变频电机毕业设计的开题报告最终.docx

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变频电机毕业设计的开题报告最终

毕业设计（论文）开题报告

题目：

6极变频电动机设计

系：

电气与信息工程系

专业：

电气工程及其自动化

学生姓名：

付寅魁学号：

200601010426

指导教师：

石安乐

2009年5月4日

开题报告填写要求

1．开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。

此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效。

2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按此电子文档标准格式（可从电气系网页或各教研室FTB上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。

3．“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于10篇（不包括辞典、手册），其中至少应包括1篇外文资料。

4．统一用A4纸，并装订单独成册，随《毕业设计论文》等资料装入文件袋中。

毕业设计（论文）开题报告

1．文献综述：

结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，撰写2500字以上的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。

文献综述

一、交流变频调速的发展概况

变频调速技术是一种以改变交流电动机的供电频率来到交流电动机调速目的及技术。

大家知道，从大范围来分，电动机有直流电动机和交流电动机。

由于直流电动机调速容易实现，性能好，因此，过去生产机械的调速多用直流电动机。

但直流电动机固有的缺点是，由于采用直流电源，它的滑环和碳刷要经常拆换，故费时费工，成本高，给人们带来不少的麻烦。

因此人们希望，让简单可靠价廉笼型交流电动机也能像直流电动机那样调速。

这样就出现了定子调速、变极调速、滑差调速、转子串电阻调速和串极调速等交流调速方式；由此出现了滑差电机、绕线式电机、同步时交流电机。

但其调速性能都无法和直流电机相比。

直到20世纪80年代，由于电力电子技术、微电子技术和信息技术的发展,才出现了变频调速技术。

它的出现就以其优异的性能逐步取代其他交流电动机调速方式，乃至直流电动机调速系统，而成为电气传动的中枢。

变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的，20世纪60年代电力电子器件从SCR（晶闸管）、GTO（门极可关断晶闸管）、BJT（双极型功率晶体管）、MOSFET（金属氧化物场效应管）、SIT（静电感应晶体管）、SITH（静电感应晶闸管）、MGT（MOS控制晶体管）、MCT（MOS控制晶闸管）发展到IGBT（绝缘栅双极型晶闸管）、HVIGBT（乃耐高压绝缘栅双极型晶闸管），器件的发展促使电力变换技术的不断发展。

20世纪70年代开始，脉宽调制变压变频（PWM-VVVF）调速研究引起了人们的高度重视。

20世纪80年代，科研人员对作为变频技术核心的PWM模式优化问题做了进一步的研究，并得出诸多优化模式其中以鞍型波PWM模式效果最佳。

20世纪80年代美、日、德、英等发达国家的VVVF变频器已投入市场并得以广泛应用。

二、变频器

1、变频器简介

变频器按装置形式分为交-交变频器和交-直-交变频器。

交-交变频器又叫直接变频器。

它是把某一定压、定频的交流电变换成电压和频率都可调的交流机。

根据输出波形的不同，交-交变频器可分为方波型和正弦型；根据主电路中是否接入滤波电感，交-交变频器可分为电流型和电压型。

交-直-交变频器又叫间接变频器。

它是把某一定压、定频的交流机先经变流器整流成直流电，然后再经逆变器将此直流变换成电压和频率都可调的交流电。

在频率调速中变频器的负载通常是异步电动机，起电流滞后于电压，负载需向电源汲取无功功率，这样在直流环节和负载之间将有无功功传输，为了缓冲无功能量，在直流环节和负载之间须设置贮能元件。

根据主回路缓冲无功能量的贮能元件类型不同，交-直-交变频器分为：

1）交-直-交电压型变频器，它在直流侧并联一个大电容C，有恒压源的特点。

2）交-直-交电流型变频器，他在直流回路串一个大电感L。

类似于恒流源。

交直交电压型变频器主要由整流单元（交流变直流）、滤波单元、逆变单元（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元、控制单元等部分组成的。

2、变频器的基本结构

网侧变流器1中间直流环节负载侧变流器2

运行指令

整流器电网侧的变流器1是整流器，它的作用是把三相交流整流成直流电。

逆变器负载侧的变流器2为逆变器。

最常见的结构形式是利用六个半导体主开关器件组成的三相桥式逆变器电路。

有规律地控制逆变器中主开关器件的通与断，可以得到任意频率的三相交流输出。

中间直流环节由于逆变器的负载为异步电机，属于感性负载。

无论电动机处于电动或发电制动状态，其功率因数总不会为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来缓冲。

