第一篇：電機(jī)控制論文.

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目前幾種比較常見的直接轉(zhuǎn)矩控制策略中，對于中小容量而言，控制方案重點在于進(jìn)行轉(zhuǎn)矩、磁鏈無差拍控制和提高載波頻率。對大容量來說，其區(qū)別在于低速時采用了間接轉(zhuǎn)矩控制，從而達(dá)到低速時降低轉(zhuǎn)矩脈動的目的。

直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)概述

相對于直流電機(jī)在結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)容易、對環(huán)境要求低以及節(jié)能和提高生產(chǎn)力等方面具有足夠的優(yōu)勢，使得交流調(diào)速已經(jīng)廣泛運用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、國防以及日常生活之中。隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、控制理論的高速發(fā)展，交流調(diào)速技術(shù)也得到了長足的發(fā)展。目前在高性能的交流調(diào)速領(lǐng)域主要有矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制兩種。1968年Darmstader工科大學(xué)的Hasse博士初步提出了磁場定向控制(Field Orientation)理論，之后在1971年由西門子公司的F.Blaschke對此理論進(jìn)行了總結(jié)和實現(xiàn)，并以專利的形式發(fā)表，逐步完善并形成了現(xiàn)在的各種矢量控制方法。特點

對于直接轉(zhuǎn)矩控制來說，一般文獻(xiàn)認(rèn)為它由德國魯爾大學(xué)的M.Depenbrock教授和日本的I.Takahashi于1985年首先分別提出的。對于磁鏈圓形的直接轉(zhuǎn)矩控制來說，其基本思想是在準(zhǔn)確觀測定子磁鏈的空間位置和大小并保持其幅值基本恒定以及準(zhǔn)確計算負(fù)載轉(zhuǎn)矩的條件下，通過控制電機(jī)的瞬時輸入電壓來控制電機(jī)定子磁鏈的瞬時旋轉(zhuǎn)速度，來改變它對轉(zhuǎn)子的瞬時轉(zhuǎn)差率，達(dá)到直接控制電機(jī)輸出的目的。在控制思想上與矢量控制不同的是直接轉(zhuǎn)矩控制通過直接控制轉(zhuǎn)矩和磁鏈來間接控制電流，不需要復(fù)雜的坐標(biāo)變換，因此具有結(jié)構(gòu)簡單、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快以及對參數(shù)魯棒性好等優(yōu)點。控制

事實上，1977年A·B·Plunkett曾經(jīng)在IEEE的工業(yè)應(yīng)用期刊上提出了類似于目前直接轉(zhuǎn)矩控制的結(jié)構(gòu)和思想的直接磁鏈和轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)方法，在這種方法中，轉(zhuǎn)矩給定與反饋之差通過PI調(diào)節(jié)得到滑差頻率，此滑差頻率加上電機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械速度得到逆變器應(yīng)該輸出的電壓定子頻率；定子磁鏈給定與反饋之差通過積分運算得到一個電壓與頻率之比的量，并使之與定子頻率相乘得到逆變器應(yīng)該輸出的電壓，最后通過SPWM方法對電機(jī)進(jìn)行控制。

發(fā)電機(jī)非常容易地將電動機(jī)軸上的飛輪慣量反饋給電網(wǎng)，這樣，一方面可得到平滑的制動特性，另一方面又可減少能量的損耗，提高效率。但發(fā)電機(jī)、電動

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機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的主要缺點是需要增加兩臺與調(diào)速電動機(jī)相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機(jī)和一些輔助勵磁設(shè)備，因而體積大，維修困難等。

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洗衣機(jī)，出，根據(jù)電磁力定律，載流導(dǎo)體ab和cd收到電磁力的作用，其方向可由左手定則判定，兩段導(dǎo)體受到的力形成了一個轉(zhuǎn)矩，使得轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)動。如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到如上圖（b）所示的位置，電刷 A 和換向片2接觸，電刷 B 和換向片1接觸，直流電流從電刷 A 流入，在線圈中的流動方向是dcba，從電刷 B 流出。

此時載流導(dǎo)體ab和cd受到電磁力的作用方向同樣可由左手定則判定，它們產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩仍然使得轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)動。這就是直流電動機(jī)的工作原理。外加的電源是直流的，但由于電刷和換向片的作用，在線圈中流過的電流是交流的，其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的方向卻是不變的。[4]

實用中的直流電動機(jī)轉(zhuǎn)子上的繞組也不是由一個線圈構(gòu)成，同樣是由多個線圈連接而成，以減少電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的波動，繞組形式同發(fā)電機(jī)。

2.3直流電機(jī)的調(diào)速原理

眾所周知，直流電機(jī)轉(zhuǎn)速n的表達(dá)式為:

n?U?IR(22)

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Jd?????(24)式中Ke-反電動勢常數(shù).電磁轉(zhuǎn)矩為:

Te=KT *Ia(2-5)式中KT-磁轉(zhuǎn)矩常數(shù)。[2]

動態(tài)工作特性是指實際的動作與相應(yīng)的動作命令之間的響應(yīng)關(guān)系。將式(2-2)、式(2-3)、式(2-4)和式(2-5)作拉氏變換，得到如下函數(shù):

Ua(s)=RaIa(s)+ LaSIa(s)+ Ea(s)

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圖5.5主控電路圖

5.3隔離單元模塊

為了防止電機(jī)驅(qū)動單元對數(shù)字控制單元的干擾，必須在兩者之間加隔離電路來防止干擾的產(chǎn)生。避免LMD18200的驅(qū)動電路對控制信號的干擾，對于LMD18200的引腳3(轉(zhuǎn)向輸入)、引腳5(PWM輸入)與LM629的PWMS、PWMM引腳之間通過光電耦合器6N137連接。

(l)光電耦合器的選型

LM629的PWMM腳輸出的調(diào)制信號如圖5.6所示，如果LM629接6MHz晶振，其最小輸出占空比（1/128）時的接通時間為: 4/fCLK=4/6*106s=0.67us 因此應(yīng)選擇高速光耦。

而N6137的工作頻率可達(dá)到10MHZ，即它可用在開關(guān)周期為: l/l07s=0.1us 因此光耦可選6N137。

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KP=(input[0][0][e*10]*KP_memf[4]+((input[0][1][e*10]>input[1][0][ec*10])?input[1][0][ec*10]:input[0][1][e*10])*KP_memf[3]+((input[0][1][e*10]>input[1][1][ec*10])?input[1][1][ec*10]:input[0][1][e*10])*KP_memf[2]+((input[0][1][e*10]>input[1][2][ec*10])?input[1][2][ec*10]:input[0][1][e*10])*KP_memf[1]+input[0][2][e*10]*KP_memf[0])/(input[0][0][e*10]+((input[0][1][e*10]>input[1][0][ec*10])?input[1][0][ec*10]:input[0][1][e*10])+((input[0][1][e*10]>input[1][1][ec*10])?input[1][1][ec*10]:input[0][1][e*10])+((input[0][1][ e*10]>input[1][2][ec*10])?input[1][2][ec*10]:input[0][1][e*10])+input [0] [2] [e*10]);這樣編寫程序的好處就是略去模糊推理的判斷轉(zhuǎn)移程序，例如在某個時刻的誤差e對應(yīng)為9.8，誤差變化率為8那么對于誤差隸屬度函數(shù)input[0][0][98]的取值必為0,input[0][1][98]同樣為0，只有input [0] [2] [98]的取值為0xFF；誤差變化率隸屬度函數(shù)值input [1] [0] [98]為0, input[1] [1] [98]為0, input[1] [2] [98]為0xFF，因此上式的會等價成：

KP=(0+0+0+0+255*40)/255 所以計算量不大并且省略掉了條件轉(zhuǎn)移相關(guān)程序。[24] 模糊控制流程圖如圖6.7所示。

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開始采樣兩次速度求誤差

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LM629控制程序的編寫、模糊控制程序的編寫、通訊程序的編寫及調(diào)試。實驗平臺的自行設(shè)計，在調(diào)速系統(tǒng)軟件設(shè)計中利用PID參數(shù)的模糊在線自整定，使其整定精度大于離線整定精度。

但到目前為止論文還有需待完善的地方：模糊規(guī)則的提取和選擇是一個復(fù)雜的過程，往往難免摻雜著一些主觀思維，在調(diào)試過程中難免要根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整，這使得調(diào)試過程變得復(fù)雜和設(shè)計周期時間延長；本系統(tǒng)是采用模糊自整定PID參數(shù)控制技術(shù)，對于PID參數(shù)的常規(guī)整定也帶有很多主觀思維。在實際工作情況下對象模型和工作環(huán)境經(jīng)常是差異很大的。

通過對本課題的研究我有以下幾個方面的收獲：

（1）學(xué)習(xí)與掌握了單片機(jī)的基本原理及其各種應(yīng)用，對它的各種硬件接口與軟件設(shè)計方法有較深入的認(rèn)識。

（2）對自動控制系統(tǒng)的動、靜態(tài)性能及其控制有了一定的認(rèn)識。

（3）在調(diào)速系統(tǒng)上位機(jī)的開發(fā)中用到Visual Basic，因此對VB編程有了更深刻的理解和更熟練的應(yīng)用。

（4）本設(shè)計重點在于應(yīng)用，因此在設(shè)計過程中使自己的動手能力得到鍛煉，同時提高了解決實際問題的能力。

7.2研究展望

直流調(diào)速系統(tǒng)的控制方案層出不窮，并且控制效果也越來越好，有關(guān)模糊控制在直流調(diào)速中的應(yīng)用還有以下方案值得研究：

(1)自適應(yīng)模糊控制方法在直流傳動控制系統(tǒng)中應(yīng)用的實用化研究。目前最具有工程應(yīng)用前景、最能體現(xiàn)模糊控制優(yōu)勢的，是能夠在線進(jìn)行模糊模型辯識、在線根據(jù)模型變化進(jìn)行控制規(guī)則和參數(shù)自調(diào)整的模糊控制算法，而如果能把這種辯識和控制算法簡化到可在單片機(jī)內(nèi)實現(xiàn)，則模糊控制和智能控制的應(yīng)用將會跨上一個新臺階。

(2)基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等自適應(yīng)方法的研究。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制的結(jié)合是智能控制的一個重要發(fā)展方向，但目前將其應(yīng)用于直流傳動控制系統(tǒng)的研究還不多。其中一個重要的原因是模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法復(fù)雜，計算量大，速度慢，實時性差且結(jié)構(gòu)和機(jī)理尚未完全揭示，而直流傳動控制系統(tǒng)又對實時性和控制精度要求很高。但隨著模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論的完善，以及模糊芯片和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片的

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日趨成熟，這將成為直流傳動系統(tǒng)控制的重要手段。

T.G.Habetler的空間矢量調(diào)制方法

把無差拍方法應(yīng)用于直接轉(zhuǎn)矩控制首先是由美國人T.G.Habetler提出來的。這種方法的主要思想是在本次采樣周期得到轉(zhuǎn)矩的給定值與反饋值之差。

空間電壓矢量的幅值和相位是任意的，可以通過相鄰的兩個基本的電壓矢量合成而得。利用計算出來的空間電壓矢量可以達(dá)到轉(zhuǎn)矩和磁鏈無差拍的目的。

利用Habetler的無差拍方法，從理論上可以完全使磁鏈和轉(zhuǎn)矩誤差為零，從而消除轉(zhuǎn)矩脈動，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)DTC的Bang-Bang控制的不足，使電機(jī)可以運行于極低速下。另外，通過無差拍控制得到的空間電壓矢量可以使開關(guān)頻率相對于單一矢量大幅提高并且使之固定，這對于減少電壓諧波和電機(jī)噪聲是很有幫助的。

但是，空間電壓矢量作用時間可能會大于采樣周期，這說明不能同時滿足磁鏈和轉(zhuǎn)矩?zé)o差拍控制。因此作者提出了三個步驟，首先是否轉(zhuǎn)矩滿足無差拍，如果不滿足再看是否磁鏈滿足無差拍，如果還不滿足就按照原有直接轉(zhuǎn)矩控制矢量表來選取下一周期的單一電壓矢量。因此按照Habetler的無差拍方法最大的計算量有四個步驟，這將耗費很大的計算資源，不易實現(xiàn)，另外在整個計算過程中對電機(jī)參數(shù)的依賴性比較大，這將降低控制的魯棒性。轉(zhuǎn)矩或磁鏈的預(yù)測控制方法

在T·G·Habetler的無差拍的直接轉(zhuǎn)矩控制方法中，由于計算量很大而不易實現(xiàn)，因此出現(xiàn)了一系列的簡化的無差拍直接轉(zhuǎn)

交流電機(jī)-韓國SPG交流電機(jī)全系列

矩控制，比較典型的是轉(zhuǎn)矩跟蹤預(yù)測方法。在這種方法中，分析了低速轉(zhuǎn)矩脈動的情況，得出轉(zhuǎn)矩脈動鋸齒不對稱的結(jié)論。

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非零電壓矢量和零電壓矢量對轉(zhuǎn)矩變化的作用是不同的，前者可以使轉(zhuǎn)矩上升或下降，而后者總是使轉(zhuǎn)矩下降。另外，在不同的速度范圍內(nèi)二者對轉(zhuǎn)矩作用產(chǎn)生的變化率也在變化。在轉(zhuǎn)矩預(yù)測控制方法中，電壓矢量在空間的位置是固定不變的，合成在兩個單一電壓矢量的中間，但是電壓矢量不是作用整個采樣周期，而是有一定的占空比，在一個采樣周期中可以分為非零電壓矢量和零電壓矢量。如果使下一采樣周期非零電壓矢量和零電壓矢量共同作用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩變化等于本周期計算出來的轉(zhuǎn)矩誤差。

將消除轉(zhuǎn)矩誤差，達(dá)到轉(zhuǎn)矩?zé)o差拍控制的目的。即使出現(xiàn)計算出來的電壓矢量作用時間超出采樣周期，也可以用滿電壓矢量來代替，因此是非常易于實現(xiàn)的，從實驗結(jié)果來看，轉(zhuǎn)矩脈動的鋸齒基本上對稱，說明轉(zhuǎn)矩的脈動已經(jīng)大為減少。上法認(rèn)為磁鏈被準(zhǔn)確控制或變化緩慢，而沒有考慮磁鏈的無差拍控制，在文獻(xiàn)中對磁鏈也進(jìn)行了預(yù)測控制。預(yù)測控制

在這種方法中，通過磁鏈的空間矢量和電壓矢量關(guān)系可近似得到：

其中ΔΨS是在電壓矢量作用下的磁鏈幅值改變量，θVΨ是二者的空間角度。設(shè)

