浅谈变频器驱动下的异步电机设计与分析

浅谈变频器驱动下的异步电机设计与分析

【摘要】地球上能源的进一步枯竭，促使人们寻找节能的各种途径。异步电机消耗了我国一半以上的电能，异步电机的合理使用是节能问题的重中之重，使用变频器驱动是异步电机节能的最主要手段，其主要节能的原理是调节电机的转速以适应各种不同的工况，避免了不必要的能源浪费。本文就异步电机的概况、设计的重点及未来发展趋势进行研究和讨论。

【关键词】变频器驱动异步电机设计与分析

近年来，变频调速技术的发展和应用越来越广泛，人们也越来越重视变频调速状态下异步电机的性能。变频电源供电与传统的电网供电不同，在变频供电的状态下，电流、电压中会有高次谐波的产生，影响了异步电动机的功率因数、效率等性能。异步电机在以往的设计中对低电源谐波考虑很少，因此，传统的异步电机在变频状态下虽然可以达到很好的节能效果，但是无法达到理想的运行性能，因此，变频器驱动下的异步电机的设计与分析对异步电机设计的完善具有重大的现实指导意义。

1 变频器驱动下异步电机概述

变频调速技术已经成为电气传动的研究重点，因其众多优点如：调速和起制动性能优良、效率高、节能效果显著、应用广泛等被国内外专家学者认为是最具发展前途的电器传动技术。变频调速技术有机地将各种高新技术结合在一起，广泛运用于机械、冶金、化工等行业。变频器驱动下的异步电机的优点有以下几个：第一，制造方便。因变频器驱动下的异步电机中的转子不需要绕线，所以与传统的异步电机相比，变频调速的异步电机省掉了电刷、集电环等装备，结构简单、制造和维护也非常方便。第二，性能稳定。由于变频器驱动下的异步电机优良的起制动性极大地促进了交流调速系统的稳定性，因此变频器驱动的异步电机实现了电机的无级平滑调速，调速效果非常好，性能也更加稳定。第三，起动特性良好。变频器驱动下的异步电机运用了变压变频的电源进行供电，在电机起动时，起动转矩很大，起动电流较低，保证了其良好的起动性能。第四，显著的节能效果。变频器驱动下的异步电机能根据负载的变化进行自动平滑的调速，很大程度地提高了工作效率，达到了节能的目的。一般来说，调速范围越广的异步电机节能的效果也越显著。

虽然变频器驱动下的异步电机的设计和制作工艺并没有完全的成熟，但是半导体技术和电力电子行业的迅猛发展，使得变频器驱动下的异步电机的需求量急速上升，国内外专家学者对变频器驱动下的异步电机的进行了积极的探索，已达到适应现代化工业的发展的目的。

2 变频器驱动下的异步电机设计重点

2.1 变频器驱动下异步电机转子槽的设计

三相异步交流电机的设计_毕业设计

学生毕业设计（毕业论文） 系别：机电工程 专业：数控技术 设计（论文）题目：三相异步交流电机

毕业设计（论文）任务书 一、课题名称：三相异步电机的设计 二、主要技术指标： 1.内部由定子和转子构成。 2. 外壳有机座、端盖、轴承盖、接线盒、吊环等组成。 3. 技术要求：采用电压AC380，可以实现正反转。 三、工作内容和要求： 1．设计磁路部分：定子铁心和转子铁心。 2 设计电路部分：定子绕组和转子绕组以及电路图。 3 设计机械部分：机座、端子、轴和轴承等。 4．设计电路的正反转和安全控制部分。 5．按照“毕业设计规格”设计毕业报告。 四、主要参考文献： 1.[1]王世琨.《图解电工入门》[M].中国电力出版社.2008.

2.[2]满永奎.《电工学》[M].清华大学出版社.2008. 3.[3]乔长君.《电机绕组接线图册》[M].化学工业出版社.2012. 4.百度文库 学生（签名）年月日 指导教师（签名）年月日 教研室主任（签名）年月日 系主任（签名）年月日

毕业设计（论文）开题报告

摘要

在费拉里斯和特斯拉发明多相交流系统后，19世纪80年代中期，多沃罗沃尔斯基发明了三相异步电机，异步电机无需电刷和换向器三相异步电机(Triple-phase asynchronous motor)是靠同时接入380V三相交流电源（相位差120度）供电的一类电动机，由于三相异步电机的转子与定子旋转磁场以相同的方向、不同的转速成旋转，存在转差率，所以叫三相异步电机。 作电动机运行的三相异步电机。三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。与单相异步电动机相比，三相异步电动机运行性能好，并可节省各种材料。按转子结构的不同，三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。笼式转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，得到了广泛的应用。 Reese and Tesla invented in AC system. At the mid of 1880s, 多沃罗沃尔Chomsky invented the three-phase asynchronous motors, asynchronous motors without brushes and commutate. Three-phase asynchronous motors (Triple-phase asynchronous motor) is by simultaneously accessing 380V three-phase AC power supply of a class of motors, three-phase asynchronous motor as the rotor and the stator rotating in the same direction, to rotate at different speeds, there turn slip, so called three-phase asynchronous motors. For three-phase asynchronous motors motor is running. Three-phase asynchronous motor rotor speed is lower than the speed of the rotating magnetic field, the magnetic field due to the rotor windings relative motion exists between the induced electromotive force and current, and the magnetic field generated by the interaction with the electromagnetic torque and achieve energy conversion. Compared with single-phase induction motor, Three- phase asynchronous motor running properties, and save a variety of materials. According to the different structure of the rotor, three-phase cage induction motor and the winding can be divided into two kinds. Cage rotor induction motor, simple structure, reliable operation, light weight, cheap, has been widely used

