的過程，往往難免摻雜著一些主觀思維，在調(diào)試過程中難免要根據(jù)具體情況進行調(diào)整，這使得調(diào)試過程變得復(fù)雜和設(shè)計周期時間延長；本系統(tǒng)是采用模糊自整定PID參數(shù)控制技術(shù)，對于PID參數(shù)的常規(guī)整定也帶有很多主觀思維。在實際工作情況下對象模型和工作環(huán)境經(jīng)常是差異很大的。

通過對本課題的研究我有以下幾個方面的收獲：

（1）學(xué)習(xí)與掌握了單片機的基本原理及其各種應(yīng)用，對它的各種硬件接口與軟件設(shè)計方法有較深入的認(rèn)識。

（2）對自動控制系統(tǒng)的動、靜態(tài)性能及其控制有了一定的認(rèn)識。

（3）在調(diào)速系統(tǒng)上位機的開發(fā)中用到Visual Basic，因此對VB編程有了更深刻的理解和更熟練的應(yīng)用。

（4）本設(shè)計重點在于應(yīng)用，因此在設(shè)計過程中使自己的動手能力得到鍛煉，同時提高了解決實際問題的能力。

7.2研究展望

直流調(diào)速系統(tǒng)的控制方案層出不窮，并且控制效果也越來越好，有關(guān)模糊控制在直流調(diào)速中的應(yīng)用還有以下方案值得研究：

(1)自適應(yīng)模糊控制方法在直流傳動控制系統(tǒng)中應(yīng)用的實用化研究。目前最具有工程應(yīng)用前景、最能體現(xiàn)模糊控制優(yōu)勢的，是能夠在線進行模糊模型辯識、在線根據(jù)模型變化進行控制規(guī)則和參數(shù)自調(diào)整的模糊控制算法，而如果能把這種辯識和控制算法簡化到可在單片機內(nèi)實現(xiàn)，則模糊控制和智能控制的應(yīng)用將會跨上一個新臺階。

(2)基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等自適應(yīng)方法的研究。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制的結(jié)合是智能控制的一個重要發(fā)展方向，但目前將其應(yīng)用于直流傳動控制系統(tǒng)的研究還不多。其中一個重要的原因是模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法復(fù)雜，計算量大，速度慢，實時性差且結(jié)構(gòu)和機理尚未完全揭示，而直流傳動控制系統(tǒng)又對實時性和控制精度要求很高。但隨著模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論的完善，以及模糊芯片和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片的

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日趨成熟，這將成為直流傳動系統(tǒng)控制的重要手段。

T.G.Habetler的空間矢量調(diào)制方法

把無差拍方法應(yīng)用于直接轉(zhuǎn)矩控制首先是由美國人T.G.Habetler提出來的。這種方法的主要思想是在本次采樣周期得到轉(zhuǎn)矩的給定值與反饋值之差。

空間電壓矢量的幅值和相位是任意的，可以通過相鄰的兩個基本的電壓矢量合成而得。利用計算出來的空間電壓矢量可以達到轉(zhuǎn)矩和磁鏈無差拍的目的。

利用Habetler的無差拍方法，從理論上可以完全使磁鏈和轉(zhuǎn)矩誤差為零，從而消除轉(zhuǎn)矩脈動，可以彌補傳統(tǒng)DTC的Bang-Bang控制的不足，使電機可以運行于極低速下。另外，通過無差拍控制得到的空間電壓矢量可以使開關(guān)頻率相對于單一矢量大幅提高并且使之固定，這對于減少電壓諧波和電機噪聲是很有幫助的。

但是，空間電壓矢量作用時間可能會大于采樣周期，這說明不能同時滿足磁鏈和轉(zhuǎn)矩?zé)o差拍控制。因此作者提出了三個步驟，首先是否轉(zhuǎn)矩滿足無差拍，如果不滿足再看是否磁鏈滿足無差拍，如果還不滿足就按照原有直接轉(zhuǎn)矩控制矢量表來選取下一周期的單一電壓矢量。因此按照Habetler的無差拍方法最大的計算量有四個步驟，這將耗費很大的計算資源，不易實現(xiàn)，另外在整個計算過程中對電機參數(shù)的依賴性比較大，這將降低控制的魯棒性。轉(zhuǎn)矩或磁鏈的預(yù)測控制方法