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制，所需的電機(jī)參數(shù)只有定子電阻和電感，對電機(jī)參數(shù)變化的魯棒性比較好，從實驗結(jié)果來看，系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)性能是比較好的。但是在這種方法中，需要檢測電機(jī)的相電壓，這增加的系統(tǒng)硬件的復(fù)雜性，另外，計算量也比較大。

基于幾何圖形的無差拍控制

在文獻(xiàn)中，對定子磁鏈方程、轉(zhuǎn)子磁鏈方程以及由定、轉(zhuǎn)子磁鏈表達(dá)的轉(zhuǎn)矩方程進(jìn)行離散化，之后把前兩個方程帶入到轉(zhuǎn)矩方程中去。通過離散的轉(zhuǎn)矩方程分析可以知道施加電壓矢量可以使轉(zhuǎn)矩誤差為零，轉(zhuǎn)矩變化到平面上的一條直線上，這條直線與轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶糠较蚱叫小２扇⊥瑯拥姆椒梢苑治鲋朗┘与妷菏噶靠梢允勾沛溦`差為零，磁鏈變化到平面上的一個園上，這個園與與磁鏈園同心。于是利用直線和園的交點就可以得到使轉(zhuǎn)矩和磁鏈無差拍控制的電壓矢量，當(dāng)然這個電壓矢量受到逆變器所能輸出的電壓大小的限制。

把幾何圖形引入到無差拍的控制中來是一個比較好的思路，可以得到最優(yōu)的無差拍控制的電壓矢量，同時也有助于理論上的分析。但是就如何把圖形方式和數(shù)字化控制結(jié)合起來從實現(xiàn)方式上來說還是存在有一定的難度。

離散空間矢量調(diào)制(DSVM)方法

無差拍的直接轉(zhuǎn)矩控制從理論上可以最大化地消除轉(zhuǎn)矩和磁鏈的的誤差，克服了Bang-Bang控制不精確性的弱點，但是需要比較大的計算量，并且這些計算都是與電機(jī)參數(shù)有關(guān)，容易引起計算上的誤差。因此在文獻(xiàn)中提出了既不需要多少計算，又能提高轉(zhuǎn)矩和磁鏈控制精度的離散空間矢量調(diào)制方法。

在離散空間矢量調(diào)制方法中，通過對兩電平逆變器輸出的六個基本電壓矢量中的相鄰電壓矢量和零電壓矢量進(jìn)行有規(guī)律的合成，如圖3是使用相鄰的單一矢量2和單一矢量3以及零電壓矢量合成出來的空間電壓矢量。從圖3中可以看出其合成方法是把整個采樣周期平均分為3段，每一段由非零電壓矢量或零電壓矢量組成，如空間電壓矢量23Z是由矢量2和矢量3以及零電壓矢量各作用1/3采樣周期，可以采用5段式或7段式方式合成(文中沒說明)，利用這種有規(guī)律的合成方法一共可以合成出10個電壓矢量。

細(xì)化的電壓矢量可以對轉(zhuǎn)矩和磁鏈進(jìn)行更精確的控制，文獻(xiàn)中對磁鏈?zhǔn)褂昧藗鹘y(tǒng)的2級滯環(huán)Bang-Bang控制，而考慮到轉(zhuǎn)

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交流電機(jī)-韓國SPG小型電機(jī)感應(yīng)電機(jī)系列

矩需要動態(tài)響應(yīng)快，對其劃分了5級滯環(huán)Bang-Bang控制，如圖4所示，不同的誤差帶內(nèi)使用不同的電壓矢量表。另外，作者通過推導(dǎo)得到電壓矢量對轉(zhuǎn)矩變化的影響式子如下所示：

從式(10)中可以看出同一電壓矢量在低速和高速對轉(zhuǎn)矩變化的影響是不同的。因此，在不同的速度范圍使用了不同的電壓矢量，如圖3所示。從另一方面看，低速使用幅值小的電壓矢量以及高速使用幅值大的電壓矢量也是符合V/f=C這一規(guī)律的。傳統(tǒng)的直接轉(zhuǎn)矩控制在低速時連續(xù)使用較多的零電壓矢量使開關(guān)頻率很低，轉(zhuǎn)矩脈動大。而按照離散空間矢量調(diào)制的方法由于低速使用幅值小的電壓矢量，因此連續(xù)使用的零電壓矢量少，開關(guān)頻率高，轉(zhuǎn)矩脈動小。另外，由于高速時的電壓矢量比較多，可以劃分12個扇區(qū)，使用兩個電壓矢量表，這樣可以進(jìn)行更精確的控制。

從以上分析可以看出，離散的空間矢量調(diào)制方法易于實現(xiàn)，不需要有無差拍控制那樣多的計算，保持了傳統(tǒng)Bang-Bang控制的優(yōu)點，因此魯棒性好，但相對于傳統(tǒng)的直接轉(zhuǎn)矩控制又可以提高轉(zhuǎn)矩和磁鏈控制精度，減小低速轉(zhuǎn)矩脈動。但是控制精度越提高，矢量劃分就越細(xì)，電壓矢量控制表就越多越大，這將增加控制的復(fù)雜性。因此，如果能讓離散的空間矢量調(diào)制與無差拍控制結(jié)合起來，將會有助于克服這個缺點。由PI調(diào)節(jié)器輸出空間電壓矢量的方法

在直接轉(zhuǎn)矩控制中，如果能獲得任意相位的空間電壓矢量，將有助于減小低速下的轉(zhuǎn)矩脈動，達(dá)到矢量控制在低速下的穩(wěn)態(tài)性能。

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顯然這個空間電壓矢量在空間位置上的相位是任意的。從結(jié)構(gòu)上看基于PI調(diào)節(jié)的直接轉(zhuǎn)矩控制相似于定子磁鏈定向的矢量控制，但二者是有區(qū)別的，定子磁鏈定向的矢量控制基于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，定向于定子磁鏈d軸，q軸磁鏈為零，另外在d軸方向還要對磁鏈和和q軸方向上的電流進(jìn)行解耦，而這些對于基于PI調(diào)節(jié)的直接轉(zhuǎn)矩控制不需要，其中只需要使轉(zhuǎn)矩輸出和定子磁鏈反饋通過PI調(diào)節(jié)方法來跟隨上給定即可，因此從實現(xiàn)上是比較簡單的，同時魯棒性也比較好，并且相對于傳統(tǒng)的直接轉(zhuǎn)矩控制可以提高開關(guān)頻率，減小了低速下的轉(zhuǎn)矩脈動，但是在這種方法當(dāng)中需要選取合適的PI參數(shù)，否則會影響控制系統(tǒng)的動、靜態(tài)性能。除了以上這種PI調(diào)節(jié)的直接轉(zhuǎn)矩控制外，在文獻(xiàn)中還在A·B·Plunkeet的直接轉(zhuǎn)矩和磁鏈調(diào)節(jié)法的基礎(chǔ)上做了進(jìn)一步的研究，使用空間電壓矢量的方式輸出，此處不詳細(xì)敘述。

注入高頻抖動提高開關(guān)頻率

在前面的各種直接轉(zhuǎn)矩控制策略中都談到提高低速下的開關(guān)頻率可以降低轉(zhuǎn)矩脈動，同時也可以降低噪聲。在文獻(xiàn)中，提出了一種在傳統(tǒng)的直接轉(zhuǎn)矩控制基礎(chǔ)上注入高頻抖動的方法提高開關(guān)頻率，其中作者用圖表的方式顯示了開關(guān)頻率隨轉(zhuǎn)矩和磁鏈滯環(huán)寬度的減小而提高，但是這種提高是有限的，一個最主要的原因是磁鏈和轉(zhuǎn)矩控制上的延遲，滯后越大開關(guān)頻率就越低。例如從仿真來看10μs延遲有14kHz的開關(guān)頻率，但當(dāng)有20μs的延遲時只有8kHz的開關(guān)頻率。文獻(xiàn)中提出的提高開關(guān)頻率方法是在轉(zhuǎn)矩和磁鏈滯環(huán)內(nèi)疊加上高頻的三角波，其幅值與滯環(huán)寬度相當(dāng)。

當(dāng)反饋值大于三角波時電壓矢量減小，當(dāng)反饋值小于三角波時電壓矢量增大，因此，即使控制上有延遲，但隨著三角波頻率的增大，開關(guān)頻率

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參考文獻(xiàn)

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南華大學(xué)電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

謝辭

本文是在李軍紅老師的悉心指導(dǎo)下完成的。在從大二以來的兩年時間里，李老師給我提供了良好的實驗條件和動手的機(jī)會，并在學(xué)習(xí)和生活上給予充分的指導(dǎo)和幫助，對我在學(xué)習(xí)生活中取得的成績給予充分的肯定。在和李老師討論問題的過程中，他嚴(yán)謹(jǐn)、求實的治學(xué)態(tài)度、對科學(xué)持之以恒的鉆研精神和正直、寬厚的為人之道對我產(chǎn)生了非常深刻的影響。在此我向他表示最誠摯的敬意和深深的感謝。另外我在進(jìn)行論文工作期間，得到了自動化教研室許多老師的指導(dǎo)，在此向同樣他們表示誠摯的謝意。

感謝已畢業(yè)的師兄曾力對我的關(guān)心和幫助，他在多年來一直在教我如何面對學(xué)習(xí)和生活。同時感謝朱哲、雷波等同學(xué)在論文撰寫過程中給予的關(guān)心與支持。沒有他們的幫助要想完成此論文是不可能的。

最后感謝我的家人多年來對我的理解、支持與鼓勵，并把此文獻(xiàn)給他們。

曾廣璽

2008年5月于南華大學(xué)

南華大學(xué)電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

第二篇：交流伺服電機(jī)的探究控制電機(jī)論文

XX

大

學(xué)

控制電機(jī)報告

課

程

控制電機(jī)

題

目

交流伺服電機(jī)的探究

院

系

電氣信息工程學(xué)院電氣系

專業(yè)班級

電氣

學(xué)生姓名

學(xué)生學(xué)號

指導(dǎo)教師

2015年

X月

X日

目　錄

一、引言

二、交流伺服電動機(jī)的結(jié)構(gòu)特點

三、伺服電動機(jī)的工作原理

21、交流伺服電機(jī)

22、永磁交流伺服電機(jī)的控制過程

43、永磁交流伺服電動機(jī)同直流伺服電動機(jī)比較

四、交流伺服電機(jī)的應(yīng)用

61、交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)

62、交流伺服控制策略

73、電機(jī)模型

五、結(jié)束語

六、參考文獻(xiàn)

一、引言

用作自動控制裝置中執(zhí)行元件的微特電機(jī)。又稱執(zhí)行電動機(jī)。其功能是將電信號轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)軸的角位移或角速度。伺服：一詞源于希臘語“奴隸”的意思。人們想把“伺服機(jī)構(gòu)”當(dāng)個得心應(yīng)手的馴服工具，服從控制信號的要求而動作。在訊號來到之前，轉(zhuǎn)子靜止不動；訊號來到之后，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動；當(dāng)訊號消失，轉(zhuǎn)子能即時自行停轉(zhuǎn)。由于它的“伺服”性能，因此而得名。

交流伺服電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單,無炭刷,效率高,響應(yīng)快,速比大,不需要經(jīng)常維護(hù),非常引人注目,在許多領(lǐng)域有取代直流伺服電動機(jī)之勢。

交流伺服電動機(jī)控制系統(tǒng)包括;

控制交流伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)矩的逆變器,控制逆變器與變換器之間接點處直流電壓的變換器和一個控制器。

當(dāng)轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速時,該直流電壓被控制為恒定電壓:

而當(dāng)轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速時,該直流電壓被控制成與轉(zhuǎn)速成比例的一個增加電壓,以便使伺服電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩保持一個恒定轉(zhuǎn)矩。

永磁交流伺服電動機(jī)的定子三相繞組由SPWM正弦脈寬調(diào)制電源供電，故又稱正弦波驅(qū)動無刷電動機(jī)。其特點是:

伺服性能好，可采用數(shù)字控制，運行平穩(wěn)、轉(zhuǎn)矩波動小、過載能力強(qiáng);

無普通直流伺服電動機(jī)電刷換向器磨損問題，維護(hù)簡單、壽命長、工作可靠;

能適應(yīng)高速大力矩驅(qū)動要求;

繞組安裝在定子上，散熱好;

軸上位置傳感器多用光電編碼器、無接觸式旋轉(zhuǎn)變壓器等。

二、交流伺服電動機(jī)的結(jié)構(gòu)特點

作為交流伺服電動機(jī)使用的有異步型和同步型兩種,異步型交流伺服電動機(jī)定子放置線圈,轉(zhuǎn)子為鼠籠型,大量用作機(jī)床和通用工業(yè)機(jī)器的驅(qū)動元件;

同步型交流伺服電動機(jī)定子放置線圈,轉(zhuǎn)子為永久磁鋼,根據(jù)磁極位置從電機(jī)外部進(jìn)行換向,也可稱為無刷直流電動機(jī)。永久磁鋼的交流伺服電動機(jī)按其勵磁方式和供電方式的不同又可分為兩類:一類電機(jī)的永久磁鐵勵磁磁場為正弦波,定子繞組感應(yīng)出來的反電動勢為正弦波,逆變器提供正弦波電流;

另一類電機(jī)的永久磁鐵勵磁磁場為方波,定子繞組感應(yīng)出來的反電動勢為梯形波,逆變器提供方波電流。

三、伺服電動機(jī)的工作原理

1、交流伺服電機(jī)

（1）交流伺服電機(jī)的工作原理交流伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動器控制的U

/

V

/

W

三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動，同時電機(jī)自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動器，驅(qū)動器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度。伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）。

交流伺服電機(jī)的工作原理和單相感應(yīng)電動機(jī)無本質(zhì)上的差異。但是，交流伺服電機(jī)必須具備一個性能，就是能克服交流伺服電機(jī)的所謂“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，即無控制信號時，它不應(yīng)轉(zhuǎn)動，特別是當(dāng)它已在轉(zhuǎn)動時，如果控制信號消失，它應(yīng)能立即停止轉(zhuǎn)動。而普通的感應(yīng)電動機(jī)轉(zhuǎn)動起來以后，如控制信號消失，往往仍在繼續(xù)轉(zhuǎn)動。