三相异步电动机变频调速课程设计

目录 1三相异步电动机基本原理 (1) 1.1电动机的结构及原理 (1) 1.1.1 电动机的结构 (1) 1.1.2工作原理 (3) 2异步电动机的机械特性 (4) 2.1 固有机械特性 (4) 2.2 人为机械特性 (5) 2.2.1降低定子电压的人为特性 (5) 2.2.2增加转子电阻时的人为特性 (5) 2.2.3改变定子频率时的人为特性 (5) 3电动机的调速指标 (7) 4 异步电机的变频调速 (8) 5具体调速的设计 (10) 6结论 (11) 7设计体会 (12) 参考文献 (13)

摘要 原理是当定子三绕组通三相对称电流后，定转子产生旋转磁场，根据右手定则，转子绕组产生感应电动势，由于绕组是闭合的，所以产生感应电流，根据左手定则，转子绕组相当于空间绕组，进而产生电磁转距，合成磁转距大于阻转距时，电机起动 重点是三相异步电动机变频调速，一方面当f1＜fN时，为恒转矩调速，转矩不变，额定转速降低，增大起动转矩Tst，另一方面当f1＞fN时，为恒功率调速，调速前后功率不变，额定转速升高，减小启动转矩Tst。变频调速可以实现宽范围内的平滑调速，变频调速电机以简单的结构、优良的调速性能、较高的调速比，应用越来越广泛 关键字：恒转矩调速;恒功率调速;三相异步电动机。

1.三相异步电动机的基本原理 当定子三绕组通三相对称电流后，定转子产生旋转磁场，根据右手定则，转子绕组产生感应电动势，由于绕组是闭合的，所以产生感应电流，根据左手定则，转子绕组相当于空间绕组，进而产生电磁转距，合成磁转距大于阻转距时，电机起动。 1.1电动机的结构及原理 1.1.1结构 三相异步电动机的种类很多，可是三相异步电动机结构基本是相同的，它们都由定子和转子这两大基本部分组成，在定子和转子之间具有一定的气隙。此外，还有端盖、轴承、接线盒、吊环等其他附件 结构如下图： 图1-1-1-1 封闭式三相笼型异步电动机结构图 1—轴承；2—前端盖；3—转轴；4—接线盒；5—吊环；6—定子铁心； 7—转子；8—定子绕组；9—机座；10—后端盖；11—风罩；12—风扇 (1)、定子 定子铁芯:导磁和嵌放定子三相绕组:0.5mm硅钢片冲制涂漆叠压而成;内圆均匀开槽;槽形有半闭口、半开口和开口槽三种：适用于不同电机。 定子绕组：定子绕组是三相电动机的电路部分，三相电动机有三相绕组，通入三相

变频调速异步电动机的设计要点

变频调速异步电动机的设计要点 一、变频器运行时对变频电机工作的影响 在变频电机调速控制系统中，采用电力电子变压变频器作为供电电源，供电系统中电压除基波外不可避免含有高次谐波分量，对外表现为非正弦性，谐波对电机的影响主要体现在磁路中的谐波磁势和电路中的谐波电流上，不同振幅和频率的电流和磁通谐波将引起电动机定子铜耗、转子铜(铝)耗、铁耗及附加损耗的增加，最为显著的是转子铜(铝)耗。这些损耗都会使电动机效率和功率因数降低。同时，这些损耗绝大部分转变成热能，引起电机附加发热，导致变频电机温升的增加。如将普通三相异步电动机运行于变频器输出的非正弦电源条件下，其温升一般要增加10%～20%。同时这些谐波磁动势与转子谐波电流合成又产生恒定的谐波电磁转矩和振动的谐波电磁转矩，恒定谐波电磁转矩的影响可以忽略，振动谐波电磁转矩会使电动机发出的转矩产生脉动，从而造成电机转速(主要是低速时)的振荡，甚至引起系统的不稳定。谐波电流还增加了电机峰值电流，在一定的换流能力下，谐波电流降低了逆变器的负载能力。对于变频电机，如何在设计过程中采取合理措施避免或减小应用变频器所带来的影响，以求得系统最佳经济技术效果，是本文讨论的重点。 二、变频电机设计特点 对于变频电机，其设计必须与逆变器、机械传动装置相匹配共同满足传动系统的机械特性，如何从调速系统的总体性能指标出发，求得电机与逆变器的最佳配合，是变频电机设计的特点。设计理论依据交流电机设计理论，供电电源的非正弦以及全调速频域内达到满意的综合品质因数是变频电机设计中需要着重注意的两个问题，设计中参数的选取应做特别的考虑。与传统异步电机相比，一般变频电机设计有如下一些特点： 1.用于变频调速的异步电动机要求其工作频率在一定范围内可调，所以设计电机时不能仅仅考虑某单一频率下的运行特性，而要求电机在较宽的频率范围内工作时均有较好的运行性能。如目前大多调速异步电动机的工作频率在5Hz~100Hz内可调，设计时要全面考虑。 2.变频电机在低速时降低供电频率，可以把最大转矩调到起动点，获得很好的起动特性，因而在设计变频电机时不需要对起动性能作特别的考虑，转子槽不必设计为深槽，从而可以重点进行其它方面的优化设计。 3.变频电机通过调节电压和频率，在每一个运行点都可以有多种运行方式，对应多种不同的转差频率，因而总能找到最佳的转差频率，使电机的效率或功率因数在很宽的调速范围内都很高。因而，变频电机的功率因数和效率可以设计得更高，功率密度得以进一步提高。现有数据表明：在额定工作点，逆变器供电下的异步电机效率比普通电机高2%~3%，功率因数高10%~20%。 4.变频电机采用变频装置供电，输入电流中含有较多的高次谐波，产生电机局部放电和空间电荷，增大了介质损耗发热和电磁振动力，加速了绝缘材料的老化，所以应加强电机绝缘和提高整体机械强度，变频电机的绝缘强度一般要达到F级以上。 5.变频供电时产生的轴电压和轴电流会使电机轴承失效，缩短轴承使用寿命，必须在设计上要加以考虑。对较小的轴电流，可以适当增大电机气隙和选用专用润滑脂；另外，增加轴承的电气绝缘或者将电机轴通过电刷接地，可以有效解决轴承损坏问题；对过高轴电压，应设法隔断轴电流的回路，如采用陶瓷滚子轴承或实现轴承室绝缘。同时，在逆变器输出端增加滤波环节，降低脉冲电压dU/dt也是一种有效的方法。 三、电磁设计

