毕业设计（论文）开题报告-4极变频电动机设计.doc

毕业设计(论文)开题报告题 目： 4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： 学 号： 20030120411 指导教师： 石安乐 2007年 3 月 10 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、交流变频调速技术发展的概况随着国民经济的增长，电力电子技术的突飞猛进，在机床、冶金、电力、牵引、化工、纺织、供水、造纸、建材和农业等行业的发展开始大量应用变频电动机，节能效果显著。20世纪90年代以前，人们对变频调速系统的研究主要集中在变频器的拓朴结构以及控制算法上，使电动机传动的动态性能和调速精度大大提高。变频调速电动机系统具有高智能、高可靠性和高容错能力。但变频器供电电动机的效率、功率因数和功率密度等性能却没有得到相应的重视和研究。因此，必须重新考虑电动机在变频调速系统中的设计问题。生产技术不断发展，从20世30年代开始，人们就致力于交流调速技术的研究，然而进展缓慢。在相当长时期内，直流调速一直以性能优良领先于交流调速。60年代以后，特别是70年代以来。电力电子技术和控制技术的飞速发展，使得交流调速性能可以与直流调速相媲美，目前，交流调速己前入逐步替代直流调速的时代。交流变频调速的发展状况，基本上可以归纳为以下几个方面,第一方面，大容量和特大容量上，填补了直流调速传动的空白。由于直流电机具有换向器，它承受的电压有一定的限制(一般小于2千伏)，因此直流电机的功率较小，而交流变频调速异步电机，在容量上可以做得比直流电机大得多。近年来，西门子公司在低速大容量的交一交变频传动方面已取得了突破性的进展。1984年西门子公司向dilling钢厂辊宽为5.5米的轧钢机提供了一套2x10920千瓦的交一交变频系统。法国的alsthom公司制造了用于传动裂化气体压缩的21000kw，转速为5900r/min的交一直一交电流源型变频调速系统于1984年投入了运行。这是高容量的典例。第二方面，快速的转矩控制，可以得到和直流调速相同甚至更好的静、动态性能。早期的变频传动转矩响应慢、低速特性差，而引入矢量控制后，调速特性等方面有了很大改善。西门子公司研制的采用稀土材料的矢量控制系统，转速达3000转/分，而全速反应时间时间只需15毫秒。第三方面，新型全控型开关器件的迅速发展，提高了变频器的性能指标。快速晶闸管的出现，为交流变频调速提供了物质基础，而全新的全控开关器件的不断推出和完善，出现了新一代变频器，为提高交流调速性能指标，缩小变频器体积，降低系统的造价，提高产品的竞争能力提供了有利条件。二、变频电动机的研究情况20世纪40年代以前，人们对变频调速系统的研究主要集中在变频器的拓扑结构以及控制算法上，取得了较大的进展，使电动机传动的动态性能和调速精度人大提高。但变频器供电电动机的效率、功率因数和功率密度等稳态性能却没有得到相应的重视和研究。尤其是高压大容量的电动机传动系统中出现了低效率和低功率因数的问题，使得人们重新认识到电动机在变频调速系统中的稳态性能与其动态性能一样重要。对不同的控制方法，电动机在效率、功率因数以及温升等性能上都有很大的差别。提高电动机在变频调速系统中的稳态性能，不仅可以极大地节约能源，而且还能提高电动机运行的可能性。因此，必须重新考虑电动机在变频调速系统中的设计问题。应用交流调速技术的主要目的:一是为了节能:二是为了获取高精度的转速转矩控制:三是为了实现高速驱动。在变频调速中，由于电动机是由变频器供电，这与传统工频正弦波供电的电动机存在着很大区别。一方面，前者在从低频到高频的宽频范围内运行;另一方面，电源波形是非正弦的。而目前广泛采用的spwm正弦脉宽调制技术，虽然大大抑制了低次谐波，降低了电动机的脉动转矩，扩展了电动机低速下平稳运行的范围，但在这种调制方式中，逆变器的输出电压波形中含有相当高的由于调制而引起的谐波分量 ,特别是在输出电压较低时，情况尤为严重，其幅值往往可达到与基波相近的程度。电动机在这种供电状况下工作是极不理想的。