當(dāng)電機(jī)原來處于靜止?fàn)顟B(tài)時，如控制繞組不加控制電壓，此時只有勵磁繞組通電產(chǎn)生脈動磁場。可以把脈動磁場看成兩個圓形旋轉(zhuǎn)磁場。這兩個圓形旋轉(zhuǎn)磁場以同樣的大小和轉(zhuǎn)速，向相反方向旋轉(zhuǎn)，所建立的正、反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)磁場分別切割籠型繞組（或杯形壁）并感應(yīng)出大小相同，相位相反的電動勢和電流（或渦流），這些電流分別與各自的磁場作用產(chǎn)生的力矩也大小相等、方向相反，合成力矩為零，伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)不起來。一旦控制系統(tǒng)有偏差信號，控制繞組就要接受與之相對應(yīng)的控制電壓。在一般情況下，電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生的磁場是橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場。一個橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場可以看成是由兩個圓形旋轉(zhuǎn)磁場合成起來的。這兩個圓形旋轉(zhuǎn)磁場幅值不等（與原橢圓旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)向相同的正轉(zhuǎn)磁場大，與原轉(zhuǎn)向相反的反轉(zhuǎn)磁場小），但以相同的速度，向相反的方向旋轉(zhuǎn)。它們切割轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)的電勢和電流以及產(chǎn)生的電磁力矩也方向相反、大小不等（正轉(zhuǎn)者大，反轉(zhuǎn)者小）合成力矩不為零，所以伺服電機(jī)就朝著正轉(zhuǎn)磁場的方向轉(zhuǎn)動起來，隨著信號的增強(qiáng)，磁場接近圓形，此時正轉(zhuǎn)磁場及其力矩增大，反轉(zhuǎn)磁場及其力矩減小，合成力矩變大，如負(fù)載力矩不變，轉(zhuǎn)子的速度就增加。如果改變控制電壓的相位，即移相1

0

°，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向相反，因而產(chǎn)生的合成力矩方向也相反，伺服電機(jī)將反轉(zhuǎn)。若控制信號消失，只有勵磁繞組通入電流，伺服電機(jī)產(chǎn)生的磁場將是脈動磁場，轉(zhuǎn)子很快地停下來。

為使交流伺服電機(jī)具有控制信號消失，立即停止轉(zhuǎn)動的功能，把它的轉(zhuǎn)子電阻做得特別大，使它的臨界轉(zhuǎn)差率S

k

大于1

。在電機(jī)運行過程中，如果控制信號降為“零”，勵磁電流仍然存在，氣隙中產(chǎn)生一個脈動磁場，此脈動磁場可視為正向旋轉(zhuǎn)磁場和反向旋轉(zhuǎn)磁場的合成。一旦控制信號消失，氣隙磁場轉(zhuǎn)化為脈動磁場，它可視為正向旋轉(zhuǎn)磁場和反向旋轉(zhuǎn)磁場的合成，電機(jī)即按合成特性曲線運行。由于轉(zhuǎn)子的慣性，運行點由A

點移到B

點，此時電動機(jī)產(chǎn)生了一個與轉(zhuǎn)子原來轉(zhuǎn)動方向相反的制動力矩。負(fù)載力矩和制動力矩的作用下使轉(zhuǎn)子迅速停止。

必須指出，普通的兩相和三相異步電動機(jī)正常情況下都是在對稱狀態(tài)下工作，不對稱運行屬于故障狀態(tài)。而交流伺服電機(jī)則可以靠不同程度的不對稱運行來達(dá)到控制目的。這是交流伺服電機(jī)在運行上與普通異步電動機(jī)的根本區(qū)別。

（2）交流伺服電機(jī)使用時應(yīng)注意

伺服電機(jī)驅(qū)動器接收電機(jī)編碼器的反饋信號，并和指令脈沖進(jìn)行比較，從而構(gòu)成了一個位置的半閉環(huán)控制。所以伺服電機(jī)不會出現(xiàn)丟步現(xiàn)象，每一個指令脈沖都可以得到可靠響應(yīng)。

調(diào)節(jié)伺服電機(jī)有幾種方式，使用T

w

i

nLine

軟件對電機(jī)的PID

參數(shù)、電機(jī)參數(shù)、電子齒輪比等進(jìn)行調(diào)節(jié)。

對伺服電機(jī)進(jìn)行機(jī)械安裝時，應(yīng)特別注意，由于每臺伺服電機(jī)后端部都安裝有旋轉(zhuǎn)編碼器，它是一個十分易碎的精密光學(xué)器件，過大的沖擊力肯定會使其損壞。

（3）交流伺服電機(jī)的控制

為了使控制系統(tǒng)改變不大，應(yīng)選用數(shù)字式伺服系統(tǒng)，可采用原來的脈沖控制方式；由于伺服電機(jī)都有一定過載能力，所以在選擇伺服電機(jī)時，經(jīng)驗上可以按照所使用的步進(jìn)電機(jī)輸出扭矩的1

/

來參考確定伺服電機(jī)的額定扭矩；伺服電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速比步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速要高的多，為了充分發(fā)揮伺服電機(jī)的性能，最好增加減速裝置，讓伺服電機(jī)工作在接近額定轉(zhuǎn)速下，這樣也可以選擇功率更小的電機(jī)，以降低成本。

用脈沖方式控制伺服電機(jī)，一是可靠性高，不易發(fā)生飛車事故。用模擬電壓方式控制伺服電機(jī)時，如果出現(xiàn)接線接錯或使用中元件損壞等問題時，有可能使控制電壓升至正的最大值。這種情況是很危險的。如果用脈沖作為控制信號就不會出現(xiàn)這種問題。二是信號抗干擾性能好。數(shù)字電路抗干擾性能是模擬電路難以比擬的。

當(dāng)然目前由于伺服驅(qū)動器和運動控制器的限制，用脈沖方式控制伺服電機(jī)也有一些性能方面的弱點。一是伺服驅(qū)動器的脈沖工作方式脫離不了位置工作方式，二是運動控制器和驅(qū)動器如何用足夠高的脈沖信號傳遞信息。這兩個根本的弱點使脈沖控制伺服電機(jī)有很大限制。一是控制的靈活性大大下降；二是控制的快速性速度不高。

伺服驅(qū)動器工作在位置方式下，位置環(huán)在伺服驅(qū)動器內(nèi)部。這樣系統(tǒng)的P

I

D

參數(shù)修改起來很不方便。當(dāng)用戶要求比較高的控制性能時實現(xiàn)起來會很困難。從控制的角度來看，這只是一種很低級的控制策略。如果控制程序不利用編碼器反饋信號，事實上成了一種開環(huán)控制。如果利用反饋控制，整個系統(tǒng)存在兩個位置環(huán)，控制器很難設(shè)計。在實際中，常常不用反饋控制，但不定時的讀取反饋進(jìn)行參考。這樣的一個開環(huán)系統(tǒng)，如果運動控制器和伺服驅(qū)動器之間的信號通道上產(chǎn)生干擾，系統(tǒng)是不能克服的。

2、永磁交流伺服電機(jī)的控制過程

永磁交流伺服電動機(jī)可利用坐標(biāo)變換進(jìn)行矢量控制，這就使得永磁交流伺服電動機(jī)的控制變得同直流伺服電動機(jī)一樣方便。其控制過程如下:

(1)

給定控制，將給定信號分解成兩個互相垂直的直流信號、;

(2)

直/交變換，將、變換成兩相信號、;

(3)

/3

變換，得到三相交流控制信號、、去控制逆變器;

(4)

電流反饋反映負(fù)載情況，使直流信號中的轉(zhuǎn)矩分量iT能隨負(fù)載而變，從而模擬直流電動機(jī)工作情況;

(5)

速度反饋反映給定與實際轉(zhuǎn)速差，并進(jìn)行矯正;

(6)

閉環(huán)控制信號由軸上所帶編碼器反饋，整個過程由數(shù)字信號處理器(DSP)

進(jìn)行全數(shù)字化處理。

永磁交流伺服電動機(jī)的另一種控制模式是直接轉(zhuǎn)矩控制。具體方法是:

在定子坐標(biāo)系下分析電動機(jī)數(shù)學(xué)模型，在近似圓形旋轉(zhuǎn)磁場的條件下，對電動機(jī)轉(zhuǎn)矩直接進(jìn)行控制，不用坐標(biāo)變換。

3、永磁交流伺服電動機(jī)同直流伺服電動機(jī)比較

0

世紀(jì)8

0

年代以來，隨著集成電路、電力電子技術(shù)和交流可變速驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展，永磁交流伺服驅(qū)動技術(shù)有了突出的發(fā)展，各國著名電氣廠商相繼推出各自的交流伺服電動機(jī)和伺服驅(qū)動器系列產(chǎn)品并不斷完善和更新。交流伺服系統(tǒng)已成為當(dāng)代高性能伺服系統(tǒng)的主要發(fā)展方向，使原來的直流伺服面臨被淘汰的危機(jī)。9

0

年代以后，世界各國已經(jīng)商品化了的交流伺服系統(tǒng)是采用全數(shù)字控制的正弦波電動機(jī)伺服驅(qū)動。交流伺服驅(qū)動裝置在傳動領(lǐng)域的發(fā)展日新月異。

交流伺服要好一些，因為是正弦波控制，轉(zhuǎn)矩脈動小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比較簡單，便宜。

永磁交流伺服電動機(jī)同直流伺服電動機(jī)比較，主要優(yōu)點有：

（1）無電刷和換向器，因此工作可靠，對維護(hù)和保養(yǎng)要求低。

（2）定子繞組散熱比較方便。

（3）慣量小，易于提高系統(tǒng)的快速性。

（4）適應(yīng)于高速大力矩工作狀態(tài)。

（5）同功率下有較小的體積和重量。

到目前為止，高性能的電伺服系統(tǒng)大多采用永磁同步型交流伺服電動機(jī)，控制驅(qū)動器多采用快速、準(zhǔn)確定位的全數(shù)字位置伺服系統(tǒng)。典型生產(chǎn)廠家如德國西門子、美國科爾摩根和日本松下及安川等公司。交流伺服電機(jī)傳動技術(shù)卻能以較低的成本獲取極高的位置控制精度，世界上許多知名電機(jī)制造商如松下，三洋，西門子等公司紛紛推出自己的交流伺服電機(jī)和伺服驅(qū)動器。日本松下公司的ＭＩＮＡＳＡ系列為比較典型的一種。

四、交流伺服電機(jī)的應(yīng)用

1、交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)

交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)展與伺服電動機(jī)的不同發(fā)展階段密切相關(guān)，從直流電機(jī)的發(fā)明到現(xiàn)在已經(jīng)有一百多年的歷史。直流電機(jī)雖然最早發(fā)明，但是由于當(dāng)時鐵磁材料以及晶閘管技術(shù)的限制，發(fā)展很是緩慢，一直到

1960

年以后隨著可控硅的發(fā)明以及各種電機(jī)材料的改良，直流電動機(jī)才得到迅速發(fā)展，并在七十年代成為各種伺服系統(tǒng)中最重要的驅(qū)動設(shè)備。在直流電機(jī)快速發(fā)展以前的一段時期內(nèi)步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用最為廣泛，受當(dāng)時蘇聯(lián)以及日本等方面因素的影響，磁阻式步進(jìn)電機(jī)快速發(fā)展并應(yīng)用到數(shù)控機(jī)床設(shè)備中，在此時期由于生產(chǎn)要求低、技術(shù)落后，伺服控制系統(tǒng)多為開環(huán)控制。從

世紀(jì)

年代到現(xiàn)在，由于直流伺服電機(jī)同功率情況下自身體積較大及換向電刷問題的存在，在很多場合不能滿足環(huán)境要求。隨著電動機(jī)生產(chǎn)技術(shù)及其永磁體制造材料、現(xiàn)代控制理論、電機(jī)控制原理的突飛猛進(jìn)，出現(xiàn)了方波、正弦波驅(qū)動的各種新型永磁同步電動機(jī)，逐漸開始替代直流伺服電動機(jī)市場。根據(jù)對控制系統(tǒng)高性能的要求，現(xiàn)如今的大部分交流伺服系統(tǒng)采用閉環(huán)控制方式。

現(xiàn)代交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)，已經(jīng)逐漸向數(shù)字時代轉(zhuǎn)變，數(shù)字控制技術(shù)已經(jīng)無孔不入，如信號處理技術(shù)中的數(shù)字濾波、數(shù)字控制器、各種先進(jìn)智能控制技術(shù)的應(yīng)用等，把功能更加強(qiáng)大的控制器芯片以及各種智能處理模塊應(yīng)用到工業(yè)機(jī)器人交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)當(dāng)中，可以實現(xiàn)更好的控制性能。分析多年來交流伺服控制系統(tǒng)的發(fā)展特色，總結(jié)市場上客戶對其性能的要求，可以概括出交流伺服控制系統(tǒng)有以下幾種熱門發(fā)展方向：

（1）數(shù)字化

隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，處理速度更迅速、功能更強(qiáng)大的微控制器不斷涌現(xiàn)，控制器芯片價格越來越低，硬件電路設(shè)計也更加簡單，系統(tǒng)硬件設(shè)計成本快速下降，且數(shù)字電路抗干擾能力強(qiáng)，參數(shù)變化對系統(tǒng)影響小，穩(wěn)定性好；采用微處理器的數(shù)字控制系統(tǒng)，更容易與上位機(jī)通訊，在不變更硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的前提下，可隨時改變控制器功能。在相同的硬件控制系統(tǒng)中，可以有多種形式的控制功能，不同的系統(tǒng)功能可以通過設(shè)計不同的軟件程序來實現(xiàn)，且可以根據(jù)控制技術(shù)的發(fā)展把最新的控制算法通過軟件編程實時的更新控制系統(tǒng)。

（2）智能化

為了適應(yīng)更為惡劣的控制環(huán)境和復(fù)雜的控制任務(wù)，各種先進(jìn)的智能控制算法已經(jīng)開始應(yīng)用在交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)中。其特點是根據(jù)環(huán)境、負(fù)載特性的變化自主的改變參數(shù)，減少操作人員的工作量。目前市場上已經(jīng)出現(xiàn)比較成熟的專用智能控制芯片，其控制動靜態(tài)特性優(yōu)越，在交流伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)中被廣大技術(shù)人員所采用。

（3）通用化

當(dāng)前，伺服控制系統(tǒng)一般都配置有多種控制功能參數(shù)，這有利于操作人員在不改變系統(tǒng)硬件電路設(shè)計的前提下方便地設(shè)置成恒壓頻比控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等多種工作模式，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，另外可以控制異步、同步等不同類型的電動機(jī)，適應(yīng)于各種閉環(huán)或開環(huán)控制系統(tǒng)，交流伺服控制系統(tǒng)的通用化將會在以后的伺服驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)展的道路中越走越遠(yuǎn)。