交流异步电动机变频调速系统设计样本

中南大学 《工程训练》 ——设计报告 设计题目：异步电机变频调速 指引教师：黎群辉 设计人：冯露 学号： 专业班级：自动化0906班 设计日期：9月

交流异步电动机变频调速系统设计 摘要 近年来,交流电机变频调速及其有关技术研究己成为当代电气传动领域一种重要课题,并且随着新电力电子器件和微解决器推出以及交流电机控制理论发展，交流变频调速技术还将会获得巨大进步。 本文对变频调速理论，逆变技术，SPWM产生原理进行了研究，在此基本上设计了一种新型数字化三相SPWM变频调速系统，以8051控制专用集成芯片 SA4828为控制核心，采用IGBT作为主功率器件，同步采用EXB840构成IGBT驱动电路，整流电路采用二极管，可使功率因数接近1，并且只用一级可控功率环节，电路构造比较简朴。 V控制，同步，软件程序使得参数输入和变频器运营方式变本文在控制上采用恒 f 化极为以便，新型集成元件采用也使得它开发周期短。 此外，本文对SA4828三相SPWM波发生器使用和编程进行了详细简介，完毕了整个系统控制某些软硬件设计。 V控制，SA4828波形发生器 核心字:变频调速，正弦脉宽调制， f

目录 摘要................................................ 错误!未定义书签。 1.1 研究目与意义 (1) 1.2本次设计方案简介 (2) 1.2.1 变频器主电路方案选定 (2) 1.2.2 系统原理框图及各某些简介 (3) 1.2.3 选用电动机原始参数 (4) 2交流异步电动机变频调速原理及办法 (5) 2.1 异步电机变频调速原理 (5) 2.2 变频调速控制方式及选定 (6) V比恒定控制 (6) 2.2.1 f 2.2.2 其他控制方式................................ 错误!未定义书签。3变频器主电路设计. (13) 3.1 主电路工作原理 (13) 3.2 主电路各某些设计 (13) 3.3. 采用EXB840IGBT驱动电路 (15) 4控制回路设计 (16) 4.1 驱动电路设计 (16) 4.2 保护电路......................................... 错误!未定义书签。 4.2.1 过、欠压保护电路设计........................ 错误!未定义书签。 4.2.2 过流保护设计................................ 错误!未定义书签。 4.3 控制系统实现 (19) 5变频器软件设计....................................... 错误!未定义书签。 5.1 流程图 (22)

三相异步电动机的设计说明书

三相异步电动机的设 计说明书 一．三相异步电动机的基本结构 三相异步电动机由两个基本部分构成：固定部分—定子和转子，转子 按其结构可分为鼠笼型和绕线型两种。 1-1.定子的结构组成 定子由定子铁心、机座、定子绕组等部分组成，定子铁心是异步电动机磁路的一部分，一般由0.5毫米厚的硅钢片叠压而成，用压圈及扣片固紧，各片之间相互绝缘，以减少涡流损耗。 定子绕组是由带有绝缘的铝导线或铜导线绕制而成的，小型电机采用散下线圈或称软绕组，大中型电机采用成型线圈，又称为硬绕组。 1-2.转子的结构组成 转子由转子铁心、转子绕组、转子支架、转轴和风扇等部分组成，转子铁心和定子铁心一样，也是由0.5毫米硅钢片叠压而成。鼠笼型转子的绕组是由安放在转子铁心槽的裸导条和两端的环形端环连接而成，如果去掉转子铁心，绕组的形状象一个笼子；绕线型转子的绕组与定子绕组相似，做成三相绕组，在部星型或三角型。 1-3.工作原理 当定子绕组接至三相对称电源时，流入定子绕组的三相对称电流，在气隙产生一个以同步转速n 1 旋转的定子旋转磁场，设旋转磁场的转向为逆 时针，当旋转磁场的磁力线切割转子导体时，将在导体产生感应电动势e 2 ，电动势的方向根据右手定则确定。N极下的电动势方向用?表示，S极下的 电动势用Θ表示，转子电流的有功分量i 2a 与e 2 同相位，所以Θ ?和既表示 电动势的方向，又表示电流有功分量的方向。转子电流有功分量与气隙旋转磁场相互作用产生电磁力f em ,根据左手定则，在N极下的所有电流方向为