在T·G·Habetler的無差拍的直接轉(zhuǎn)矩控制方法中，由于計算量很大而不易實現(xiàn)，因此出現(xiàn)了一系列的簡化的無差拍直接轉(zhuǎn)

交流電機-韓國SPG交流電機全系列

矩控制，比較典型的是轉(zhuǎn)矩跟蹤預(yù)測方法。在這種方法中，分析了低速轉(zhuǎn)矩脈動的情況，得出轉(zhuǎn)矩脈動鋸齒不對稱的結(jié)論。

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非零電壓矢量和零電壓矢量對轉(zhuǎn)矩變化的作用是不同的，前者可以使轉(zhuǎn)矩上升或下降，而后者總是使轉(zhuǎn)矩下降。另外，在不同的速度范圍內(nèi)二者對轉(zhuǎn)矩作用產(chǎn)生的變化率也在變化。在轉(zhuǎn)矩預(yù)測控制方法中，電壓矢量在空間的位置是固定不變的，合成在兩個單一電壓矢量的中間，但是電壓矢量不是作用整個采樣周期，而是有一定的占空比，在一個采樣周期中可以分為非零電壓矢量和零電壓矢量。如果使下一采樣周期非零電壓矢量和零電壓矢量共同作用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩變化等于本周期計算出來的轉(zhuǎn)矩誤差。

將消除轉(zhuǎn)矩誤差，達到轉(zhuǎn)矩?zé)o差拍控制的目的。即使出現(xiàn)計算出來的電壓矢量作用時間超出采樣周期，也可以用滿電壓矢量來代替，因此是非常易于實現(xiàn)的，從實驗結(jié)果來看，轉(zhuǎn)矩脈動的鋸齒基本上對稱，說明轉(zhuǎn)矩的脈動已經(jīng)大為減少。上法認(rèn)為磁鏈被準(zhǔn)確控制或變化緩慢，而沒有考慮磁鏈的無差拍控制，在文獻中對磁鏈也進行了預(yù)測控制。預(yù)測控制

在這種方法中，通過磁鏈的空間矢量和電壓矢量關(guān)系可近似得到：

其中ΔΨS是在電壓矢量作用下的磁鏈幅值改變量，θVΨ是二者的空間角度。設(shè)

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制，所需的電機參數(shù)只有定子電阻和電感，對電機參數(shù)變化的魯棒性比較好，從實驗結(jié)果來看，系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)性能是比較好的。但是在這種方法中，需要檢測電機的相電壓，這增加的系統(tǒng)硬件的復(fù)雜性，另外，計算量也比較大。

基于幾何圖形的無差拍控制

在文獻中，對定子磁鏈方程、轉(zhuǎn)子磁鏈方程以及由定、轉(zhuǎn)子磁鏈表達的轉(zhuǎn)矩方程進行離散化，之后把前兩個方程帶入到轉(zhuǎn)矩方程中去。通過離散的轉(zhuǎn)矩方程分析可以知道施加電壓矢量可以使轉(zhuǎn)矩誤差為零，轉(zhuǎn)矩變化到平面上的一條直線上，這條直線與轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶糠较蚱叫小２扇⊥瑯拥姆椒梢苑治鲋朗┘与妷菏噶靠梢允勾沛溦`差為零，磁鏈變化到平面上的一個園上，這個園與與磁鏈園同心。于是利用直線和園的交點就可以得到使轉(zhuǎn)矩和磁鏈無差拍控制的電壓矢量，當(dāng)然這個電壓矢量受到逆變器所能輸出的電壓大小的限制。

把幾何圖形引入到無差拍的控制中來是一個比較好的思路，可以得到最優(yōu)的無差拍控制的電壓矢量，同時也有助于理論上的分析。但是就如何把圖形方式和數(shù)字化控制結(jié)合起來從實現(xiàn)方式上來說還是存在有一定的難度。