由于这些高次谐波的存在，定、转子由于集肤效应使电阻增大，致使定转子铜耗增大，这对于双鼠笼及深槽式转子电机尤为严重。同时，高次谐波还会使铁耗及杂散损耗大大增加，最终降低电机运行效率。其次，由于高次谐波的存在，还会产生电磁振动和噪声。这一点对于正弦波电源供电的电机来讲已是很困难的问题了，而对于由逆变器供电的电机，由于电源的非正弦性，使问题变得更为复杂和棘手。此外在低频运行时仍然可能出现一定程度的低次谐波，从而在低速运行时产生脉动转矩，影响电机低速稳定运行。最后，由于变频调速电机调速范围厂，一般调速比为1：10，也即要求电动机在5hz频率下能低速稳定运行。由于这时转速很低，普通电机采用的自冷式风扇冷却方式提供的冷却风量已大大减少，散热效果己大大降低，必须采用其他冷却方式或提高绝缘的温度等级。20世纪90年代以来，越来越多的注意力投向变频电动机的设计研究中。变频电动机的设计都从额定电压的确定方法和电机参数的设计入手，但在文献1中还有一些特殊考虑，比如转子不斜槽，以避免由于斜槽产生的漏磁通造成的损耗;定子绕组采用多股并绕，以减小定子集肤效应影响;采用他冷式风扇通风结构等等。有些设计在分析了变频电动机的转矩转速特性后，总结了变频变压调速给电机带来的效率、温升以及对频繁起制动的适应能力等问题，并对电机进行了电磁设计和结构设计，还重点考虑了变频器供电对电机的影响，从分析静止变频电源的特点以及电动机运行特性，对在非正弦波电源系统上运行的电机存在的问题进行了分析，提出了相应的设计方案。在变频电动机的设计中，有学者根据“变频电机的额定电压一般应确定为逆变器的最大输出电压”之原则，将电压分解为基波相电压和各奇次谐波相电压，设电机磁路不饱和，采用“叠加原理”分别计算它们对电机的作用。由于这种假设的限制性，该设计方法的应用存在局限。1999年国内学者首次建议电机制造厂同时供应变频电源装置，做配套试验后出厂。他对变频电动机进行全面分析，给出了转子电阻、定、转子电抗随频率变化的规律和曲线，采用简化公式来估算变频电动机的高速最大转矩、低速起动转矩和起动电流能否适应调速要求，然后对变频调速电动机的设计提出意见。随着变频电动机设计的深入，对电机性能的分析和参数计算显得尤为重要，对变频电动机性能的分析方面，主要是对脉动转矩、损耗、效率、温升和电机绝缘结构等进行分析。安徽机电学院的陈其工教授对变频电动机作了具体的设计和性能分析，提出了采用软件技术来抑制谐波电流和脉动转矩的思想。 参 考 文 献 昊忠智，黄立培,吴加林.高速用变频器及配套设备选用指南.北京:机械工业出版社,2000 李奇威.三相变频异步电机设计.中国农业大学硕士学位论文 王兆安，黄俊.电力电子技术.北京：机械工业出版社,2000 李连贵.日本逆变器驱动变速异步机的设计问题.大电机消息,1988 袁绍涛.spwm电压型变频器供电三相异步电动机的电磁计算和动态过程仿真.哈尔滨理工大学工学硕士学位论文,2003 戴文进.变频调速专用电机的研究.电工电能新技术,1995 胡崇岳.现代交流调速技术.北京:机械工业出版社,1998 佟纯厚.近代交流调速.北京:冶金工业出版社,1985 温嘉斌，沈稼丰，周美兰.电厂用高压大型异步电动机变频调速经济效益和技术问题分析.哈尔滨电工学院学报,1995 李连贵.最近的交流电机变速驱动技术.大电机消息,1988 吴忠智，昊加林.变频器应用手册.北京:机械工业出版社,20002 王君艳.交流调速.高等教育出版社,20033 杨兴瑶.电动机调速的原理及系统.水利电力出版社,19794 实用中小电机手册.辽宁科学技术出版社,19875 汤藴缪.史乃.电机学.机械工业出版社,20036 许大中.交流电机调速理论.浙江大学出版社,19977 刘建忠.实用异步电动机设计、安装与维修杨万青.机械工业出版社,19978 陈世坤.电机设计.机械工业出版社,2000 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告开题报告：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、 课题的目的与意义变频电动机的研究有着巨大的现实意义。