变频调速技术论文

i目录摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．IAbstract．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．Ⅱ引言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11变频调速技术发展现状与变频调速异步电机的发展现状．．．．．．．．．．．．．21.1变频调速技术发展现状．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21.2变频调速异步电机的发展现状．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32变频调速异步电机的设计分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32.1传统异步电机的主要尺寸设计方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32.2变频调速异步电机的主要尺寸设计公式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．52.3变频调速异步电机转子槽的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．62.4变频调速异步电机绝缘的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．82.5传统异步电机设计方法与变频调速异步电机设计方法的比较．．．．．93变频调速异步电机中谐波的基本理论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．103.1异步电机中谐波的基本理论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．103.1.1异步电机气隙磁场中的空间谐波．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．103.1.2异步电机气隙磁场中的时间谐波．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．133.2变频调速异步电机中的空间与时间谐波．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．154变频调速异步电机中谐波的研究．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．194.1谐波对异步电机的影响．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．194.1.1空间谐波对异步电机的影响．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．194.1.2时间谐波对异步电机的影响．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．204.2变频调速异步电机中谐波的抑制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．224.2.1在电机设计方面．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．224.2.2在电机控制方面．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．235总结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26致谢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27iiContentsAbstract．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．ⅠIntroduction．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11Thedevelopmentpresentsituationofvariablefrequencyandadjustabletechnologyandtheinductionmotor．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21.1Thedevelopmentpresentsituationofvariablefrequencyandadjustabletechnology．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21.2Thedevelopmentpresentsituationoftheinductionmotor．．．．．．．．．．．．32Thedesignanalysisoftheinverter-driveninductionmotor．．．．．．．．．．．．．．．32.1Maindimensionanddesignformulaofconventionalinductionmotor．．．32.2Maindimensionanddesignformulaoftheinverter-driveninductionmotor．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．52.3Thedesignofrotor’sslot．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．62.4Thedesignofinsulation．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．82.5Thecomparethedesignmethodofinverter-driveninductionmotorwiththatofconventionalinductionmotor．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．93Theelementarytheoryofharmonicsofinverter-driveninductionmotor．．．．103.1Theelementarytheoryofharmonicsofinductionmotor．．．．．．．．．．．．103.1.1Spaceharmonicsofairgapmagneticfieldofinductionmotor．．．．103.1.2Timeharmonicsofairgapmagneticfieldofinductionmotor．．．．．133.2Thetimeandspaceharmonicsintheinverter-driveninductionmotor．154Theresearchofharmonicsofinverter-driveninductionmotor．．．．．．．．．．．．194.1Theinfluenceofharmonicstoinductionmotor．．．．．．．．．．．．．．．．．．．194.1.1Theinfluenceofspaceharmonics．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．194.1.2Theinfluenceoftimeharmonics．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．204.2Theharmonicssuppressionoftheinverter-driveninductionmotor．．．．224.2.1Inmachinedesignaspect．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．224.2.2Inmachinerycontrolaspect．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．235Conclusion．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24References．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26Acknowledgement．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27I三相异步变频调速电机设计与谐波分析作者：陈指导教师：【摘要】随着电力电子技术的发展，变频调速异步电机越来越广泛地应用在各种工业领域。而变频调速系统的使用也给电力电子与电气传动学科带来了新的活力和研究课题，本文从变频调速异步电机的设计出发，首先将传统异步电机的设计方法与变频调速异步电机的设计方法进行了比较。指出了传统异步电机设计方法在变频调速异步电机设计中存在的局限性。同时，本文详细而系统地分析了变频调速异步电机中时间谐波和空间谐波的产生机理，论述了时间谐波和空间谐波对异步电机运行性能的影响，以及对异步电机绝缘系统的损害。关键词：变频调速三相异步电机空间谐波时间谐波IIThedesignofinverter-driveninductionmotorandthestudyofharmonicsAuthor：Supervisor：AbstractFollowingwiththedevelopmentofpowerelectronicstechnology,theinverter-driveninductionmotoriswidelyusedinallkindsofindustryfield.Theutilityofvariablefrequencyandadjustablespeedsystemsbringsanewresearchareaandactivityofpowerelectronicsandmotordrivesubject,thispaperbeginswiththedesignofinverter-driveninductionmotor.Firstly,comparethedesignmethodofinverter-driveninductionmotorwiththatofconventionalinductionmotor.Andpointoutthelimitationsofdesignmethodofconventionalinductionmotorwhichisusedinthedesignofinverter-driveninductionmotor.Atthesametime,thegenerationmechanicsoftimeandspaceharmonicsintheinverter-driveninductionmotorisanalyzedindetails.Theinfluencesofbothtypesofharmonicstotheoperationofinductionmotoraredescribed,especiallytheharmtotheinsulationstructureofinductionmotor.Keywords:Variablefrequencyandadjustablespeed;Inductionmotor;spaceharmonics;timeharmonics1引言20世纪70年代以来，随着电力电子技术和控制理论的高速发展，交流电机变频调速技术取得了突破性的进展。变频调速以其优异的调速和启制动性能，高效率、高功率因数和节能效果，广泛的适用范围及其他许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式，是当今节能，改善工艺流程以提高产品质量和改善环境，推动技术进步的一种主要手段。然而，变频器在节能、改善人类生活环境、提高产品质量以及提高工业自动化程度方面作出巨大贡献的同时，也将产生一些负面效应。例如，变频器的输出电压和电流中含有高次谐波，高于工频的电流电压分量，使电网的电机和变压器发热，损耗增加，电容器损坏会引发电网谐波振过电压事故，干扰通过等。这就是所谓的电网“污染”所以谐波分量对负载的影响是巨大的。变频器的输出电压（电流）中含有丰富的谐波成分，因此对电机的效率、功率因数、温升等稳态性能，以及动态性能都产生了很大的影响。而传统的异步电机设计和分析方法并没有考虑电源谐波对电机的影响，由此引出了适用于变频调速异步电机的设计和分析问题。同时，由于异步电机内部齿槽效应的影响，使得变频调速异步电机的气隙磁场更为