離散空間矢量調(diào)制(DSVM)方法

無差拍的直接轉(zhuǎn)矩控制從理論上可以最大化地消除轉(zhuǎn)矩和磁鏈的的誤差，克服了Bang-Bang控制不精確性的弱點，但是需要比較大的計算量，并且這些計算都是與電機參數(shù)有關(guān)，容易引起計算上的誤差。因此在文獻中提出了既不需要多少計算，又能提高轉(zhuǎn)矩和磁鏈控制精度的離散空間矢量調(diào)制方法。

在離散空間矢量調(diào)制方法中，通過對兩電平逆變器輸出的六個基本電壓矢量中的相鄰電壓矢量和零電壓矢量進行有規(guī)律的合成，如圖3是使用相鄰的單一矢量2和單一矢量3以及零電壓矢量合成出來的空間電壓矢量。從圖3中可以看出其合成方法是把整個采樣周期平均分為3段，每一段由非零電壓矢量或零電壓矢量組成，如空間電壓矢量23Z是由矢量2和矢量3以及零電壓矢量各作用1/3采樣周期，可以采用5段式或7段式方式合成(文中沒說明)，利用這種有規(guī)律的合成方法一共可以合成出10個電壓矢量。

細(xì)化的電壓矢量可以對轉(zhuǎn)矩和磁鏈進行更精確的控制，文獻中對磁鏈?zhǔn)褂昧藗鹘y(tǒng)的2級滯環(huán)Bang-Bang控制，而考慮到轉(zhuǎn)

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交流電機-韓國SPG小型電機感應(yīng)電機系列

矩需要動態(tài)響應(yīng)快，對其劃分了5級滯環(huán)Bang-Bang控制，如圖4所示，不同的誤差帶內(nèi)使用不同的電壓矢量表。另外，作者通過推導(dǎo)得到電壓矢量對轉(zhuǎn)矩變化的影響式子如下所示：

從式(10)中可以看出同一電壓矢量在低速和高速對轉(zhuǎn)矩變化的影響是不同的。因此，在不同的速度范圍使用了不同的電壓矢量，如圖3所示。從另一方面看，低速使用幅值小的電壓矢量以及高速使用幅值大的電壓矢量也是符合V/f=C這一規(guī)律的。傳統(tǒng)的直接轉(zhuǎn)矩控制在低速時連續(xù)使用較多的零電壓矢量使開關(guān)頻率很低，轉(zhuǎn)矩脈動大。而按照離散空間矢量調(diào)制的方法由于低速使用幅值小的電壓矢量，因此連續(xù)使用的零電壓矢量少，開關(guān)頻率高，轉(zhuǎn)矩脈動小。另外，由于高速時的電壓矢量比較多，可以劃分12個扇區(qū)，使用兩個電壓矢量表，這樣可以進行更精確的控制。

從以上分析可以看出，離散的空間矢量調(diào)制方法易于實現(xiàn)，不需要有無差拍控制那樣多的計算，保持了傳統(tǒng)Bang-Bang控制的優(yōu)點，因此魯棒性好，但相對于傳統(tǒng)的直接轉(zhuǎn)矩控制又可以提高轉(zhuǎn)矩和磁鏈控制精度，減小低速轉(zhuǎn)矩脈動。但是控制精度越提高，矢量劃分就越細(xì)，電壓矢量控制表就越多越大，這將增加控制的復(fù)雜性。因此，如果能讓離散的空間矢量調(diào)制與無差拍控制結(jié)合起來，將會有助于克服這個缺點。由PI調(diào)節(jié)器輸出空間電壓矢量的方法

在直接轉(zhuǎn)矩控制中，如果能獲得任意相位的空間電壓矢量，將有助于減小低速下的轉(zhuǎn)矩脈動，達到矢量控制在低速下的穩(wěn)態(tài)性能。

