浅析三相交流变频电动机的设计及其研究专业电气工程及其自动化_开题报告

一、文献综述

    （一）交流调速电机国内外发展状况

随着人类的发展能源需求正极大地影响着全球经济发展，我国同样也面临着经济增长对能源需求的压力。20世纪九十年代我国高耗能产品的耗能量比发达国家高12-15%，能源综合利用效率仅为38%，我国迫切需要提高能源利用效率。电机是能源消耗大户之一，我国电机总装机容量己达4亿千瓦，年耗电量达6000亿千瓦时，占工业耗电量的80%，然而直到目前，我国各类在用电机80%以上还是中小型异步电动机，可见我国在电机节能领域有非常大的潜力。电机节能技术最受瞩目的就是变频调速技术，变频调速技术以其显著的节电效果、优良的调速性能以及广泛的适用性而成为电气传动发展的主流方向。虽然我国变频调速技术研究非常活跃，但是产业化仍很不理想，外国产品几乎占据了我国变频调速技术市场的60%。从总体上看，我国变频传动的技术水平较国际先进水平差距10多年。在大功率交一交、无换向器电机等变频技术方面，国内只有少数科研单位有能力制造，但在数字化及系统可靠性方面与国外还有相当差距。 异步电动机的数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，通过坐标变换，可以使之降阶并简化，但没有改变其非线性、多变量的本质。转速开环、恒压频比控制的调速系统和转速闭环、转差频率控制的变频调速系统动态性能不够理想，调节器参数很难准确设计，关键就在于只是沿用了单变量控制系统的概念而没有考虑非线性、多变量的本质。

而21世纪的到来，使得各种技术迅速发展，交流调速取代直流调速和计算机数字控制取代模拟控制已成为发展趋势!电机交流变频调速技术是当今节电，改善工艺流程以提高产品质量和改善不断恶化的环境，推动技术进步的一种主要手段! 因此研究变频调速技术对于能源利用和我国的工业节能有重要意义! 变频调速技术主要向着两个方向发展：一是实现高功率因数、高效率、无谐波干扰，研制具有良好电磁兼容性能的“绿色电器”；二是向变频器应用的深度和广度发展!随着变流器应用领域深度和广度的不断开拓，变频调速技术将越来越清楚地展示它在一个国家国民经济中的重要性! 可以预料，现代控制理论和人工智能技术在变频调速技术中的应用和推广，将赋予它更强的生命力和更高的技术含量!其发展方向具体有如下几项：(1)实现高水平的控制；(2)开发清洁电能的变流器；(3)缩小装置的尺寸；(4)高速度的数字控制；(5)模拟与计算机辅助设计CAD技术。在我国为实现2010年奋斗目标而必须进行结构调整、实现经济增长方式转变中，节能降耗是实现少投入、高效益的重要途径。因此，必须把推进变频调速等高效节电技术作为今后节能工作的重点之一，花大力气，加大推广运用工作力度。同时，也要看到变频调速器在我国巨大市场潜力。要把变频器的开发、推广、应用、产业化发展作为新的经济增长点来培育。从国外情况看，变频器生产已成为一些国家的先导产业。而我国这方面的基础还很薄弱，我们有理由认为：推进我国变频器产业化是国民经济持续发展的一个有力推动点，必将带动和促进相关产业共同发展。交流调速传动的客观发展趋势已表明，它完全可以和直流传动相媲美、相抗衡，并有取代的趋势。

（二）变频器的优点与缺点

变频器技术是一门综合性的技术。它建立在控制技术、电子电力技术、微电子技术和计算机技术的基础上。它与传统的交流拖动系统相比,利用变频器对交流电动机进行调速控制,有许多优点,如节电,容易实现对现有电动机的调速控制,可以实现大范围内的高效连续调速控制,容易实现电动机的正反转切换,可以进行高频度的起停运转,可以进行电气制动,可以对电动机进行高速驱动,可以适应各种环境,可以用一台变频器对多台电动机进行调速控制,电源功率因素大,所需容量小,可以组成高性能的控制系统等。

但变频器供电电源会存电动机端子和各相绕组的前几匝线圈上产生高频瞬间脉冲峰值电等问题，因此，如果不对绝缘系统采用增强措施．将会使绕组存高电压应力作用下过早失效，从而引起绝缘击穿故障。据资料报道，佳木斯电机股份有限公司已在新一代变频捌速电动机上开始采用专用电磁线、槽绝缘、相问绝缘以及浸渍漆等措施。

（三）变频器的发展状况

近十多年来，中国政府致力于推广电动机调速技术，各行各业都在一定程度上采用了电动机调速。据石油、电力、建材、钢铁、有色、煤炭、化工、造纸、纺织等部门最近对企业抽样调查结果，石油、建材、化工行业电动机调速应用较好。在目前4亿kW的电机负载中，约有50%是负载变动的，其中的51%可以通过电机调速解决其负载变动问题。因此仅就目前的市场容量考虑，约有6000万kW的调速电机市场。根据以上内容可以了解，交流调速电机对提高电气传动系统的运行性能和节约能源具有重要意义。因此，进行三相交流调速电动机的设计与研究是非常必要的。

（四）本课题的目的和意义

交流电机调速作为节约能源的一个重要手段，理应受到足够的重视。变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。深入了解交流传动与控制技术的走向，具有十分积极的意义．

二、^范文提纲

1绪论

1.1交流调速电机国内外发展状况

1.2变频器的优点与缺点

1.3变频器的国内外发展状况

1.4本课题的目的和意义

2变频调速的基本原理

2.1变频器的基本原理

2.2变频器控制策略和调速控制方式

2.3交流变频调速系统的原理及特点

3  变频调速异步电动机的特点

3.1变频器供电的异步电动机的机械特性

3.2恒电压/频率比控制时的机械特性

4 最大转矩保持恒定的控制方式

4.1输出功率保持恒定的控制方式

4.2变频调速异步电动机的设计特点

5 变频电源供电情况下电动机应用所面临的问题

5.1电磁设计

5.2.结构设计

6变频调速异步电动机的设计特点

6.1变频电源供电情况下电动机运用所出现的问题

6.2变频调试异步电动机的运用范围

7变频调速电动机的概述

8  1.5KW变频调速电动机的电磁设计 

8.1电磁方案设计

8.1.1 频率为50Hz时的电磁设计方案

8.1.2其他频率时电磁参数的比较

8.2 电磁设计中的某些特殊考虑

三、参考文献

[1] 戴文进.特种交流电机及其计算机控制与仿真[M].北京：机械工业出版社，2002

[2] 许大中.交流电机调速理论[M]. 浙江:浙江大学出版社,2005                                                 

[3] 陈世坤.电机设计[M].北京：机械工业出版社，2003

[4] 汤蕴璆，史乃.电机学[M].北京：机械工业出版社，2005

[5] 吴安顺等.最新使用交流调速系统[M].北京:机械工业出版社，1998

[6] 张燕宾等.变频调速应用实践[M].北京:机械工业出版社，2001

[7] 董超奎 频率很高时交流变频电机设计分析[J].微电机，1999

[8] 叶剑秋.变频调速感应电动机转子槽形优化设计[J].微特电机，1999 

[9] 李隆年，王宝玲等.电机设计[M].北京:清华大学出版社，1992

[10] 王凤翔，交流电机的非正弦供电[M].北京:机械工业出版社，1997

[11] VB.Honsinger. Induction motors operating from inverters.  IEEEI ASA nn.Meeting,1980