所以有常称中间直流环节为中间直流储能环节。

控制电路控制电路常由运算电路、检测电路、控制信号的输入、输出电路和驱动电路等构成。

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佛那个能等，控制方法可以采用模拟控制或数字控制。

高性能的变频器目前已经要靠软件来完成各种功能。

由于软件的灵活性，数值控制方式靠可以完成模拟控制方式难以完成的功能。

三、三相异步电动机

1、异步电动机的基本结构

异步电动机又称感应电机是交流电机的一种。

与其他旋转电机相比，它具有结构简单，制造、使用的维护方便，运行可靠，效率较高，价格较低等优点，但是它的调速和起动性能不佳，功率因数较低，增加了电力系统的无功负担。

异步电动机主要是电动机使用，是当今应用最广，需要最大的一种电机。

异步电机和其他旋转电机的基本结构一样，有一个固定部分，叫定子；有个旋转的部分，叫转子。

定、转子之间有一个很小的空气隙。

此外，还有端盖、轴承和机座等部件。

异步电动机的定子主要包括电子绕组、铁芯和机座三部分。

异步电机转子主要包括转子绕组、铁芯和转抽三部分。

特别提到的是转子绕组的龙型绕组，转子铁芯的每一个槽中有一根导体，这些导条两端各有一个圆环，将它们短接起来，如去掉铁芯，该绕组的外形好像一只“鼠笼”，由此得名。

定、转子之间的空气隙称为气隙，它对电机的性能有重大的影响。

中小型异步电机的气隙一般为0.2-2.0mm。

气隙太小，虽然提高电机的公路因数，但会使电机装配困难，运行不可靠和增加附加损耗，银次1为减小励磁电流，应为机械条件所容许达到的较小值。

2、异步电机的运行状态

当一对称三相电流流入异步电机三相定子绕组时，在气隙中便产生一旋转磁场，以同步速n1旋转。

转子绕组与其有相对运行，则在闭合的转子绕组产生感应电动势和感应电流，旋转磁场与转子导体中的电流互相作用产生电磁转矩。

由此可见，正常情况下，异步电机的转子转速n总是略低或略高于旋转磁场转速你，它们之间的差称为转差速度。

Wimbledon定义转差速度与同步转速的比值为转差率是,

即s=（n1—n）/n1转差率是决定异步电机运行状态的重要变量，异步电机的负载情况发生变化，转子导体中的电动势、电流和电磁转矩相应变化，则转子转速和转差率随之变化。

按照转差率的大小与正负，异步电动可分为电动机运行、发电机运行和电磁制动三种状态。

参考文献

1胡虔生，胡敏强.电机学.北京:

中国电力出版社,2005，136-141

2何超.交流调速技术.北京：

北京航空航天大学出版社，2006，1

3王兆安.黄俊.电力电子技术[M].北京:

机械工业出版社,2000，20-21

4张燕宾.变频调速应用实践.北京：

机械哦那个也出版社,2000，7-8

5陈伯时，陈敏逊.交流调速系统.北京：

机械工业出版社,2005，1-564-68

6韩安荣.通用变频器机器应用.北京：

机械工业出版社2000，50-77

7胡崇岳.现代交流调速技术[M].北京:

机械工业出版社,1998，64-65

8石秋洁，张燕宾.变频器应用基础.北京:

机械工业出版社,2002，19-24

9周志敏，周纪海，纪爱华.变频调速系统设计与维护.北京：

中国电力出版社,20071-9

10李正熙，白晶.电力拖动自动控制系统.北京：

冶金工业出版社，2000231-242

11吴忠智，昊加林.变频器应用手册[M].北京:

机械工业出版社,2000，110-112

毕业设计（论文）开题报告

２．开题报告：

一、课题的目的与意义；二、课题发展现状和前景展望；三、课题主要内容和要求；四、研究方法、步骤和措施

开题报告

一、课题的目的与意义

本课题要求设计三相6极变频电动机，变频电动机由变频器和电动机组成，转子采用笼型绕组。

该电动机能无级调速，在须调速的场合中，起动、节能效果好。

该电动机主要用在电力拖动系统中作调速原动机。

现代交流调速系统使交流电机输人电压的幅值和频率不为恒定值，这使得电机的转速与其极对数不再有必然的联系，如2极电机的转速约为3000r／min。

电机的转速低就要做得极数多也已不再是电机设计的必然结论。

在电机设计时，可以根据具体情况（如电机的结构尺寸或要求的转动惯量），对电机的极对数进行优化选择。

极数较多（>12极）、制造困难的交流电机或极数较少（<6极）、绕组端部大、效率较低的交流电机都将不再采用，从而大大放宽了交流电机设计的选择余地，为电机设计结构的优化创造了条件。

可以预见：

在变频电源供电条件下，制造成本更低、力能指标和低频运行特性更好的4、6极电动机将会普遍使用。

二、课题发展现状和前景展望

电机作为实现机电能量转换的装置，从19世纪初开始，其设计和制造技术已逐步走向成熟，推出了诸如电机转矩与其体积成正比、电机磁通密度应该设计在电机磁化曲线的膝点位置、笼型异步电机要采用深槽以利用集肤效应提高起动转矩等具有指导意义的公式和原则。

但在整个20世纪，电机的设计与制造技术基本上没有发生根本性的变革，尤其是交流电机的设计，几乎都是在假定输入三相交流电压的幅值和频率恒定的条件下进行的。

此时直流电机、交流异步电机、交流同步电机从设计、制造到运行基本上都是各自独立的，直到20世纪70年代提出矢量控制理论，才将各种电机的能量转换原理从理论上统一了起来。

到20世纪80年代末，电力电子学的发展和微电子技术的进步，使矢量从理论走向实践，最终在20世纪90年代使基于矢量控制理论的现代交流调速系统遍地开花，并在大容量调速领域向直流电动机展开了挑战，大有取而代之的趋势。

一20一理论的发展必将引起现实的变革，现代交流调速系统的兴起，使传统交流电机设计的一些前提条件和限制因素不复存在。

因此，必须重新审核传统的基于恒压恒频供电的交流电机设计公式，并根据现代交流调速系统的要求做出必要的革命性变革。

三、课题主要内容和要求

主要设计内容包括：

1、变频电机系统分析；

2、变频电机调速分析；

3、功率确定；

4、电磁设计及参数分析；

5、实例计算；

6、熟悉和掌握电磁设计程序。

四、研究方法、步骤和措施

变频调速，是通过改变电动机定子绕组供电频率来改变电动机同步转速。

由于异步电动机的同步转速与电源频率成比例变化，所以改变频率就改变转速，从而实现异步电动机的调速。

异步电动机的转速为

（2.1）

异步电动机定子电路的电压平衡方程式为

在忽略定子阻抗压降的情况下，则有

（2.2）

式中：

-定子绕组相电压；

-定子绕组感应电势；

-定子绕组电源频率；

P-极对数；

-同步转速；

-每极对气隙磁通；

-定子阻抗压降。

从式（2.1）和式（2.2）中可见，当电源频率发生变化时不仅影响电动机的运行速度，而且还会影响电动机内部磁通量和各部分磁路磁通密度的变化。

从而必然引起电动机其他性能参数的变化。

当频率下降低于额定频率时，定子绕组内的感应电动势随之下降，此时，如果电源电压保持不变，迫使增大励磁电流，必需建立更大的气隙磁通量。

但是，一般情况下电动机在额定频率工作时，磁路已接近饱和状态。

为了保持电动机内部磁通密度不变，只能控制电压，随频率成比例下降。

当频率提升超过额定频率时，定子绕组内的感应电动势，呈上升趋势。

气隙磁通量将下降而小于额定值。

那么，在额定的定子电流下，电动机的输出转矩下降，电动机得不到充分利用。

总之，变频调速是通过改变电源频率，实现调速，但同时必然引起气隙磁通量的变化，从而影响电动机的运行性能。

如果变频调速时，随着电源频率改变的同时改变电源电压，以保持气隙磁通量不变，那么电动机将获得良好的运行性能。

毕业设计（论文）开题报告

指导教师意见：

1．对“文献综述”的评语：

2．对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：

指导教师：

年月日

所在专业审查意见：

负责人：

年月日