2、交流伺服控制策略

最近幾十年來，借助于電機(jī)控制理論及智能控制理論的不斷完善，交流伺服控制理論也隨之蓬勃發(fā)展起來；由于微電子技術(shù)的進(jìn)步，各種方便用戶開發(fā)的微控制器與數(shù)字信號處理器件大量涌現(xiàn)市場，為各種先進(jìn)的智能控制算法在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用提供了可能。現(xiàn)如今，各種新型的伺服控制策略大量涌現(xiàn)，大有與傳統(tǒng)控制策略一較高低的趨勢，下面對幾種常用的伺服控制策略進(jìn)行分析比較：

（1）恒壓頻比控制

在工廠控制領(lǐng)域中使用最為廣泛的仍然是恒壓頻比控制方式，此方法是通過控制輸出電壓與頻率的比是常數(shù)，確保電動機(jī)的磁通量為定值，從而控制電動機(jī)的速度。這種控制方法在低速運行時轉(zhuǎn)矩能力較弱，必須對定子電壓壓降進(jìn)行補(bǔ)償處理，另外因為此控制方法不能直接控制電磁轉(zhuǎn)矩，因此性能較低。但由于恒壓頻比控制具有實現(xiàn)簡單、運行穩(wěn)定、調(diào)速方便等優(yōu)點，因此在一些對動態(tài)性能要求比較低的場合應(yīng)用比較廣泛。

（2）矢量控制

上個世紀(jì)，矢量控制技術(shù)的提出，為交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)的快速進(jìn)步提供了理論支持。矢量控制技術(shù)的主要原理為：以轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場作為參考系，將電動機(jī)定子矢量電流經(jīng)過兩次坐標(biāo)變換分解為直軸電流和交軸電流分量，且使兩電流分量相互正交，同時對交直軸電流分量的幅值和相位進(jìn)行控制，可以獲得像直流電機(jī)一樣優(yōu)越、甚至比直流電動機(jī)更好的動態(tài)控制性能，另外，矢量控制經(jīng)過半個世紀(jì)的發(fā)展已經(jīng)十分成熟，在伺服驅(qū)動系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛；矢量控制技術(shù)的優(yōu)點主要是原理簡單，動態(tài)控制性能良好，缺點是在控制實現(xiàn)過程中要進(jìn)行各種坐標(biāo)變換，計算量比較大，另外此種控制方法會實時受到電動機(jī)定子電阻、電感以及轉(zhuǎn)動慣量變化的影響，基本上不可能實現(xiàn)完全解耦，從而影響系統(tǒng)的動態(tài)性能，使控制效果變差。解決方法是加入各種先進(jìn)的控制算法，對控制器進(jìn)行智能化改進(jìn)，從而提高伺服驅(qū)動系統(tǒng)的動態(tài)性能與魯棒性。

（3）直接轉(zhuǎn)矩控制

二十世紀(jì)八十年代中期，德國專家提出“直接自控制”的高性能交流電動機(jī)控制策略，此種控制策略不需要像矢量控制那樣對電動機(jī)定子矢量電流進(jìn)行大量而復(fù)雜的解耦變換，再通過控制解耦獲得的交軸電流分量來間接的控制電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩，它采用定子磁場定向的控制方式，對交流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行直接控制。此方式只受到電動機(jī)定子繞組阻值的影響，對電動機(jī)除定子繞組阻值之外的其他參數(shù)的變動穩(wěn)定性好，解決了矢量控制受電動機(jī)本體參數(shù)影響大的缺點。1995

年，ABB

公司首先把直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)應(yīng)用到了變頻器當(dāng)中，并作為一種高端產(chǎn)品出現(xiàn)在市場中，對矢量變頻器提出了挑戰(zhàn)。20

世紀(jì)末，開始有部分專家學(xué)者通過深入研究把直接轉(zhuǎn)矩控制理論引入到交流同步電動機(jī)當(dāng)中，完成了直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)在交流同步電動機(jī)伺服驅(qū)動領(lǐng)域的重大突破。直接轉(zhuǎn)矩控制的優(yōu)點是轉(zhuǎn)矩動態(tài)響應(yīng)快，缺點是在轉(zhuǎn)速較低時轉(zhuǎn)矩脈動較大。

（4）智能控制

智能控制理論是最近幾十年來的一種新興學(xué)科，它的迅速發(fā)展為交流永磁伺服控制技術(shù)的進(jìn)步注入了新鮮血液。智能控制技術(shù)由于其自身的理論特點，在非線性控制領(lǐng)域中比經(jīng)典控制理論更具有優(yōu)勢，在很多場合將會實現(xiàn)比經(jīng)典控制理論更好的控制特性。

3、電機(jī)模型

如圖

2-2

所示，給出了

PMSM的簡單模型。其中，A、B、C分別為

PMSM三相定子繞組，它們把整個空間均分為三份。在此，根據(jù)永磁同步電動機(jī)的簡單模型以及其坐標(biāo)變換關(guān)系圖，獲得電的機(jī)的理想數(shù)學(xué)模型，不過要想獲得精確理想的電機(jī)數(shù)學(xué)模型是很難實現(xiàn)的，因此在建立數(shù)學(xué)模型之前，我們首先要對電動機(jī)數(shù)學(xué)模型影響很小的量進(jìn)行相應(yīng)的忽略及假設(shè)：

（1）忽略磁路鐵芯的磁飽和現(xiàn)象；

（2）忽略鐵芯磁滯與渦流損耗；

（3）忽略轉(zhuǎn)子上的阻尼繞組；

（4）不計溫度影響；

（5）假設(shè)氣隙磁場呈理想正弦分布。

圖1

PMSM

結(jié)構(gòu)簡化模型

當(dāng)

PMSM

三相定子繞組中通入三相交流電時，根據(jù)電磁感應(yīng)定律和基爾霍夫定律可得

PMSM的定子電壓、定子磁鏈和轉(zhuǎn)子耦合磁鏈的方程分別如式所示：

式中、、——定子繞組相電壓；、、——定子繞組相電流；、、——定子繞組總磁鏈；、、——各繞組耦合磁鏈；

——定子繞組電阻；

——定子繞組電感；

——轉(zhuǎn)子磁鏈幅值。

電磁轉(zhuǎn)矩是電動機(jī)對外輸出能量的重要依據(jù)，交流伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)是否能快速穩(wěn)定的輸出給定的電磁轉(zhuǎn)矩是評價電動機(jī)動態(tài)響應(yīng)性能的重要指標(biāo)，PMSM的電磁轉(zhuǎn)矩方程表述如式所示：

將磁鏈方程代入上式中可得方程如下式所示：

在隱極式永磁同步電動機(jī)中，=，代入上式中可以得到方程如下式所示：

由上式可以看出，通過對定子電流的控制，就可以控制

PMSM的轉(zhuǎn)矩。作用到電機(jī)軸上的電磁轉(zhuǎn)矩與電動機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)載轉(zhuǎn)矩以及電動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量之間的變化關(guān)系可以用下面的電機(jī)運動方程式來表示：

五、結(jié)束語

（1）交流伺服電動機(jī)作為數(shù)控機(jī)床的新型執(zhí)行元件在國外已取得了很大的進(jìn)展,在我國提供性能好和可靠性高的交流伺服電動機(jī),滿足數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的需要,是當(dāng)前的一個關(guān)鍵問題。

（2）從國外交流伺服電動機(jī)的發(fā)展趨勢來看,應(yīng)優(yōu)先發(fā)展成本較低的同步型轉(zhuǎn)速可控的直流無刷電動機(jī)。

（3）交流伺服電動機(jī)的性能在很大程度上取決于電子控制技術(shù)的水平。應(yīng)力求采用數(shù)字控制和計算機(jī)控制,以克服交流伺服電動機(jī)的不足之處。

（4）隨著交流伺服系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大,交流伺服電動機(jī)將會有很大的發(fā)展。在我國,交流伺服電動機(jī)潛力的發(fā)掘和發(fā)展,尚需我們做大量的工作。

六、參考文獻(xiàn)

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（2)

第三篇：控制電機(jī)總結(jié)

1將負(fù)載轉(zhuǎn)矩減少，、當(dāng)直流伺服電動機(jī)電樞電壓、試問此時電動機(jī)的電樞電流、勵磁電壓不變時，電磁 如轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速將怎樣變化? 并說明由原來的穩(wěn)態(tài)到達(dá)新的穩(wěn)態(tài)的物理過程。

答：此時，電動機(jī)的電樞電流減小，電磁轉(zhuǎn)矩減小，轉(zhuǎn)速增大。由原來的穩(wěn)態(tài)到達(dá)新的穩(wěn)態(tài)的物理過程分析如下：

開始時，假設(shè)電動機(jī)所加的電樞電壓為Ua1，勵磁電壓為Uf，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為n1，產(chǎn)生的反電勢為Ea1，電樞中的電流為Ia1，根據(jù)電壓平衡方程式： Ua1=Ea1+Ia1Ra=CeΦn1+Ia1Ra 則此時電動機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩T=CTΦIa1，由于電動機(jī)處于穩(wěn)態(tài)，電磁轉(zhuǎn)矩T和電動機(jī)軸上的總阻轉(zhuǎn)矩Ts平衡，即T=Ts。當(dāng)保持直流伺服電動機(jī)的勵磁電壓不變，則Φ不變；如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩減少，則總的阻轉(zhuǎn)矩Ts=TL+T0將減少，因此，電磁轉(zhuǎn)矩T將大于總的阻轉(zhuǎn)矩，而使電動機(jī)加速，即n將變大；n增大將使反電勢Ea變增大。為了保持電樞電壓平衡（Ua=Ea+IaRa），由于電樞電壓Ua保持不變，則電樞電流Ia必須減少，則電磁轉(zhuǎn)矩也將跟著變小，直到電磁轉(zhuǎn)矩小到與總阻轉(zhuǎn)矩相平衡時，即T=Ts，才達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)。與負(fù)載轉(zhuǎn)矩減少前相比，電動機(jī)的電樞電流減小，電磁轉(zhuǎn)矩減小，轉(zhuǎn)速增大。

2現(xiàn)象？、什么是異步伺服電動機(jī)的自轉(zhuǎn)現(xiàn)象？如何消除自轉(zhuǎn)答：在異步伺服電動機(jī)中，正向旋轉(zhuǎn)磁場所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩是Te+,反向旋轉(zhuǎn)磁場所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩是Te-,兩者合成的結(jié)果是Te.正向旋轉(zhuǎn)時電磁轉(zhuǎn)矩Te是正值；反向旋轉(zhuǎn)時電磁轉(zhuǎn)矩Te是負(fù)值，這說明Te總是驅(qū)動性質(zhì)的，電動機(jī)在兩個方向都可以旋轉(zhuǎn)。這種情況對于伺服電動機(jī)而言是不利的，相當(dāng)于控制信號消失而仍有角位移或角速度位移輸出，稱為“自轉(zhuǎn)現(xiàn)象”。消除方法:增大轉(zhuǎn)子電阻，使正向電磁轉(zhuǎn)矩Te+和反向電磁轉(zhuǎn)Te-的臨界轉(zhuǎn)差率Sem>1，這時，正向旋轉(zhuǎn)時電磁轉(zhuǎn)矩Te是負(fù)值；反向旋轉(zhuǎn)時電磁轉(zhuǎn)矩Te是正值，即Te總是制動的。因此在控制電壓為零時，電動機(jī)在兩個方向都不可能自轉(zhuǎn)。

3值控制，即僅改變控制繞組電壓、異步伺服電動機(jī)的控制方式有哪些？Uc的幅值；答：（（2）

1、相位）、幅控制，即僅改變控制繞組電壓Uc的相位；（3）、幅-相控制，即同時改變控制繞組電壓Uc的幅值和相位。4應(yīng)的影響，為了減小電樞反應(yīng)對輸出特性的影響，在直、直流測速發(fā)電機(jī)的誤差原因和減小方法？ ①電樞反流測速發(fā)電機(jī)的技術(shù)條件中標(biāo)有最高轉(zhuǎn)速和最小負(fù)載電阻值，在作用時，轉(zhuǎn)速不得超過最高轉(zhuǎn)速，所接負(fù)載不得小于給定的電阻值，以保證非線性誤差較小。②延遲換向的影響。為提高測速發(fā)電機(jī)輸出特性的線性度，對小容量的發(fā)電機(jī)，通常采用限制最高轉(zhuǎn)速的措施來減小延遲換向去磁效應(yīng)的影響。③溫度的影響。解決方法：（1）勵磁回路串聯(lián)熱敏電阻并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（2）勵磁回路串聯(lián)阻值較大的附加電阻R，R用溫度系數(shù)很小的錳鎳或鎳銅合金制成。當(dāng)溫度增加時，勵磁回路總電阻（R+Rf）變化甚微。（3）將磁路設(shè)計的比較飽和，電流變化較大時，磁通變化很小。④紋波的影響。測速發(fā)電機(jī)在設(shè)計、結(jié)構(gòu)、以及制造工藝上都采取一系列措施來減小紋波電壓的幅值。⑤電刷接觸壓降△Ub對輸出特性的影響。為了減小電刷接觸壓降的影響，縮小不靈敏區(qū)，在直流測速發(fā)電機(jī)中，常采用接觸壓降較小的銀—石墨電刷。在高精度的直流測速發(fā)電機(jī)中還采用銅電刷，并在它和換向器的接觸表面鍍上銀層，使換向器不易磨損。

5最高轉(zhuǎn)速，、為什么直流測速發(fā)電機(jī)的實際轉(zhuǎn)速不宜超過規(guī)定的而負(fù)載電阻不能小于規(guī)定的電阻值？ 答：根據(jù)直流電動機(jī)的電樞反應(yīng)理論，電樞電流所產(chǎn)生的電樞磁場對主磁場有消弱作用，使合成磁場的波形發(fā)生畸變，并且負(fù)載電阻越小或者轉(zhuǎn)速越高時，電樞電流就越大，磁場的削弱作用就越強(qiáng)，造成輸出的特性的非線性。因此，為了減小電樞電流及電樞反應(yīng)的去磁作用，應(yīng)盡可能采用比較大的負(fù)載電阻，并保證轉(zhuǎn)速不得超過規(guī)定的最高轉(zhuǎn)速。

6、感應(yīng)測速發(fā)電機(jī)線性誤差及分析。線性誤差定義：在額定勵磁條件下，測速發(fā)電機(jī)在最大線性工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，實際輸出電壓與理想輸出電壓的最大絕對誤差△Umax與線性輸出電壓特性所對應(yīng)的最大輸出電壓U2m之比，稱作線性誤差δ1，即δ1=△Umax/U2m*100%。產(chǎn)生原因：在敘述感應(yīng)測速發(fā)電機(jī)的工作原理時，忽略了定子漏阻抗Zf,即勵磁繞組的電阻rf=0和漏電抗xf=0，認(rèn)為Uf=Ef,即Φf=Φf0不變以及忽略轉(zhuǎn)子杯導(dǎo)條的漏