采用变频调速的交流电动机，它以体积小重量轻，精度高，通用性强，工艺先进，功能丰富，保护齐全，可靠性高，操作简单等优点优于以往任何调速方式。变频调速电机的优越性表现在两个方面：一是节电显著，二是提高产品的质量和产量。采用变频控制后的电机和泵，其转数下降，轴承等机械磨损降低，泵端的密封系统不易破坏，机泵故障率降低，维修工作量大为减少。正是由于变频电动机在工业生产中的这些优点，所以对其的研究有着重要的意义。本课题由研究变频器的原理入手，结合变频电动机的结构和其电磁设计方法，在全面掌握变频电动机的设计方法的基础上对其进行优化设计！二、课题发展现状和前景展望20世纪90年代以来，越来越多的注意力投向变频电动机的设计研究中。变频电动机的设计都从额定电压的确定方法和电机参数的设计入手，但在文献1中还有一些特殊考虑，比如转子不斜槽，以避免由于斜槽产生的漏磁通造成的损耗;定子绕组采用多股并绕，以减小定子集肤效应影响;采用他冷式风扇通风结构等等。有些设计在分析了变频电动机的转矩转速特性后，总结了变频变压调速给电机带来的效率、温升以及对频繁起制动的适应能力等问题，并对电机进行了电磁设计和结构设计，还重点考虑了变频器供电对电机的影响，从分析静止变频电源的特点以及电动机运行特性，对在非正弦波电源系统上运行的电机存在的问题进行了分析，提出了相应的设计方案。在变频电动机的设计中，有学者根据“变频电机的额定电压一般应确定为逆变器的最大输出电压”之原则，将电压分解为基波相电压和各奇次谐波相电压，设电机磁路不饱和，采用“叠加原理”分别计算它们对电机的作用。由于这种假设的限制性，该设计方法的应用存在局限。1999年国内学者首次建议电机制造厂同时供应变频电源装置，做配套试验后出厂。他对变频电动机进行全面分析，给出了转子电阻、定、转子电抗随频率变化的规律和曲线，采用简化公式来估算变频电动机的高速最大转矩、低速起动转矩和起动电流能否适应调速要求，然后对变频调速电动机的设计提出意见。应用电子技术系的赵争鸣教授对异步电机的优化作了大量的工作，特别针对变频电动机提出了从电机转子槽形到整体体积优化的新方法，编制了一套包括设计、参数计算、仿真和结构绘图4部分功能的软件包。由于变频电动机转子槽形对电机性能影响较大，通过优化电机转子槽形就可以提高变频电动机的电磁性能。一般，变频电动机转子槽形采用直槽、上宽下窄，槽形宜浅不宜深 o随着变频电动机设计的深入，对电机性能的分析和参数计算显得尤为重要，它为电机的优化设计提供了参考依据。对变频电动机性能的分析，主要是对脉动转矩、损耗、效率、温升和电机绝缘结构等进行分析。安徽机电学院的陈其工教授对变频电动机作了具体的设计与性能分析，提出了采用软件技术来抑制谐波电流和脉动转矩的思想。变频电动机与逆变器作为一个整体，随着电力电子技术、计算机和控制技术的迅速发展而发展，其主要特点为:1.电力电子、电动机及控制技术的一体化。国外主要电动机生产公司早己迅速摆脱了单一电动机生产制造模式，而大大扩展了电动机的外延和内涵，以成套机电产品形式走向市场。2.集成化和智能化。电动机的高新技术附加含量愈来愈高。电动机机体内不仅仅包含原来电动机定、转子，而且内含电力电子元器件及各种控制线路，使得电力电子、电动机、控制不仅在运行上形成一体，在外观上亦融为一体，具有相当高的“智能”称之为“smart motor(智能电动机)。3高性能和高可靠性。由于电动机及控制系统制造成本远远低于其运行成本，所以高性能及高可靠性成为衡量电动机及其系统优劣的第一标准。高效、高功率因数、宽调速范围及高故障容错能力成为先进电动机系统的重要标志。目前，各种交流变频调速电动机系统被广泛用于数控机床、工业机器人、各种自动机械设备、纺织、印刷、轻工系统的各种柔性生产线、轧钢、矿山、机车拖动、航空航天、船舶等领域。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本课题要求设计三相4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