?的导体和在S极下所有电流流向为Θ的导体均产生沿着逆时针方向的切 向电磁力f em ,在该电磁力作用下，使转子受到了逆时针方向的电磁转矩M em 的驱动作用，转子将沿着旋转磁场相同的方向转动。驱动转子的电磁转矩与转子轴端拖动的生产机械的制动转矩相平衡，转子将以恒速n拖动生产机械稳定运行，从而实现了电能与机械能之间的能量转换，这就是异步电动机的基本工作原理。 二．异步电动机存在的缺点 2-1.笼型感应电动机存在下列三个主要缺点。 （1）起动转矩不大，难以满足带负载起动的需要。当前社会上解决该问题的多数办法是提高电动机的功率容量（即增容）来提高其起动转矩，这就造成严重的“大马拉小车”，既增加购买设备的投资，又在长期的应用中因处于低负荷运行而浪费大量电量，很不经济。第二种办法是增购液力偶合器，先让电动机空载起动，在由液力偶合器驱动负载。这种办法同样要增加添购设备的投资，并因液力偶合器的效率低于97%，因此至少浪费3%的电能，因而整个驱动装置的效率很低，同样浪费电量，更何况添加液力偶合器之后，机组的运行可靠性大大下降，显著增加维护困难，因此不是一个好办法。 （2）大转矩不大，用于驱动经常出现短时过负荷的负载，如矿山所用破碎机等时，往往停转而烧坏电动机。以致只能在轻载状况下运行，既降低了产量又浪费电能。 （3）起动电流很大，增加了所需供电变压器的容量，从而增加大量投资。另一办法是采用降压起动来降低起动电流，同样要增加添购降压装置的投资，并且使本来就不好的起动特性进一步恶化。 2-2.绕线型感应电动机 绕线性感应电动机正常运行时，三相绕组通过集电环短路。起动时，为减小起动电流，转子中可以串入起动电阻，转子串入适当的电阻，不仅可以减小起动电流，而且由于转子功率因数和转子电流有功分量增大，起动转矩也可增大。这种电动机还可通过改变外串电阻调速。绕线型电动机

PLC控制电机变频调速系统的设计

P L C控制电机变频调速 系统的设计 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

题目1：控制电机变频调速系统的设计 一、任务详情 1.1背景 调速系统快速性、稳定性、动态性能好是工业自动化生产中基本要求。在科学研究和生产实践的诸多领域中调速系统占有着极为重要的地位特别是在国防、汽车、冶金、机械、石油等工业中，具有举足轻重的作用。调速控制系统的工艺过程复杂多变，具有不确定性，因此对系统要求更为先进的控制技术和控制理论。 可编程控制器（PLC）可编程控制器是一种工业控制计算机，是继续计算机、自动控制技术和通信技术为一体的新型自动装置。它具有抗干扰能力强，价格便宜，可靠性强，编程简朴，易学易用等特点，在工业领域中深受工程操作人员的喜欢，因此PLC已在工业控制的各个领域中被广泛地使用。 变频调速已被公认为是最理想、最有发展前景的调速方式之一，采用变频器构成变频调速传动系统的主要目的，一是为了满足提高劳动生产率、改善产品质量、提高设备自动化程度、提高生活质量及改善生活环境等要求；二是为了节约能源、降低生产成本。用户根据自己的实际工艺要求和运用场合选择不同类型的变频器。 任务要求 通过PLC控制变频器，使三相异步电动机按图1-1所示的曲线运行，并可通过触摸屏远程控制电机的启动、停止，可对电机启动时间、减速时间设定调整，同时要求通过触摸屏实时显示数字电机转速、频率，显示转速图。电机运行可分为三个部分：第一部分要求电机起动后在60s内从0（r/min）线性增加到1022（r/min）；第二部分是进入恒转速运行阶段，运行时间为120s，转速恒定为1022（r/min）；第三部分是当恒速到了规定时间，进入减速阶段，电机转速要求在40s内降到0（r/min）。 1460 1285 1022 电 机 转 速 r/min 图2 异步电动机运行曲线图 二、方案设计 电路构造思路

交流异步电动机变频调速系统设计

湖南工程学院应用技术学院毕业设计说明书 目：题 专业班级：号：学学生姓名： 完成日期： 指导教师： 评阅教师：

2011 年 6 月

院术学学院应用技湖南工程务任书（论文）毕业设计 设计（论文）题目：交流异步电机的调速控制系统设计 姓名专业班级学号 指导老师职称教研室主任 一、基本任务及要求： 主要设计完成可控硅交流调压调速系统的设计，主要完成： （1）交流调压调速的原理和调压调速的静、动态性能分析； （2）系统组成与工作原理； （3）主电路与控制电路设计； （4）元器件选型及参数计算； （5）软件设计； （6）系统应用与调试说明。 二、进度安排及完成时间： （1）第一至第三周：查阅资料,撰写文献综述和开题报告。 （2）第四周至第五周：毕业实习。 （3）第六周至第七周：交流调压调速的原理和调压调速的静、动态性能分析。 （4）第八周至第九周：系统组成与工作原理；主电路与控制电路设计。

（5）第十周至第十二周：元器件选型及参数计算；软件设计；系统应用与调试说明。 （6）第十三周至第十五周：撰写毕业设计论文。 （7）第十六周：毕业设计答辩 目录 摘 要 .................................................................. .... I ABSTRACT ............................................................ ..... II 第1章绪 论 (1) 1.1 变频调速技术简介 ................................................. 1 1.2 变频器的发展现状和趋 势 (2) 1.2.1 变频器的发展现状 ............................................. 2 1.2.2 变频器技术的发展趋势 ......................................... 2 1.2 研究的目的与意义 ................................................. 3 1.3 本次设计方案简 介 (4) 1.3.1 变频器主电路方案的选定 ....................................... 4 1.3.2 系统原理框图及各部分简介 ..................................... 5 1.3.3 选用电动机原始参数 ........................................... 6 第2章交流异步电动机变频调速原理及方 法 (7)