電抗xr，從而使Φ2在N2繞組軸線上脈振。（1）勵磁繞組的漏阻抗Zf引起直軸磁通Φf的變化（2）杯形轉(zhuǎn)子繞組漏電抗xr產(chǎn)生直軸去磁效應(yīng)。（3）交軸磁通Φ2在直軸上的去磁效應(yīng)。為了減小線性誤差，應(yīng)盡可能地減小勵磁繞組的漏阻抗Zf，并采用高電阻率材料制成非磁性杯形轉(zhuǎn)子，最大限度地減小轉(zhuǎn)子漏電抗xr.7電壓產(chǎn)生的原因以及消除或削弱的方法？、什么是異步測速發(fā)電機(jī)的剩余電壓？簡要說明剩余答：當(dāng)異步測速發(fā)電機(jī)的勵磁繞組已經(jīng)供電，轉(zhuǎn)子處于靜止?fàn)顟B(tài)時，輸出繞組所產(chǎn)生的電壓稱為剩余電壓，用Us表示。原因：剩余電壓又稱零速電壓，它由兩部分組成：一部分是固定分量Usz，其值與轉(zhuǎn) 子位置無關(guān)；另一部分是交變分量Usj,其位置與轉(zhuǎn)子位置有關(guān)。

剩余電壓分量Usz產(chǎn)生的主要原因是：勵磁繞組與輸出繞組不正交，磁路不對稱，或氣隙不均勻等；剩余電壓交變分量Usj產(chǎn)生的主要原因是空心杯轉(zhuǎn)子的不對稱，空心材料的不均勻，杯的厚度不一致等。

和輸出繞組分開放置，將勵磁繞組置于外定子鐵心，輸消弱方法：

1、采用四級電機(jī)的結(jié)構(gòu)

2、將勵磁繞組出繞組置于內(nèi)定子鐵心

3、采用補(bǔ)償繞組抵消剩余電壓

4、采用補(bǔ)償電路抵消剩余電壓

8、分別簡述力矩式自整角機(jī)和控制式自整角機(jī)的工作原理。

接入同一單相交流電源，三相整步繞組按相序?qū)?yīng)相答:力矩式自整角機(jī)的原理：兩臺自整角機(jī)的勵磁結(jié)組接。當(dāng)兩機(jī)的勵磁繞組中通入單相交流電流時，在兩機(jī)氣隙中產(chǎn)生脈動磁場，ZLJ轉(zhuǎn)子由原來的轉(zhuǎn)子軸線位置轉(zhuǎn)動δ角。當(dāng)忽略磁路飽和的影響。可分別單獨討論ZLF和ZLJ勵磁作用。然后進(jìn)行疊加。磁場的直軸分量B（1-cosδ）與轉(zhuǎn)子電流if相互作用產(chǎn)生電磁力，但不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。交軸分量Bsinδ與if相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。當(dāng)失調(diào)角δ減小到零時，磁場的交軸分量Bsinδ為零，即轉(zhuǎn)矩為0，使ZLJ轉(zhuǎn)子軸線停止在與ZLF轉(zhuǎn)子軸線一致的位置上，即達(dá)到協(xié)調(diào)位置。ZLJ是在整步轉(zhuǎn)矩作用下，實現(xiàn)其自動跟隨作用的。

控制式自整角機(jī)的原理：當(dāng)控制式自整角機(jī)的發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，發(fā)送機(jī)與接收機(jī)的轉(zhuǎn)子偏離協(xié)調(diào)位置，接收機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，并輸出一定大小的電壓，該電壓經(jīng)放大器放大后，給伺服電動機(jī)供電，帶動接收機(jī)轉(zhuǎn)子及負(fù)載一起旋轉(zhuǎn)，使失調(diào)角和輸出電壓逐漸減小，直至協(xié)調(diào)的位置。如果發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)子連續(xù)旋轉(zhuǎn)，則接收機(jī)的轉(zhuǎn)子及負(fù)載也將連續(xù)地同步旋轉(zhuǎn)。

何謂靜穩(wěn)定區(qū)、動穩(wěn)定區(qū)和穩(wěn)定裕度？它們與步距角有什么關(guān)系？答：靜穩(wěn)定區(qū)是（—~+π）。當(dāng)θe=0時，T=0，該位置稱為穩(wěn)定平衡點。當(dāng)θe=+-π的位置稱為不穩(wěn)定平衡點。當(dāng)步進(jìn)電動機(jī)處于矩角特性曲線n所對應(yīng)的穩(wěn)定狀態(tài)時，輸入一個脈沖，使其控制繞組改變通電狀態(tài)，矩角特性向前躍移一個步距角θse。把（-π+θse）<<(π+θse)稱為動穩(wěn)定區(qū)。步距角越 小，動穩(wěn)定區(qū)越接近靜穩(wěn)定區(qū)。把矩角特性曲線n的穩(wěn)定平衡點O離開曲線（n+1）的不穩(wěn)定平衡點（-π+θse）的距離，稱為穩(wěn)定裕度。θr=π-θse=π-2π/m=π/m(m-2)

第四篇：電機(jī)設(shè)計論文

12電機(jī)設(shè)計論文_電動機(jī)論文

一、選題的依據(jù)及意義

現(xiàn)在社會中，電能是使用最廣泛的一種能源，在電能的生產(chǎn)、輸送和使用等方面，作為動力設(shè)備的電機(jī)是不可缺少的一部分。電機(jī)在國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)，節(jié)約能源、環(huán)保和人民生中起著十分重要的作用。發(fā)電機(jī)主要用于移動電源、風(fēng)力發(fā)電、小型發(fā)電設(shè)備中；電動機(jī)在生產(chǎn)和交通運輸中得到廣泛使用，電動機(jī)主要用于驅(qū)動水泵、風(fēng)機(jī)、機(jī)床、壓縮機(jī)、冶金、石化、紡織、食品、造紙、建筑、礦山等機(jī)械產(chǎn)品上。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新和工農(nóng)業(yè)的迅猛發(fā)展，電氣化與自動化水平不斷提高，國民經(jīng)濟(jì)各部門對異步電動機(jī)的需求量日益增加，對其性能，質(zhì)量，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也相應(yīng)地提出了越來越高的要求。因此，對異步電動機(jī)品種，必須適時實地做出更新與發(fā)展，以適應(yīng)各個新興工業(yè)領(lǐng)域不同的特殊要求，特別是對需求量最大的中小型異步電動機(jī)，在保證其質(zhì)量運行，壽命長和能滿足使用要求的同時，進(jìn)一步節(jié)約銅、鐵等材料，提高效率和功率因數(shù)，以提高其經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)與降低耗電量，是具有十分重要的意義。由于Y系列異步電動機(jī)具有體積小，重量輕，運行可靠，結(jié)構(gòu)堅固耐用，外形美觀等特點，具有較高的效率，有良好的節(jié)能效果，而且噪音低，壽命長，經(jīng)久耐用。作為普遍用于拖動各種機(jī)械的動力設(shè)備，其用電量在總的電網(wǎng)的總的負(fù)荷中占有重要的一席。Y系列共有兩個基本系列、十六個派生系列、九百多個規(guī)格，能滿足國民經(jīng)濟(jì)各部門的不同需要。所以設(shè)計研究三相異步電動機(jī)意義重大。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢（含文獻(xiàn)綜述）

1、現(xiàn)狀

國外公司注重新產(chǎn)品開發(fā)，在電機(jī)的安全、噪聲、電磁兼容等方面很重視。國外的先進(jìn)水平主要體現(xiàn)在電機(jī)的可靠性高，壽命長，通用化程度高，電機(jī)效率不斷提高，噪聲低，重量輕，電機(jī)外形美觀，絕緣等級采用F級和H級，而且也考慮電機(jī)制造成本的降低等國內(nèi)雖有部分產(chǎn)品已達(dá)90年代初的國際水平，但相當(dāng)部分的產(chǎn)品可靠性差，重量重，體積大和噪聲大，綜合水平只相當(dāng)于80年代初期國際水平，其主要原因是制造工藝落后，關(guān)鍵材料的質(zhì)量和品種不能滿足要求，科研和設(shè)計工作沒有跟上，科研投入少，新產(chǎn)品開發(fā)資金匱乏，企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力較弱

2、電機(jī)行業(yè)發(fā)展趨勢 1）企業(yè)在改造中求發(fā)展

企業(yè)要自己選準(zhǔn)位置，立足生求，真抓實干，穩(wěn)步發(fā)展。我國中小電機(jī)生產(chǎn)銷售受各種因素的影響，變化幅度比較大，企業(yè)要看準(zhǔn)改革市場，并重點地去占領(lǐng)他，發(fā)揮企業(yè)自身的優(yōu)勢，例如，目前的稀土永磁電機(jī)，大量用于風(fēng)機(jī)、水泵、1 機(jī)床、壓縮機(jī)、城市交通及工礦電動車輛等變頻調(diào)速裝置，預(yù)測會有較大的發(fā)展前途。2）發(fā)展派生、專用系列電機(jī)

我們要開拓多用途、多品種派生和符合國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的電機(jī)產(chǎn)品。隨著社會的不斷前進(jìn)，科技水平的不斷提高，電機(jī)行業(yè)的不斷發(fā)展，市場需求會不斷變化，電機(jī)產(chǎn)品的外延和內(nèi)涵也不斷拓展，電機(jī)產(chǎn)品配套面廣，它廣泛地應(yīng)用于能源、交通、石油、化工、冶金、礦山、建筑等各個領(lǐng)域，并且電機(jī)的通用性逐步向?qū)Ｓ眯苑矫姘l(fā)展，打破了過去同一類電機(jī)同時用于不性質(zhì)、不同場合的局面。電機(jī)產(chǎn)品正向著專業(yè)性、特殊性、個性化方面發(fā)展，這也是國外企業(yè)發(fā)展的最新觀點與動向。3）電機(jī)要高效、節(jié)能

我國中小型電機(jī)作為各種機(jī)械設(shè)備的動力源，其耗電總量已占全國發(fā)電量的70%左右。因此，發(fā)展中國高效電機(jī)，推廣節(jié)能產(chǎn)品，是響應(yīng)國家節(jié)能政策、實現(xiàn)節(jié)能降耗的重要舉措。

在產(chǎn)品開發(fā)中，以前的科學(xué)院所、企業(yè)在產(chǎn)品設(shè)計采用了許多辦法，如采用降低起動力矩、電容補(bǔ)償、阻尼槽方法來節(jié)約電能，但這些都是在頻率不變的條件下來實現(xiàn)的。自從有了逆變器后，電源的變頻變壓變的更加容易，從而可以調(diào)節(jié)異步電機(jī)在最佳工作點上運行，保證出力不變的情況下，可用最大效率和功率因數(shù)代替額定效率和額定功率因數(shù)，減小了電機(jī)尺寸，減輕了電機(jī)重量，降低了成本，提高了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

4)機(jī)電一體化、智能化 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)得到長足發(fā)展，同時，各種高新技術(shù)也為電機(jī)產(chǎn)品注入了新的活力，制造工藝和管理信息化技術(shù)通過微電子、計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，國家政策的鼓勵、各企業(yè)對科技的重視，使新產(chǎn)品開發(fā)的周期逐漸縮短，機(jī)電一體化、智能化電機(jī)（如交流變頻調(diào)速電機(jī)是一種無級調(diào)速傳動系統(tǒng)）應(yīng)運而生，調(diào)速制造、虛擬制造等先進(jìn)制造技術(shù)推廣應(yīng)用。我國的電機(jī)的技術(shù)性能水平與發(fā)達(dá)國家的水平相當(dāng)。

2、發(fā)展趨勢

隨著國家宏觀經(jīng)濟(jì)的調(diào)整以及市場需求的推動，二十世紀(jì)中小型電機(jī)的品種將得到更大的發(fā)展，尤其是對于發(fā)展高效率電機(jī)、高品位的出口電機(jī)和機(jī)電一體化的交流變頻電機(jī)將會給予特別的重視，而一些新穎的電機(jī)，如永磁電機(jī)、無刷直流電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)等，將進(jìn)一步完善。同時，隨著CAD技術(shù)、數(shù)控機(jī)床、專用加工設(shè)備、冷軋矽鋼片、F級、H級絕緣材料等新技術(shù)、新材料的推廣，電 2 機(jī)行業(yè)的生產(chǎn)方式也將出現(xiàn)新的重大的變化。電機(jī)的技術(shù)發(fā)展動向是向小型化、薄型化、輕量化、無刷化、智能化、靜音化、高效化、節(jié)能化、環(huán)保化、可靠化、精密化、組合化，電機(jī)采用新型磁性、導(dǎo)電、絕緣材料。

二、本課題研究內(nèi)容 本課題主要是研究設(shè)計Y802-4三相鼠籠式異步電動機(jī)---設(shè)計計算.首先根據(jù)給定的功率，功率因數(shù)，相數(shù)，頻率及額定相電壓確定異步發(fā)電機(jī)的主要規(guī)格。

本課題的主要計算過程如下： 1.額定數(shù)據(jù)及主要尺寸計算 2.磁路計算 3.參數(shù)計算 4.起動計算

根據(jù)Y802-4三相鼠籠式異步電動機(jī)各性能指標(biāo)：效率?，功率因數(shù)cos?，TSTISTTmax 最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù) TN，起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù) TN，起動電流倍數(shù) IN 計算出各個參數(shù)。

三、本課題研究方案

本課題的研究方案是根據(jù)設(shè)計任務(wù)書并結(jié)合所選機(jī)型的各參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行復(fù)算，通過方案比較，確定電機(jī)電磁性能有關(guān)的尺寸和數(shù)據(jù)，選定材料，并核算其電磁性能。最終算計出符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求的電機(jī)參數(shù)； 利用計算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計，提高功率因數(shù)，提高效率，提高電動機(jī)的工作能，節(jié)省制造材料。

四、研究目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度

1.研究目標(biāo)：在原復(fù)算方案的基礎(chǔ)上既節(jié)省材料，又提高性能；將不同方案進(jìn)行比較，以求得最佳結(jié)果。

2、主要特色

進(jìn)行發(fā)電機(jī)的電磁設(shè)計時，先釆用手算的方法，使各項性能指標(biāo)都滿足。后釆用計算機(jī)編程的方法進(jìn)行計算，得出最優(yōu)方案。

3、工作進(jìn)度 3

六、參考文獻(xiàn) [1] 陳世坤 電機(jī)設(shè)計［M］ 機(jī)械工業(yè)出版社 2000 [2] 李發(fā)海 電機(jī)學(xué)［M］ 科學(xué)出版社 1995 [3] 三相異步電動機(jī)設(shè)計、原理與試驗 沈陽機(jī)電學(xué)院 [3] 張躍峰 AUTOCAD2004 入門與提高 清華大學(xué)出版社 4 目 錄 摘