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顯然這個空間電壓矢量在空間位置上的相位是任意的。從結(jié)構(gòu)上看基于PI調(diào)節(jié)的直接轉(zhuǎn)矩控制相似于定子磁鏈定向的矢量控制，但二者是有區(qū)別的，定子磁鏈定向的矢量控制基于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，定向于定子磁鏈d軸，q軸磁鏈為零，另外在d軸方向還要對磁鏈和和q軸方向上的電流進行解耦，而這些對于基于PI調(diào)節(jié)的直接轉(zhuǎn)矩控制不需要，其中只需要使轉(zhuǎn)矩輸出和定子磁鏈反饋通過PI調(diào)節(jié)方法來跟隨上給定即可，因此從實現(xiàn)上是比較簡單的，同時魯棒性也比較好，并且相對于傳統(tǒng)的直接轉(zhuǎn)矩控制可以提高開關(guān)頻率，減小了低速下的轉(zhuǎn)矩脈動，但是在這種方法當(dāng)中需要選取合適的PI參數(shù)，否則會影響控制系統(tǒng)的動、靜態(tài)性能。除了以上這種PI調(diào)節(jié)的直接轉(zhuǎn)矩控制外，在文獻中還在A·B·Plunkeet的直接轉(zhuǎn)矩和磁鏈調(diào)節(jié)法的基礎(chǔ)上做了進一步的研究，使用空間電壓矢量的方式輸出，此處不詳細(xì)敘述。

注入高頻抖動提高開關(guān)頻率

在前面的各種直接轉(zhuǎn)矩控制策略中都談到提高低速下的開關(guān)頻率可以降低轉(zhuǎn)矩脈動，同時也可以降低噪聲。在文獻中，提出了一種在傳統(tǒng)的直接轉(zhuǎn)矩控制基礎(chǔ)上注入高頻抖動的方法提高開關(guān)頻率，其中作者用圖表的方式顯示了開關(guān)頻率隨轉(zhuǎn)矩和磁鏈滯環(huán)寬度的減小而提高，但是這種提高是有限的，一個最主要的原因是磁鏈和轉(zhuǎn)矩控制上的延遲，滯后越大開關(guān)頻率就越低。例如從仿真來看10μs延遲有14kHz的開關(guān)頻率，但當(dāng)有20μs的延遲時只有8kHz的開關(guān)頻率。文獻中提出的提高開關(guān)頻率方法是在轉(zhuǎn)矩和磁鏈滯環(huán)內(nèi)疊加上高頻的三角波，其幅值與滯環(huán)寬度相當(dāng)。

當(dāng)反饋值大于三角波時電壓矢量減小，當(dāng)反饋值小于三角波時電壓矢量增大，因此，即使控制上有延遲，但隨著三角波頻率的增大，開關(guān)頻率

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謝辭

本文是在李軍紅老師的悉心指導(dǎo)下完成的。在從大二以來的兩年時間里，李老師給我提供了良好的實驗條件和動手的機會，并在學(xué)習(xí)和生活上給予充分的指導(dǎo)和幫助，對我在學(xué)習(xí)生活中取得的成績給予充分的肯定。在和李老師討論問題的過程中，他嚴(yán)謹(jǐn)、求實的治學(xué)態(tài)度、對科學(xué)持之以恒的鉆研精神和正直、寬厚的為人之道對我產(chǎn)生了非常深刻的影響。在此我向他表示最誠摯的敬意和深深的感謝。另外我在進行論文工作期間，得到了自動化教研室許多老師的指導(dǎo)，在此向同樣他們表示誠摯的謝意。

感謝已畢業(yè)的師兄曾力對我的關(guān)心和幫助，他在多年來一直在教我如何面對學(xué)習(xí)和生活。同時感謝朱哲、雷波等同學(xué)在論文撰寫過程中給予的關(guān)心與支持。沒有他們的幫助要想完成此論文是不可能的。

最后感謝我的家人多年來對我的理解、支持與鼓勵，并把此文獻給他們。

曾廣璽

2008年5月于南華大學(xué)

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