三相异步电动机变频调速系统设计及仿真

天津职业技术师范大学 课程设计说明书题目：三相异步电动机变频调速系统设计及仿真 指导老师： 班级：机检1112班 组员

天津工程师范学院 课程设计任务书 机械工程学院机检1112 班学生 课程设计课题： 三相异步电动机变频调速系统设计及仿真 一、课程设计工作日自 2015 年 1 月 12 日至 2015 年 1 月 23 日 二、同组学生： 三、课程设计任务要求（包括课题来源、类型、目的和意义、基本要求、完成时 间、主要参考资料等）： 1、目的和意义 交流调速是一门重要的专业必修课，它具有很强的实践性。为了加深对所学课程（模拟电子技术、数字电子技术、电机与拖动、电力电子变流技术等）的理解以及灵活应用所学知识去解决实际问题，培养学生设计实际系统的能力，特开设为期一周的课程设计。 2、具体内容 写出设计说明书，内容包括： （1）各主要环节的工作原理； （2）整个系统的工作原理（包括启动、制动以及逻辑切换过程）； （3）调节器参数的计算过程。 2．画出一张详细的电气原理图； 3．采用Matlab中的Simulink软件对整个调速系统进行仿真研究，对计算得到的调节 器参数进行校正，验证设计结果的正确性。将Simulink仿真模型，以及启动过程中的电流、转速波形图附在设计说明书中。 4、考核方式 1．周五采用口试方式进行考核（以小组为单位），成绩按百分制评定。其中小组分数占60%，个人成绩占40%（包括口试情况和上交材料内容）； 2．每天上午8:30--11:30在综合楼226房间答疑。 五、参考文献 1、陈伯时．电力拖动自动控制系统----运动控制系统（第3版）．机械工业出版社，2003 指导教师签字：教研室主任签字：

(交流电机变频调速系统设计)

机电传动与控制课程综合训练三 一、综合训练项目任务书 综合训练项目：交流电机变频调速系统 目的和要求：加强对交流变频调速系统及变频器的理解；应用交流变频调速系统及变频器解决交流电机变频调速问题。提高分析和解决实际工程问题的能力。促成“富于探索精神，具有较强的自学能力、开拓创新意识和敏锐的观察事物以及分析处理事物的能力”的目标实现。 成果形式：交流电机变频调速系统设计说明书。 相关参数：参看《机电传动控制》（第五版），冯清秀等编著，华中科技大学出版社，P291~316。 一、综合训练项目设计内容 1.变频调速系统 1.1 三相交流异步电动机的结构和工作原理 三相交流异步电动机是把电能转换成机械能的设备。一般电动机主要由两部分组成：固定部分称为定子，旋转部分称为转子。三相交流异步电动机的工作原理是建立在电磁感应定律、全电流定律、电路定律和电磁力定律等基础上的。当磁极沿顺时针方向旋转，磁极的磁力线切割转子导条，导条中就感应出电动势。电动势的方向由右手定则来确定。因为运动是相对的，假如磁极不动，转子导条沿逆时针方向旋转，则导条中同样也能感应出电动势来。在电动势的作用下，闭合的导条中就产生电流。该电流与旋转磁极的磁场相互作用，而使转子导条受到电磁力，电磁力的方向可用左手定则确定。由电磁力进而产生电磁转矩，转子就转动起来。 1.2 变频调速原理 变频器可以分为四个部分，如图1.1所示。 通用变频器由主电路和控制回路组成。给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，称为主电路。主电路包括整流器、中间直流环节（又称平波回路）、逆变器。

图1.1 变频器简化结构图 ⑴整流器。它的作用是把工频电源变换成直流电源。 ⑵平波回路（中间直流环节）。由于逆变器的负载为异步电动机，属于感性负载。无论电动机处于电动状态还是发电状态，起始功率因数总不会等于1。因此，在中间直流环节和电动机之间总会有无功功率的交换，这种无功能量要靠中间直流环节的储能元件—电容器或电感器来缓冲，所以中间直流环节实际上是中间储能环节。 ⑶逆变器。与整流器的作用相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率。逆变器的结构形式是利用6个半导体开关器件组成的三相桥式逆变器电路。通过有规律的控制逆变器中主开关的导通和断开，可以得到任意频率的三相交流输出波形。 ⑷控制回路。控制回路常由运算电路，检测电路，控制信号的输入、输出电路，驱动电路和制动电路等构成。其主要任务是完成对逆变器的开关控制，对整流器的电压控制，以及完成各种保护功能。控制方式有模拟控制或数字控制。 2.系统的控制模型 本系统的结构如图1.2所示。