要........................................................................................................................I ABSTRACT..................................................................................................................II 前

言..........................................................................................................................1 第1章 概

述................................................................................................................2 1.1我國電機(jī)制造工業(yè)發(fā)展近況與發(fā)展趨勢..........................................................2 1.2 電機(jī)的分類..........................................................................................................2 1.3三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和用途..........................................................................3 1.3.1異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)............................................................................................3 1.3.2異步電動機(jī)用途............................................................................................4 1.4三相異步電動機(jī)的基本工作原理和運行特性..................................................5 1.4.1 基本工作原理...............................................................................................5 1.4.2三相異步電動機(jī)的工作特性........................................................................5 1.5 三相異步電動機(jī)的起動與調(diào)速..........................................................................6 1.5.1三相異步電動機(jī)的起動................................................................................6 1.5.2三相異步電動機(jī)的調(diào)速................................................................................7 1.6 感應(yīng)電動機(jī)的主要性能指標(biāo)和額定參數(shù)........................................................8 1.7電機(jī)節(jié)能..............................................................................................................8 第2章 三相鼠籠式異步電動機(jī)的設(shè)計方法............................................................10 2.1 電磁負(fù)荷的選擇與匹配....................................................................................10 2.1.1電磁負(fù)荷對電機(jī)性能和經(jīng)濟(jì)性的影響......................................................10 2.1.2 電磁負(fù)荷的選擇.........................................................................................10 2.1.3 電荷負(fù)荷的匹配.........................................................................................11 2.2 主要尺寸、氣隙長度的選取及繞組型式的選擇............................................11 2.2.1主要尺寸的選擇..........................................................................................11 2.2.2 氣隙長度的選取及確定.............................................................................12 2.2.3鐵心尺寸......................................................................................................12 2.2.4定子繞組形式和節(jié)距的選擇......................................................................13 2.3 籠型轉(zhuǎn)子的尺寸設(shè)計........................................................................................14 2.3.1 轉(zhuǎn)子槽數(shù)選擇及定轉(zhuǎn)子槽配合問題.........................................................14 12電機(jī)設(shè)計論文_電動機(jī)論文 2.3.2 轉(zhuǎn)子槽形的選擇和槽形尺寸的確定.........................................................15 第3章 三相鼠籠式電動機(jī)電磁設(shè)計與方案調(diào)整....................................................17 3.1鼠籠式電動機(jī)電磁方案的設(shè)計........................................................................17 3.2電機(jī)調(diào)整方案....................................................................................................37 3.3 方案結(jié)果分析....................................................................................................40 3.4 提高電機(jī)工作性能的一些措施........................................................................41 第4章 計算機(jī)輔助工具在電機(jī)設(shè)計的應(yīng)用............................................................43 結(jié)束語..........................................................................................................................45 致 謝.........................................................................................錯誤！未定義書簽。參考文獻(xiàn)......................................................................................................................45 Y802-4 0.75 kW三相鼠籠式異步電動機(jī)設(shè)計 摘 要

本文介紹了Y系列三相鼠籠異步電動機(jī)的設(shè)計方法,文章首先從異步電機(jī)的基本理論及工作特性著手，簡單介紹了異步電機(jī)的發(fā)展近況、基本特性、類型、結(jié)構(gòu)、用途、技術(shù)指標(biāo)、工作原理及運行特性等，為電機(jī)設(shè)計的做好必要的理論準(zhǔn)備。電機(jī)設(shè)計是個復(fù)雜的過程，因此需要考慮的因素、確定的尺寸和數(shù)據(jù)很多。同時本文也詳細(xì)闡述了三相鼠籠異步電動機(jī)的設(shè)計改進(jìn)調(diào)整方案，以及計算機(jī)輔助工具的應(yīng)用，這給電機(jī)設(shè)計和優(yōu)化帶來了新的契機(jī)。

關(guān)鍵詞 :三相異步電動機(jī)；設(shè)計；電磁路參數(shù)；工作性能；優(yōu)化方案 Y802-4 0.75KW Three-phase Squirrel-cage Induction Motor Design Abstract In this paper, Y series three-phase squirrel-cage induction motor design method, the article first of all, from the basic theory of induction motor characteristics and the work to proceed, briefly introduced the latest development of the induction motor, the basic characteristics, type, structure, purpose, technical indicators, the working principle and operation characteristics, designed for the motor to make the necessary preparations for the theory.Electrical design is a complex process and therefore need to take into consideration to determine a lot of size and data.At the same time, this article also detailed three-phase squirrel-cage induction motor to improve the design of adjustment programs, as well as the application of computer-aided tools, this motor design and optimization to bring a new opportunity.Keyword: Three-phase asynchronous motor;design;electromagnetic parameters;performance;optimization program 前 言

現(xiàn)在社會中，電能是使用最廣泛的一種能源，在電能的生產(chǎn)、輸送和使用等方面，作為動力設(shè)備的電機(jī)是不可缺少的一部分。中小型電機(jī)行業(yè)是機(jī)械工業(yè)的重要組成部分，在國民經(jīng)濟(jì)中起著舉足輕重的作用。發(fā)電機(jī)主要用于移動電源、風(fēng)力發(fā)電、小型發(fā)電設(shè)備中；三相異步電動機(jī)在生產(chǎn)和交通運輸中得到廣泛使用，例如，在工業(yè)方面，它被廣泛用于拖動各種機(jī)床。水泵、壓縮機(jī)、攪拌機(jī)、起重機(jī)械等。在農(nóng)業(yè)方面，他被廣泛用于拖動排灌機(jī)械、脫粒機(jī)及各種農(nóng)產(chǎn)品的加工機(jī)械。在家用電器和醫(yī)療器械和國防設(shè)施中，異步電動機(jī)也應(yīng)用十分廣泛，作為拖動各種機(jī)械的動力設(shè)備。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新和工農(nóng)業(yè)的迅猛發(fā)展，電氣化與自動化水平不斷提高，國民經(jīng)濟(jì)各部門對異步三相異步電動機(jī)的需求量日益增加，對其性能，質(zhì)量，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也相應(yīng)地提出了越來越高的要求。因此，對三相異步電動機(jī)性能提出了許多新的更新的要求，必須適時實地做出更新與發(fā)展，以適應(yīng)各個新興工業(yè)領(lǐng)域不同的特殊要求，特別是對需求量最大的中小型三相異步電動機(jī)，在保證其質(zhì)量運行，壽命長和能滿足使用要求的同時，進(jìn)一步節(jié)約銅、鐵等材料，提高效率和功率因數(shù)，以提高其經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)與降低耗電。三相異步電動機(jī)已有近20年多年的研制開發(fā)、設(shè)計和生產(chǎn)史。尤其近些年來,隨著研制開發(fā)技術(shù)的不斷創(chuàng)新、迅速發(fā)展和完善，如集成化技術(shù)、智能化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)、虛擬技術(shù)等，設(shè)計出 ―更快、更精、更凈‖的產(chǎn)品。第1章 概 述

1.1我國電機(jī)制造工業(yè)發(fā)展近況與發(fā)展趨勢

電動機(jī)制造是我國機(jī)械工業(yè)中較大的行業(yè)之一，它既是關(guān)系到各行各業(yè)自動化的重要基礎(chǔ)產(chǎn)品，又是與人類生活密切相關(guān)的面廣量大、品種繁多的通用產(chǎn)品。電動機(jī)是把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的主要執(zhí)行部件，國內(nèi)60%～70%的發(fā)電量被電機(jī)所消耗。因此，電機(jī)產(chǎn)品的品種、數(shù)量和質(zhì)量各種性能水平的提高和發(fā)展，都會直接影響國民經(jīng)濟(jì)各部門成套設(shè)備的發(fā)展水平。

20世紀(jì)40年代以前，我國電機(jī)制造工業(yè)極端落后。50年代以仿制國外產(chǎn)品為主，60年代起走上自行設(shè)計的道路。在此之前只能生產(chǎn)一般中小型電機(jī)，而且批量小，品種單一。我國所生產(chǎn)的電動機(jī)大多是六十年代發(fā)展的產(chǎn)品, 部分是七、八十年代引進(jìn)的國外移植產(chǎn)品,與國外同行業(yè)相比, 其技術(shù)水平、產(chǎn)品質(zhì)量、結(jié)構(gòu)工藝、制造能力、自動化程度等均偏低,仍有不小的差距。

解放五十多年來，國內(nèi)的電機(jī)制造業(yè)通過廣大工程技術(shù)人員的不懈努力，在非常落后的基礎(chǔ)上逐步建立起較為完整的電機(jī)制造工業(yè)體系，無論是在發(fā)展品種、提高產(chǎn)品質(zhì)量方面，還是在數(shù)量方面，都取得了世人矚目的成績，為工業(yè)的發(fā)展和人民生活水平的提高做出了巨大的貢獻(xiàn)。我國已能獨立自主地生產(chǎn)各種中小型電機(jī)，國內(nèi)產(chǎn)品已經(jīng)發(fā)展到100 多個系列，500多個品種，年生產(chǎn)能力達(dá)到5500萬kW以上，基本上滿足了社會各個方面對電機(jī)產(chǎn)品的需求。

隨著電機(jī)理論的不斷完善，高新技術(shù)的快速發(fā)展，可以預(yù)言：未來的電機(jī)產(chǎn)品將朝著高性能化、智能化、微型化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。1.2 電機(jī)的分類

電機(jī)是以磁場為媒介進(jìn)行電能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的電力機(jī)械。電機(jī)在國民經(jīng)濟(jì)各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。需要的電機(jī)的種類各不相同，性能各異。電機(jī)的分類方法也用很多，故電機(jī)的種類也有很多。

1）按工作電源分類： 根據(jù)電動機(jī)工作電源的不同，可分為直流電動機(jī)和交流電動機(jī)。2）按結(jié)構(gòu)及工作原理分類： 根據(jù)電動機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理的不同，可分為直流電動機(jī)，異步電動機(jī)和同步電動機(jī)。直流電動機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為無刷直流電動機(jī)和有刷直流電動機(jī)。12電機(jī)設(shè)計論文_電動機(jī)論文

3)按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)分類： 根據(jù)電動機(jī)按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)不同，可分為籠型感應(yīng)電動機(jī)和繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)。

4)按用途分類： 可分為驅(qū)動用電動機(jī)和控制用電動機(jī)。

我國目前生產(chǎn)的三相異步電動機(jī)月100個系列額，500多個品種，500多個規(guī)格。按電機(jī)尺寸分成大、中、小型。

大型：中心高H > 0.63m,定子鐵心外徑Di > 1m,功率范圍在400KW以上，電壓為300 V和600 V。

中型：中心高H =(0.355——0.63)m,定子鐵心外徑Di =（0.5——1.0）m,功率范圍在（45——1250）KW以上，電壓為380 V和3000 V和6000 V。

小型：中心高H =(0.08——0.315)m,定子鐵心外徑Di =（0.12——0.5）m,功率范圍在（0.55——132）KW以上，電壓為380 V。Y（IP44）系列的中心高H =(0.08——0.28)m,定子鐵心外徑Di =（0.12——0.445）m，共11個機(jī)座，功率范圍為（0.55——90）KW，電壓380V。1.3三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和用途 1.3.1異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)

（1）固定部分有定子繞組、定子鐵心、機(jī)殼、端蓋、風(fēng)罩。

定子繞組是電動機(jī)的電路部分，通入三相交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的繞組。由三個在空間互隔120°電角度、隊稱排列的結(jié)構(gòu)完全相同繞組連接而成，這些繞組的各個線圈按一定規(guī)律分別嵌放在定子各槽內(nèi)。定子鐵心是電機(jī)磁路的一部分，并在其上放置定子繞組。通常是用軋成厚0.5或0.35毫米的硅鋼片疊成的（如圖1）。機(jī)殼是用來支撐定子鐵心和電動機(jī)端蓋。端蓋是用來支撐電動機(jī)的轉(zhuǎn)動部分（一般指轉(zhuǎn)子）。風(fēng)罩保護(hù)風(fēng)葉同時又起到通風(fēng)的風(fēng)路作用。圖1 定子鐵心

（2）轉(zhuǎn)動部分有轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子鼠籠、轉(zhuǎn)軸、起動開關(guān)、軸承、風(fēng)葉。轉(zhuǎn)子鐵心是整個電動機(jī)磁路的一部分，一般使用硅鋼片DR510-50，DR280-35。轉(zhuǎn)子鼠籠起轉(zhuǎn)子繞組的作用轉(zhuǎn)子的導(dǎo)條均由鼠籠的端環(huán)所短路，形成一個多相的電路（如圖2）。鼠籠的材料一般采用高純鋁L01～L05。轉(zhuǎn)軸是作為支撐轉(zhuǎn)子鐵心和傳遞力矩最不可缺少的結(jié)構(gòu)部分。軸承主要是連接轉(zhuǎn)動部分與不動部分。風(fēng)葉主要是冷卻電動機(jī)。圖2 鼠籠轉(zhuǎn)子（3）其他部分有出線盒、銘牌、起動或工作電容器。（4）三相異步電動機(jī)的總結(jié)構(gòu)圖 圖3 封閉式三相籠型異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)圖

1—軸承；2—前端蓋；3—轉(zhuǎn)軸；4—接線盒；5—吊環(huán)；6—定子鐵心； 7—轉(zhuǎn)子；

8—定子繞組；9—機(jī)座；10—后端蓋；11—風(fēng)罩；12—風(fēng)扇 1.3.2異步電動機(jī)用途

對于小型異步電動機(jī)來說，用途是十分廣泛的，常作為各類機(jī)械中的主要動力元件。Y系列小型異步電動機(jī)根據(jù)需要，既可以用于正常的工作環(huán)境，又可在潮濕、多塵、濕熱、多霉和日曬雨淋、嚴(yán)寒酷暑，沖擊波動，有爆炸危險和腐蝕性環(huán)境中使用，既可恒速傳動，又可變速傳動。這類電機(jī)既可連續(xù)工作，有可斷續(xù)工作。因此廣泛用于各種機(jī)床，風(fēng)機(jī)，水泵，壓縮機(jī)和傳輸機(jī)，農(nóng)業(yè)食品加工 等各類機(jī)械設(shè)備。

1.4三相異步電動機(jī)的基本工作原理和運行特性 1.4.1 基本工作原理

電動機(jī)的工作原理是建立在電磁感應(yīng)定律、全 電流定律、電路定律和電磁力定律等基礎(chǔ)上的。如 右圖4是三相交流異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的原理圖(圖中只示出兩根導(dǎo)條)，當(dāng)磁極沿順時針方向旋 轉(zhuǎn)，磁極的磁力線切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條，導(dǎo)條中就感應(yīng)出 電動勢。電動勢的方向由右手定則來確定。因為運 動是相對的，假如磁極不動，轉(zhuǎn)子導(dǎo) 條 沿逆時針