异步电机矢量控制设计

异步电机的矢量控制设计及仿真

前言 异步电机的矢量控制设计及仿真在矢量控制技术出现之前，交流调速系统多为V / f 比值恒定控制方法，又常称为标量控制。采用这种方法在低速及动态（如加减速）、加减负载等情况时，系统表现出明显的缺陷，所以交流调速系统的稳定性、启动、低速时的转矩动态相应都不如直流调速系统。随着电力电子技术的发展，交流异步电机控制技术全面从标量控制转向了矢量控制，采用矢量控制的交流电机完全可以和直流电机的控制效果相媲美，甚至超过直流调速系统。 矢量变换控制(以下简称VC)技术的诞生和发展为现代交流调速技术的发展提供了理论基础。交流电动机是一个多变量、非线性、强耦合的被控对象，采用了参数重构和状态重构的现代控制理论概念可以实现交流电动机定子电流的励磁分量和转矩分量之间的解耦，实现了将交流电动机的控制过程等效为直流电动机的控制过程。这就使得交流调速系统的动态性能得到了显著的改善和提高，从而使交流调速最终取代直流调速系统成为可能。实践证明，采用矢量控制方法的交流调速系统的优越性高于直流调速系统。矢量控制原理的出现也促进了其它控制方法的产生，如多变量解耦控制等方法。 七十年代初期，西门子公司的F .Blashke和W .Flotor提出了“感应电机磁场定向的控制原理”，通过矢量旋转变换和转子磁场定向，将定子电流按转子磁链空间方向分解成为励磁分量和转矩分量，这样就可以达到对交流电机的磁链和电流分别控制的目的,得到了类似于直流电机的模型,然后模拟直流电机进行控制，可以获得良好的静、动态调速性能。本文分析异步电机的数学模型及矢量控制原理的基础上, 利Matlab/Simulink中SimPowerSystems模块,采用模块化的思想分别建立了交流异步电机模块、矢量控制器模块、坐标变换模块、磁链调节器模块、速度调节模块, 再进行功能模块的有机整合, 构成了按转子磁场定向的异步电机矢量控制系统仿真模型。仿真结果表明该系统转速动态响应快、稳态静差小、抗负载扰动能力强, 验证了交流电机矢量控制的可行性、有效性。 1.异步电机的VC 原理 1.1 坐标变换 坐标变换的目的是将交流电动机的物理模型变换成类似直流电动机的模式，这样变换后，分析和控制交流电动机就可以大大简化。以产生同样的旋转磁动势 为准则，在三相坐标系上的定子交流电机A i、B i、C i，通过3/2变换可以等效成

浅谈变频器驱动下的异步电机设计与分析

浅谈变频器驱动下的异步电机设计与分析 【摘要】地球上能源的进一步枯竭，促使人们寻找节能的各种途径。异步电机消耗了我国一半以上的电能，异步电机的合理使用是节能问题的重中之重，使用变频器驱动是异步电机节能的最主要手段，其主要节能的原理是调节电机的转速以适应各种不同的工况，避免了不必要的能源浪费。本文就异步电机的概况、设计的重点及未来发展趋势进行研究和讨论。 【关键词】变频器驱动异步电机设计与分析 近年来，变频调速技术的发展和应用越来越广泛，人们也越来越重视变频调速状态下异步电机的性能。变频电源供电与传统的电网供电不同，在变频供电的状态下，电流、电压中会有高次谐波的产生，影响了异步电动机的功率因数、效率等性能。异步电机在以往的设计中对低电源谐波考虑很少，因此，传统的异步电机在变频状态下虽然可以达到很好的节能效果，但是无法达到理想的运行性能，因此，变频器驱动下的异步电机的设计与分析对异步电机设计的完善具有重大的现实指导意义。 1 变频器驱动下异步电机概述 变频调速技术已经成为电气传动的研究重点，因其众多优点如：调速和起制动性能优良、效率高、节能效果显著、应用广泛等被国内外专家学者认为是最具发展前途的电器传动技术。变频调速技术有机地将各种高新技术结合在一起，广泛运用于机械、冶金、化工等行业。变频器驱动下的异步电机的优点有以下几个：第一，制造方便。因变频器驱动下的异步电机中的转子不需要绕线，所以与传统的异步电机相比，变频调速的异步电机省掉了电刷、集电环等装备，结构简单、制造和维护也非常方便。第二，性能稳定。由于变频器驱动下的异步电机优良的起制动性极大地促进了交流调速系统的稳定性，因此变频器驱动的异步电机实现了电机的无级平滑调速，调速效果非常好，性能也更加稳定。第三，起动特性良好。变频器驱动下的异步电机运用了变压变频的电源进行供电，在电机起动时，起动转矩很大，起动电流较低，保证了其良好的起动性能。第四，显著的节能效果。变频器驱动下的异步电机能根据负载的变化进行自动平滑的调速，很大程度地提高了工作效率，达到了节能的目的。一般来说，调速范围越广的异步电机节能的效果也越显著。 虽然变频器驱动下的异步电机的设计和制作工艺并没有完全的成熟，但是半导体技术和电力电子行业的迅猛发展，使得变频器驱动下的异步电机的需求量急速上升，国内外专家学者对变频器驱动下的异步电机的进行了积极的探索，已达到适应现代化工业的发展的目的。 2 变频器驱动下的异步电机设计重点 2.1 变频器驱动下异步电机转子槽的设计

变频调速电机的选型

变频调速电机的选型

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变频调速电机的选型 变频调速电机一般均选择4级电机，基频工作点设计在50Hz，频率0-50Hz（转速0-1480r/min）范围内电机作恒转矩运行，频率50-100Hz（转速1480-2800r/min）范围内电机作恒功率运行，整个调速范围为(0-2800r/min），基本满足一般驱动设备的要求，其工作特性与直流调速电机相同，调速平滑稳定。如果在恒转矩调速范围内 要提高输出转矩，也可以选择6级或8级电机，但电机的体积相对要大一点。 由于变频调速电机的电磁设计运用了灵活的CAD 设计软件，电机的基频设计点可以随时进 行调整，我们可以在计算机上精确的模拟电机在各基频点上的工作特性，由此也就扩大了 电机的恒转矩调速范围，根据电机的实际使用工况，我们可以在同一个机座号内把电机的 功率做的更大，也可以在使用同一台变频器的基础上将电机的输出转矩提的更高，以满足 在各种工况条件下将电机的设计制造在最佳状态。变频调速电机可以另外选配附加的转速 编码器，可实现高精度转速、位置控制、快速动态特性响应的优点。也可配以电机专用的 直流（或交流）制动器以实现电机快速、有效、安全、可靠的制动性能。由于变频调速电 机的基频可调性设计，我们也可以制造出各种高速电机，在高速运行时保持恒转矩的特性 ，在一定程度上替代了原来的中频电机，而且价格低廉。变频调速电机为三相交流同步或 异步电动机，根据变频器的输出电源有三相380V或三相220V，所以电机电源也有三相380V 或三相220V的不同区别，一般4KW以下的变频器才有三相220V可，由于变频电机是以电机 的基频点（或拐点）来划分不同的恒功率调速区和恒转矩调速区的，所以变频器基频点和 变频电机基频点的设置都非常重要。 同步变频与异步变频调速电机的区别 异步变频调速电机是由普通异步电机派生而来，由于要适应变频器输出电源的特性，电机在转子槽型，绝缘工艺 ，电磁设计校核等作了很大的改动，特别是电机的通风散热，它在一般情况下附加了一个独立式强迫冷却风机， 以适应电机在低速运行时的高效散热和降低电机在高速运行时的风摩耗。变频器的输出一般显示电源的输出频率 ，转速输出显示为电机的极数和电源输出频率的计算值，与异步电机的实际转速有很大区别，使用一般异步变频 电动机时，由于异步电机的转差率是由电机的制造工艺决定，故其离散性很大，并且负载的变化直接影响电机的 转速，要精确控制电机的转速只能采用光电编码器进行闭环控制，当单机控制时转速的精度由编码器的脉冲数决 定，当多机控制时，多台电机的转速就无法严格同步。这是异步电机先天所决定的。 同步变频调速电机的转子内镶有永磁体，当电机瞬间起动完毕后，电机转入正常运行，定子旋转磁场带动镶有永 磁体的转子进行同步运行，此时电机的转速根据电机的极数和电机输入电源频率形成严格的对应关系，转速不受 负载和其他因数影响。同样同步变频调速电机也附加了一个独立式强迫冷却风机，以适应电机在低速运行时的高 效散热和降低电机在高速运行时的风摩耗。由于电机的转速和电源频率的严格对应关系，使得电机的转速精度主 要就取决于变频器输出电源频率的精度，控制系统简单，对一台变频器控制多台电机实现多台电机的转速一致， 也不需要昂贵的光学编码器进行闭环控制。 TYP 变频调速永磁同步电机具有的三大优点： 1、高效节能与异步变频调速电机相比，高效节能。同规格相比，该系列电机效率比异步变频电机效率高 3~10个百分点。以1.5kW为利，两者效率差近7个百分点； 2、可精确调速与异步变频系统相比，无需编码器即可进行准确的速度控制； 3、高功率因数既可减少无功能量的消耗，又能降低变压器的容量

异步电动机设计文献综述

本科毕业设计（论文） 文献综述 院（系）：电气信息学院 专业：电气工程与自动化 班级：2010级 学生姓名：学号: 2013 年12 月18 日本科生毕业设计（论文）文献综述评价表

75KW三相鼠笼异步电动机设计1前言： 现在社会中，电能是使用最广泛的一种能源，在电能的生产、输送和使用等方面，作为动力设备的电机是不可缺少的一部分。电机是各个行业生产过程及日常生活中普遍使用的基础设备，它是进行电能量和机械能量转换的主要器件。它在现代工业、现代农业、现代国防、交通运输、科学技术、信息传输和日常生活中都得到最广泛的应用。 三相异步电动机在生产和交通运输中得到广泛使用，例如，在工业方面，它被广泛用于拖动各种机床、水泵、压缩机、搅拌机、起重机械等。在农业方面，他被广泛用于拖动排灌机械、脱粒机及各种农产品的加工机械。在家用电器和医疗器械和国防设施中，异步电动机也应用十分广泛，作为拖动各种机械的动力设备。随着电气化和自动化程度的不断提高，异步电动机将占有越来越重要的地位。而随着电力电子技术的不断发展，由异步电动机构成的电力拖动系统也将得到越来越广泛的应用。异步电动机与其它类型电机相比，之所以能得到广泛的应用是因为它具有结构简单、制造容易、运行可靠、效率较高、成本较低和坚固耐用等优点。 电动机是把电能转化为机械能，电动机作为各种用途的生产机械的动力元件，功率从几瓦到几万千瓦，每分钟转速从几十到几千转，应用十分广泛。电动机主要分为同步电动机、异步电动机与直流电动机三种，分别应用于不同的场合，而其中以三相异步电动机的使用最为广泛。 2 主题： 提高国内电机的可靠性和经济性指标被列为“十五”计划基本任务的两项重要内容。国内电机质量和技术水平差距的其中两个体现方面就可靠性差，经济指标落后。对电机进行细微的失效机理分析，采用新的设计方案、新的原材料及加工工艺是提高电机可靠性和经济指标的根本途径。 国外公司注重新产品开发，在电机的安全、噪声、电磁兼容等方面很重视。国外的先进水平主要体现在电机的可靠性高，寿命长，通用化程度高，电机效率不断提高，噪声低，重量轻，电机外形美观，绝缘等级采用F级和H级。国内市场供大于求,只能去发展特殊、专用电机,开发新产品,满足配套主机行业的特殊需要;国外市场由于普通中小型电机特别是小型电机是传统工业产品,耗用原材料及工时多而获利少,是劳动密集型产品,工业发达国家普遍不愿意生产,纷纷