方向旋轉(zhuǎn)，則導(dǎo)條中同樣也能感應(yīng)出電動勢來。在電動勢的作用下，閉合的導(dǎo)條中就產(chǎn)生電流。該電流與旋轉(zhuǎn)磁極的磁場相互作用，而使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條受到電磁力F，電磁力的方向可用左手定則確定。由電磁力進(jìn)而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動起來。異步電動機(jī)的工作原理用箭頭式子可以簡單的表示如下：

定子繞組通入三相交流電流?產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場?切割轉(zhuǎn)子繞組? 轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電勢?轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電流?轉(zhuǎn)子電流與磁場作用?產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩?運行。

1.4.2三相異步電動機(jī)的工作特性

異步電動機(jī)的工作特性是指在額定電壓及額定頻率下，電動機(jī)的主要物理量轉(zhuǎn)差率，轉(zhuǎn)矩電流，效率，功率因數(shù)等隨輸出功率變化的關(guān)系曲線。1轉(zhuǎn)差率特性 ○ 通常把同步轉(zhuǎn)速n1和電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n二者之差與同步轉(zhuǎn)速n1的比值叫做轉(zhuǎn)差率，用s表示。關(guān)于轉(zhuǎn)差率的定義如下：當(dāng)電機(jī)的定子繞組接電源時，站在

s?定子邊看，如果氣隙旋轉(zhuǎn)磁通密度與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向一致，則轉(zhuǎn)差率s為：n1?n；n1 如果兩者轉(zhuǎn)向相反，則：s?n1?n。式中的n1、n都理解為轉(zhuǎn)速的絕對值s是n1 一個沒有單位的數(shù)，它的大小能反映電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。隨著負(fù)載功率的增加，轉(zhuǎn)子電流增大，故轉(zhuǎn)差率隨輸出功率增大而增大。2轉(zhuǎn)矩特性 ○

異步電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩：轉(zhuǎn)速的變換范圍很小，從空載到滿載，轉(zhuǎn)速略有下降，轉(zhuǎn)矩曲線為一個上翹的曲線（近似直線）。3電流特性 ○

空載時電流很小，隨著負(fù)載電流增大，電機(jī)的輸入電流增大。4效率特性 ○

其中銅耗隨著負(fù)載的變化而變化（與負(fù)載電流的平方正比）；鐵耗和機(jī)械損耗近似不變；效率曲線有最大值，可變損耗等于不變損耗時，電機(jī)達(dá)到最大效率。異步電動機(jī)額定效率載74-94%之間；最大效率發(fā)生在(0.7-1.0)倍額定效率處。5功率因數(shù)特性 ○

空載時，定子電流基本上用來產(chǎn)生主磁通，有功功率很小，功率因數(shù)也很低；隨著負(fù)載電流增大，輸入電流中的有功分量也增大，功率因數(shù)逐漸升高；在額定功率附近，功率因數(shù)達(dá)到最大值。如果負(fù)載繼續(xù)增大，則導(dǎo)致轉(zhuǎn)子漏電抗增大（漏電抗與頻率正比），從而引起功率因數(shù)下降。1.5 三相異步電動機(jī)的起動與調(diào)速 1.5.1三相異步電動機(jī)的起動（1）直接起動

直接起動是用閘刀開關(guān)或接觸器把電機(jī)的定子繞組直接接到具有額定電壓的電源上。是一種最簡單而應(yīng)用廣泛的起動方法。1）優(yōu)點：無需附加起動設(shè)備，操作方便；

2)缺點：起動電流大，起動轉(zhuǎn)矩小，須足夠大的電源； 3)適用條件：小容量電動機(jī)帶輕載的情況起動。（2）降壓起動

用降低電機(jī)端電壓的方法限制制動起動電流，待電機(jī)轉(zhuǎn)速接近正常轉(zhuǎn)速后，再將端電壓升高到額定電壓。如果電源容量不夠大，可采用降壓起動。即起動時，降低加在電動機(jī)定子繞組電壓，起動時電壓小于額定電壓，待電動機(jī)轉(zhuǎn)速上升到一定數(shù)值后，再使電動機(jī)承受額定電壓，可限制起動電流。1)Y-Δ降壓起動 2)自耦變壓器降壓起動 3)電阻降壓或電抗降壓起動 4)延邊三角形降壓起動（3）軟起動

軟起動就是在電動機(jī)(鼠籠式)定子回路串入有限流作用的電力器件來實現(xiàn)電機(jī)的起動。通過這種方法降低起動電流。軟起動是采用軟件控制方式來平滑起動電動機(jī)，一方面在控制方式上以軟件控制強(qiáng)電，另一方面在控制結(jié)果上將電動機(jī)的起動特性由―硬‖平滑變?yōu)楱D軟‖。軟起動過程中產(chǎn)生高次諧波，對周邊環(huán)境要求比較高，同時起動設(shè)備投資非常大；但它起動時無沖擊電流，可保持平滑起動，并且可根據(jù)負(fù)載情況實現(xiàn)自由無級的起動。軟起動方式：○1 液阻式軟起動 ○2 磁控式軟起動 ○3 智能式軟起動。

1.5.2三相異步電動機(jī)的調(diào)速

三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速公式為： n?60f1?1?s? p 從上式可見，改變供電頻率f、電動機(jī)的極對數(shù)p及轉(zhuǎn)差率s均可太到改變轉(zhuǎn)速的目的。異步電動機(jī)的調(diào)速主要有三種方法.1、變極調(diào)速 n1?60f1，異步電動機(jī)正常運行時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n略低于n1，所以，一旦p p改變，n1改變，n也隨著改變。1）Y→YY 變極調(diào)速 屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式 2）Δ→YY變極調(diào)速 屬于恒功率調(diào)速方式

2、變頻調(diào)速 異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速：n?60f1?1?s?。當(dāng)轉(zhuǎn)差率S變化不大時，n近似正p 比于頻率f1，可見改變電源頻率就可改變異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。常用的異步電動機(jī)變頻調(diào)速控制方式通常有兩種，即恒轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速和恒功率變頻調(diào)速。

（1）恒轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速。電機(jī)變頻調(diào)速前后額定電磁轉(zhuǎn)矩相等，即恒轉(zhuǎn)，T?TTeNTeN矩調(diào)速時，有。

（2）恒功率變頻調(diào)速。電機(jī)變頻調(diào)速前后它的電磁功率相等，即 ''。Pem?TTem?1?TTem?1 12電機(jī)設(shè)計論文_電動機(jī)論文

3、轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速

轉(zhuǎn)子串入附加電阻，使電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率加大，電動機(jī)在較低的轉(zhuǎn)速下運行。串入的電阻越大，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速越低。此方法設(shè)備簡單，控制方便，但轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱的形式消耗在電阻上。屬有級調(diào)速，機(jī)械特性較軟。串電阻前后保持轉(zhuǎn)子電流不變，則有： R2R2?R?，cos?2?cos?2N ?SNS 電磁轉(zhuǎn)矩為： Tem?CM?mI2cos?2，保持不變，即屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。1.6 感應(yīng)電動機(jī)的主要性能指標(biāo)和額定參數(shù) 感應(yīng)電動機(jī)的主要性能指標(biāo)、基準(zhǔn)值和額定參數(shù)。1.7電機(jī)節(jié)能

電動機(jī)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、商業(yè)、公用設(shè)施和家用電器等各個領(lǐng)域，作為風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)、機(jī)床等各種設(shè)備的動力。中小型三相異步電動機(jī)是電力機(jī)械的最主要的原動機(jī)。目前中國電動機(jī)消耗的電量約占全國用電量的60％，而中小型電動機(jī)占到全國電動機(jī)功率的75％，若把中小型電動機(jī)的效率平均提高一個百分點，一年可節(jié)電20多億kWh。由此可見，電動機(jī)的節(jié)能潛力巨大，提高中小型電動機(jī)的能源效率是工業(yè)終端設(shè)備節(jié)能的一個重要方面。一般采取的節(jié)能措施如下：

1、選用節(jié)能電動機(jī) Y系列三相異步電動機(jī)是全國統(tǒng)一設(shè)計的新系列小型鼠籠轉(zhuǎn)子電動機(jī)。Y系列電動機(jī)效率較高，全系列加權(quán)平均效率為88.27%，比J02系列高0.41%,起動轉(zhuǎn)矩比J02系列平均提高30%，因此有利于用戶既滿 足對起動轉(zhuǎn)矩要求高而又

可選用容量較小的電動機(jī)。這有利于提高節(jié)電效果。

2、合理選擇電動機(jī)容

一般電動機(jī)負(fù)載的系數(shù)在0.5-1范圍內(nèi)為高效區(qū)。電動機(jī)容量要根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械需要的功率來決定。但實際中往往會出現(xiàn)―大馬拉小車‖的現(xiàn)象，由于容量選擇不合理，使電動機(jī)經(jīng)常處于輕載狀態(tài)，致使功率因數(shù)降低，增加線路損耗。所以要根據(jù)不同負(fù)載合理選擇電動機(jī)。

3、異步電動機(jī)采取調(diào)速節(jié)電

目前，風(fēng)機(jī)與泵類設(shè)備常用調(diào)節(jié)閥門或擋板開啟度的方法來調(diào)節(jié)流量，電能浪費很大。而用電動機(jī)調(diào)速來調(diào)節(jié)流量，可使風(fēng)機(jī)、泵長期在高效率狀態(tài)運行，節(jié)電可達(dá)30%-60%a。表1列出異步電動機(jī)幾種常用的調(diào)速方式及特點。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中可根據(jù)電機(jī)、場地、調(diào)速要求等情況選擇調(diào)速方案。對于不同的負(fù)載類型選用不同類型的電動機(jī)，可以獲得良好的節(jié)電效果。

(1)可變轉(zhuǎn)矩型異步電動機(jī)。其最大轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)矩都和轉(zhuǎn)速成正比，故低速時最大轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)矩都只有高速時的一半(倍極比電動機(jī))，而額定功率只有高速額定功率的1/4。這類電動機(jī)適合泵、風(fēng)機(jī)使用，因它的特性基本上與負(fù)載特性配合。接線方式是低速時為串聯(lián)Y,高速時為并聯(lián)Y。

(2)恒轉(zhuǎn)矩型異步電動機(jī)。其最大轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)矩近似地保持不變，額定功率正比于轉(zhuǎn)速。這類電動機(jī)適合傳送帶、壓縮機(jī)和機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)使用接線方式是:低速時為串聯(lián)0,高速時為并聯(lián)Y(3)恒功率型異步電動機(jī)。其最大轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)矩反比于轉(zhuǎn)速。這類電動機(jī)適合于金屬切削機(jī)床、卷揚(yáng)機(jī)等。接線方式是:低速時為并聯(lián)Y,高速時為串聯(lián)△。

第2章 三相鼠籠式異步電動機(jī)的設(shè)計方法 2.1 電磁負(fù)荷的選擇與匹配

2.1.1電磁負(fù)荷對電機(jī)性能和經(jīng)濟(jì)性的影響

/由于正常電機(jī)中系數(shù)?p、KNM、與Kdp實際上變化不大，因此在計算功率P/ 與轉(zhuǎn)速n一定時，電機(jī)的主要尺寸決定于電磁負(fù)荷A、B?。電磁負(fù)荷越高，電機(jī)尺寸將越小，重量越輕，成本也越低。這就是在一般可能情況下，一般希望選取較高電磁負(fù)荷和B?的原因。但電磁負(fù)荷選取與眾多因素有關(guān)，不但影響電機(jī)有效材料的耗用量，而且對電機(jī)參數(shù)、起動和運行性能、可靠性都有重要影響。（1）線負(fù)荷A較高，氣隙磁密B?不變 1 電機(jī)體積和尺寸的減小，可節(jié)約鋼鐵材料 ○ 2 B?一定時，由于鐵心重量減小，鐵耗隨之減小 ○ 3 繞組用銅量增加 ○ 增大了電樞單位表面上銅耗，繞組溫升增高 ○ 5 影響電機(jī)參數(shù)和電機(jī)特性 ○（2）氣隙磁密B?高，線負(fù)荷A不變 電機(jī)體積和尺寸的減小，可節(jié)約鋼鐵材料 ○ 2 電樞基本鐵耗增大 ○ 氣隙磁位降和磁路飽和程度增大 ○ 4 影響電機(jī)參數(shù)和電機(jī)特性 ○ 2.1.2 電磁負(fù)荷的選擇

電磁負(fù)荷與預(yù)防護(hù)等級、冷卻方式、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、絕緣等級及電壓有直接關(guān)系。決定電磁負(fù)荷時。對于小型電機(jī)而言，各種產(chǎn)品之間磁密的波動范圍不大。只是對于斷續(xù)運行電機(jī)或者最大轉(zhuǎn)矩要求高、功率數(shù)允許略低的產(chǎn)品，磁密可以略高。但電密及熱負(fù)荷AJ1波動較大。當(dāng)磁密及J1選定后，根據(jù)電磁負(fù)荷的匹配關(guān)系，求取轉(zhuǎn)子電密及調(diào)整定子齒部、軛部的磁密，電磁負(fù)荷選得高，就節(jié)省材料，但它受效率?,cos?及溫升約束，不能選得過高。在推薦的范圍內(nèi)： A 隨功率增加而增加，減少A可提高過載能力； ○ 2 B? 隨極數(shù)增加面增加，降低B?可提高cos?； ○ J1 則隨功率增加而減小，隨散熱能力提高而提高。同時繞線轉(zhuǎn)子的J1要比○

籠型轉(zhuǎn)子的J1選低5%——10%；斷續(xù)運行的可比連續(xù)的選的高些。2.1.3 電荷負(fù)荷的匹配

電磁負(fù)荷的匹配直接影響電機(jī)的溫升（定子繞阻溫升），盡管隨著電機(jī)類型不同，溫度場分而亦不同，但仍有一個共同的規(guī)律。就散熱而言，轉(zhuǎn)子熱量有很大一部分要先傳給定子，再經(jīng)機(jī)座或通風(fēng)道，與定子熱量匯集在一起傳給周圍介質(zhì)。