有限元的分析软件Ansoft在电机领域中应用.doc

有限元分析软件Ansoft在电机领域中的应用一ansoft软件各模块的简单介绍 1 RMxprt 该软件用于探索电机设计空间、快速确定设计方案，并能进行优化设计 它已经可以进行十三种电机类型的设计： 三相感应电机 单相感应电机 永磁无刷直流电机 永磁直流电机 通用电机 开关磁阻电机 调速运行永磁同步电机 自起动三相永磁同步电机 三相同步电机 三相同步发电机 永磁同步发电机 特点： ?向导式介面，参数化输入: 工作条件,几何尺寸, 材料特性 ?基于磁网路法的快速解析分析 ?详细的结果输出：图形和表格 ?利用对称条件生成最小有限元分析模型，用于电机动态过程详细有限元分析 ?参数化设计能力：尺寸、材料等无需指定。可用一定变化范围的变量表示 ?优化设计功能 ?求解时考虑材料非线性b – h特性 ?自动设计功能: 槽型设计和线规选择 ?提供丰富的预设计电机模型库

?输入数据自动验证 ?提供美国、中国材料库和公制、英制尺寸 ?针对电机种类的多种绕组型式和用户定义绕组连接方式 ?多种负栽种类: 恒功率、恒转矩、恒转速、风机水泵 ?三维斜槽和端部效应 ?无刷电机、开关磁阻电机、永磁同步电机驱动线路类型、控制方式选择和开关管参数设定 2. Maxwell 2D 二维电磁场、温度场，瞬态场分析软件，Maxwell? 2D 是一个功能强大、结果精确、易于使用的二维电磁场有限元分析软件，一般在电磁物体满足轴向均匀或RZ对称的条件下采用。 3. Maxwell 3D 包括电场、稳态磁场和交流磁场、动态电磁场、损耗计算和热分析模块，其核心是针对三维电磁场分析而优化的有限元技术。向导式的用户界面、精度驱动的自适应剖分技术和强大的后处理器使得Maxwell 3D成为业界最佳的高性能三维电磁设计软件。可以分析涡流、位移电流、集肤效应和领近效应具有不可忽视作用的系统，得到电机、母线、变压器、线圈中涡流的整体特性。功率损耗、线圈损耗、某一频率下的阻抗(R和L)、力、转矩、电感、储能等参数可以自动计算。同时也可以给出整个相位的磁力线、B和H 分布图、能量密度、温度分布等图形结果。 4. Optimetrics Optimetrics是Maxwell 3D的选件模块，用于优化、参数分析和敏感性分析。Optimetrics为设计者评估特定参数和目标函数之间关系最终进行装置优化提供了有力工具。采用宏功能，仿真过程中可以对形状、激励/边界条件、频率等进行参数分析优化。 OPTIMETRICS是绝佳的参数化和优化引擎，它可让用户从一非常简洁易用的界面执行参数分析、敏感性分析、优化和其他许多设计研究。OPTIMETRICS模块驱动ANSOFT的电磁场解算器，使工程师们能用精确电磁场仿真来设计电子器件和产品。采用OPTIMETRICS，就可以很快很轻易地执行大量的设计变量、优化器件，并自动进行实验设计研究来推导出敏感性和不确定性与制造容差之间的函数关系。 OPTIMETRICS自动产生和修改宏。用户建立一个项目并定义要改变的独立参数。宏编辑器模块自动解释宏文本中的特显行，使用户可定义独立变量，然后用户再定义在参数分析中需计算的非独立变量，或在优化中需最小化的COST函数。非独立变量和COST函数在HFSS中可以是任意的计算值：场值、S-参数、频率响应、本征模、阻抗等。HFSS执行所要求的计算，向参数分析提供便利的表格形式的输出，向优化提供最佳的设计要求。报告生成器使用户能绘出参数仿真中独立参数与非独立参数间的关系以及优化中费用函数及其他度量与周期的关系。 5. simplorer 二沈阳ansoft电磁场培训笔记摘要

三相异步电动机变频调速系统设计

名称：三相异步电机调速系统逆变主电路设计 摘要：变频器是交流电气传动系统的一种,是将交流工频电源转换成电压、频率均可变的适合交流电机 调速的电力电子变换装置，英文简称VVVF ( Variable Voltage Variable Frequency）。本设计的思路是先以PLC控制变频器，再用变频器再对电机进行调速。 关键词：异步电机变频器PLC 调速 陕西工院 Abstract: The inverter is a power electronic conversion device of AC electric transmission system,which converts AC power-frequency voltage and frequency to be fit for AC motor speed control ,and is called VVVF (Variable Voltage Variable Frequency).The design is based on that the PLC controls the inverter, and then the inverter controls the speed of the motor's . Key words: induction motor inverter PLC speed control 引言 异步电机调速系统的种类很多，但是效率很高、性能最好、应用最广的是变频调速，它可以构成高动态性能的交流调速系统来取代直流调速系统，是交流调速的主要发展方向。目前变频器不但在传统的电力拖动系统中得到了广泛的应用，而且已扩展到了工业生产的所有领域，以及空调器、洗衣机、电冰箱等家电中。与其它交流电机调速方式对比，变频调速的优点：平滑软启动，降低启动冲击电流，减少变压器占有量，确保电机安全；在机械允许的情况下可通过提高变频器的输出频率提高工作速度；无级调速，调速精度大大提高；电机正反向无需通过接触器切换；非常方便接入通讯网络控制，实现生产自动化控制；变频器总体来说用在启动频繁的马达上，节能效果明显。