對于Y系列電機(jī)而言，磁負(fù)荷亦應(yīng)遵循類似的規(guī)則，轉(zhuǎn)子部分損耗很小，轉(zhuǎn)子部分磁密只要在推薦范圍內(nèi)選取，其損耗可忽略不計。電機(jī)總的鐵耗可以以為僅由定子齒部鐵耗及定子軛部鐵耗兩部分構(gòu)成。當(dāng)鐵心尺寸確定后，鐵耗隨磁密的增加而增加。對于4極電機(jī)而言，齒、軛磁密相近時，由于軛部體積較大，其鐵耗常常是齒部好幾倍。所以設(shè)計人員常將軛部磁密選項得較低，齒部選得較高，這從計算結(jié)果看是合適的，但在散熱途徑中齒部的散熱不如軛部；同時，齒部磁密偏高，這會使其脈振損耗顯著增加，這些從計算結(jié)果很難察覺，但卻往往導(dǎo)致溫升增高，因此齒部磁密不宜偏高。

2.2 主要尺寸、氣隙長度的選取及繞組型式的選擇 2.2.1主要尺寸的選擇

設(shè)計的主要任務(wù)是確定電動機(jī)的主要尺寸，選擇定轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)，設(shè)計定轉(zhuǎn)子沖片和選擇繞組數(shù)據(jù)，然后利用有關(guān)公式對初始設(shè)計方案進(jìn)行較核，調(diào)整電動機(jī)的某些設(shè)計參數(shù)，直至電動機(jī)的電磁設(shè)計方案符合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)求。

三相鼠籠異步電動機(jī)的主要尺寸包括定子內(nèi)徑Di1和電樞計算長度lef 6.11P'P' 決定電機(jī)主要尺寸的基本關(guān)系式：Dl?'.?CAABnnapKNmKdp1?2i1ef 其中感應(yīng)電動機(jī)的計算功率P/為：P'?m1E1I1 由于感應(yīng)電動機(jī)額定功率為：PN?m1UN?I1?cos? 比較上兩式，則有P'?E1iPN UN??.cos? 在生產(chǎn)實際中，設(shè)計感應(yīng)電機(jī)時往往只需參考已經(jīng)制定的同類型、相近規(guī)格電機(jī)的尺寸。一般來說，三相異步電動機(jī)的設(shè)計可有如下兩種情況：(1)直接利用某特定的定子沖片，以提高電動機(jī)定子沖片的通用性和縮短電動機(jī)的研制周期。在此情況下，由給定的定子沖片，即可知道定子沖片內(nèi)徑，再由電動機(jī)的功率和電機(jī)常數(shù)選取電樞計算長度。

(2)在給定電動機(jī)的性能指標(biāo)，而無其他限制。此時根據(jù)預(yù)估的電磁負(fù)荷，有電動機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速可選定電動機(jī)的Di21Lef，然后憑經(jīng)驗選取一定的主要尺寸比Lef ?1，得出電機(jī)的主要尺寸。2.2.2 氣隙長度的選取及確定

氣隙?的數(shù)值基本上決定于定子內(nèi)徑、軸的直徑和軸承間的轉(zhuǎn)子長度。異步電動機(jī)的氣隙長度是影響制造成本和性能的重要設(shè)計參數(shù)，它的取值范圍很寬，選得小，可使勵磁電流降低而提高功率因數(shù)，但槽漏抗也隨之增加，使起動轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩降低。過小的氣隙也容易招致定、轉(zhuǎn)子相擦。但若選得大，則情況剛好相反。在異步電動機(jī)設(shè)計選取氣隙時，需考慮多種影響。

從電抗去磁能力考慮，較小的?對提高抗去磁能力有利，但由于制造和裝配工藝的限制，氣隙不能取的太小。與材料有關(guān)，較小時，抗去磁能力相對較差?宜取小些。極數(shù)是選取? 值需考慮的重要因數(shù)。2.2.3鐵心尺寸 鐵心的尺寸指定子鐵心外徑、內(nèi)徑、轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)徑及鐵心長。鐵芯沖片一般由相互絕緣的0.5mm厚硅鋼片沖成，沖片內(nèi)圈有均勻分布的槽，用來嵌放定子繞線。當(dāng)冷卻方式、工作制不同時，可參考下列關(guān)系選取鐵心尺寸。

自冷式（不帶內(nèi)、外風(fēng)扇）電機(jī)，當(dāng)上列其他特征與自扇冷（IC0104）產(chǎn)品的相同時，若維持相同的輸出功率，應(yīng)選比后者高2——3個功率等級的電機(jī)鐵心尺寸。

斷續(xù)運行（以S3、FC=40%工作制為代表）電機(jī)，當(dāng)上列其他特征均與連續(xù)

12電機(jī)設(shè)計論文_電動機(jī)論文

運行的相同，并維持相同的功率時，可選取比連續(xù)的低約1個功率等級的鐵心尺寸。若為工作制時，F(xiàn)C分別為15%、25%、60%，則應(yīng)分別在40%的基礎(chǔ)上乘以1.4、1.19及0.845，即為在同一鐵心下分別對應(yīng)的輸出功率。若維持功率不變，可據(jù)此近似地推算出鐵心尺寸。2.2.4定子繞組形式和節(jié)距的選擇

繞組的形式，連同其結(jié)構(gòu)參數(shù)對電機(jī)的所有電氣性能均產(chǎn)生不同程度的影響。不同的形式的繞組按照各自的特性有不同的適用范圍。

1、單層鏈?zhǔn)嚼@組

優(yōu)點：○1 槽內(nèi)無層間絕緣，槽利用率高，散熱好； ○2 同一槽內(nèi)的導(dǎo)線都屬于同一相，在槽內(nèi)不會發(fā)生相間擊穿。3 線圈總數(shù)比雙層少一半，嵌線比較方便，節(jié)約嵌線工時； ○ 缺點：○1 不易做成短距，磁勢波形比雙層繞組差； 2 電機(jī)導(dǎo)線較粗時，繞組嵌放和端部的整形比較困難； ○

圖 5 24槽 節(jié)距1—6 單層鏈?zhǔn)?/p>

通過改善磁動勢波形是使氣隙磁動勢分布接近正弦波，即其諧波含量減少了，由此帶來的效果是附加損耗，電磁噪聲減小了；T-S曲線與的形狀也改善了，即減少了附加轉(zhuǎn)矩，提高了起動過程的最小轉(zhuǎn)矩；提高繞阻系數(shù)則意味著使Bg下降，cos? 及效率都得到提高，或者保持Bg不變，適當(dāng)減少匝數(shù)，或者縮短 鐵心，即收到節(jié)銅或硅鋼片的效果。

2.3 籠型轉(zhuǎn)子的尺寸設(shè)計 2.3.1 轉(zhuǎn)子槽數(shù)選擇及定轉(zhuǎn)子槽配合問題 籠型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(jī)在選取轉(zhuǎn)子槽數(shù)時，必須與定子槽數(shù)有恰當(dāng)?shù)呐浜稀Ｈ绻浜喜划?dāng)，會使電機(jī)性能惡化。下面就槽配合對附加損耗、附加轉(zhuǎn)矩、振動與噪聲等的影響作扼要的介紹。（1）槽配合對附加損耗的影響 感應(yīng)電機(jī)的附加損耗主要由氣隙諧波磁通引起。這些諧波磁通在定轉(zhuǎn)子鐵心中產(chǎn)生高頻損耗（表面損耗和齒部脈振損耗），在籠型轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生高頻電流損耗。其中以定、轉(zhuǎn)子齒諧波的作用最為顯著。

當(dāng)定、轉(zhuǎn)子槽數(shù)相等時，定子齒諧波磁通不會在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生高頻電流損耗。當(dāng)定、轉(zhuǎn)子槽數(shù)很接近時，轉(zhuǎn)子齒中由定子齒諧波磁通引起的脈振較小，脈振損耗也就較小。同理，定子齒中由轉(zhuǎn)子齒諧波磁通引起的脈振損耗也較小。（2）槽配合對異步附加轉(zhuǎn)矩的影響

異步附加轉(zhuǎn)矩是某一極對數(shù)的定子諧波磁場與由它感應(yīng)于轉(zhuǎn)子中的電流所建立的同一極對數(shù)的諧波磁場相互作用而產(chǎn)生的。這兩個磁場之間有直接的依賴關(guān)系。定子?次諧波磁勢產(chǎn)生的異步附加轉(zhuǎn)矩最大值與基波磁勢產(chǎn)生的起動轉(zhuǎn)矩之比： Tvmax Tst 1Xm?K2vKskv???。'?2vR2KK?21sk1? 2（3）槽配合對同步附加轉(zhuǎn)矩的影響

如果定子某一個諧波磁場感應(yīng)于轉(zhuǎn)子中的電流所建立的某一諧波磁場的極對數(shù)，等于另一個定子諧波磁場的極對數(shù)，則在某一轉(zhuǎn)速下，這兩個極對數(shù)相等的定轉(zhuǎn)子磁場可以在空間上同步旋轉(zhuǎn)而相對靜止，因此它們相互作用而產(chǎn)生一個象同步電機(jī)一樣的轉(zhuǎn)矩，稱為同步附加轉(zhuǎn)矩。同步附加轉(zhuǎn)矩迭加在電動機(jī)的異步轉(zhuǎn)矩上，使電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性曲線發(fā)生畸變，影響電機(jī)的起動性能。其中，由定子齒諧波磁場和轉(zhuǎn)子齒諧波磁場所構(gòu)成的附加同步轉(zhuǎn)矩最嚴(yán)重。（4）槽配合對振動和噪聲的影響 當(dāng)槽配合符合下列條件時，定、轉(zhuǎn)子齒諧波磁場將引起電機(jī)振動和噪聲： Z1?Z1?i ? ??i?1,2,3......? Z2=Z1?2p?i? 同樣，定、轉(zhuǎn)子相帶諧波磁場與轉(zhuǎn)子一階齒諧波引起振動和噪聲的條件為： Z1?2pm1k1? ??k1?0,i?1,2,3......? Z2=2pm1k1?i?（5）感應(yīng)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子槽配合的選擇

定、轉(zhuǎn)子槽配合對感應(yīng)電機(jī)附加損耗、附加轉(zhuǎn)矩、振動和噪聲等影響很大。通常在選擇槽配合時主要考慮下列原則： 1）為了減小附加損耗，應(yīng)采取少槽近槽配合

2）為了避免在起動過程中產(chǎn)生較強(qiáng)的異步附加轉(zhuǎn)矩，應(yīng)使

z2?1.25?z1?p?。3）為了避免在起動過程中，產(chǎn)生較強(qiáng)的同步附加轉(zhuǎn)矩、振動和噪聲，應(yīng)避免采用下表1第4項所列的槽配合。表1 2.3.2 轉(zhuǎn)子槽形的選擇和槽形尺寸的確定

（1）轉(zhuǎn)子槽形 感應(yīng)電動機(jī)籠型轉(zhuǎn)子槽型種類很多。如下圖6 圖 6 感應(yīng)電動機(jī)籠型轉(zhuǎn)子常用槽型

a）、b）平行齒 c）、d）平行槽e）凸形槽f）刀型槽 g）、h)閉口槽i）雙籠轉(zhuǎn)子槽j）梯形槽（2）轉(zhuǎn)子槽形尺寸的確定

轉(zhuǎn)子槽形尺寸對電動機(jī)的一系列性能參數(shù)如：起動電流、起動轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩、起動過程中的轉(zhuǎn)矩（即T-s曲線的形狀）、轉(zhuǎn)差率、轉(zhuǎn)子銅耗、功率因數(shù)、效率和溫升等有相當(dāng)打的影響。其中起動轉(zhuǎn)矩、起動電流、最大轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)子槽型尺寸的關(guān)系最為密切。此外還要重點考慮起動性能的要求；估算轉(zhuǎn)子導(dǎo)條電流；初步給定導(dǎo)條電流密度；計算導(dǎo)條截面積；由導(dǎo)條截面積、槽形以及轉(zhuǎn)子齒、軛部磁密，確定轉(zhuǎn)子槽具體尺寸，槽口部分主要由工藝確定。（3）端環(huán)的設(shè)計

轉(zhuǎn)子端環(huán)的設(shè)計與轉(zhuǎn)子槽的設(shè)計相類似，在保證是夠起動轉(zhuǎn)力的前提下應(yīng)盡使端環(huán)原型小一點，以節(jié)約鋁材料和提高電動機(jī)的品質(zhì)因數(shù)。1）類似槽形尺寸確定

2）為利于散熱，電流密度低于導(dǎo)條電密 圖 7 端環(huán)設(shè)計尺寸圖 第3章 三相鼠籠式電動機(jī)電磁設(shè)計與方案調(diào)整 本章詳細(xì)闡述Y90S—4 0.75 kW異步電動機(jī)的設(shè)計，該電機(jī)為一般用途的鼠籠式全封閉自扇冷式三相異步電動機(jī)，定子繞組為銅線，絕緣等級為B級，其基本結(jié)構(gòu)防護(hù)要求達(dá)到國家電工委員會外殼防護(hù)等級IP44的要求。滿足國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，向某些國際表準(zhǔn)及某些發(fā)達(dá)國家標(biāo)準(zhǔn)靠攏，貫徹―三化‖——標(biāo)準(zhǔn)化、系列化及通用化的要求。3.1鼠籠式電動機(jī)電磁方案的設(shè)計

一、額定數(shù)據(jù)及主要尺寸 1．輸出功率P2 P2=0.75kW 2．外施相電壓U1 U1=220V 3．功電流IKW I? P2?1030.75?103 KW m=1?U1 3?220=1.1363636A 4．效率?? ??=0.77 5．功率因數(shù)cos?? cos??=0.763 6．極數(shù)p p=4 7．定子槽數(shù)Q1 Q1=24 轉(zhuǎn)子槽數(shù)Q2 Q2=22 8．定子每極槽數(shù) QP1? Q1p=24 4=6 轉(zhuǎn)子每極槽數(shù) QQ222P2? p=4 =5.5 9．定、轉(zhuǎn)子沖片尺寸見右圖8，圖9 單位（mm）圖 8 定子沖片尺寸 P2=0.75 kW U1=220 V IKW=1.13636A ??=0.77 cos??=0.763 p=4 Q1=24 Q2=22 QP1=6 QP2=5.5 圖 9 轉(zhuǎn)子尺寸

12電機(jī)設(shè)計論文_電動機(jī)論文 10．極距?P ?P? ??Di1= ??75 p 4 =58.9049 11．定子齒距t1 t1??75 1? ??DiQ= =9.8175 1 24 12．轉(zhuǎn)子齒距t2 t??D22? = ??74.5 Q2 22 =10.6385 13．節(jié)距y y=5 14．轉(zhuǎn)子斜槽寬bSK bSK=9.8175 15．每槽導(dǎo)體數(shù)16．每相串聯(lián)導(dǎo)體數(shù) ZQ1?Z1Z?1? ?1 m=24?103

Z1 Z1=103 1?a1 3?1=824 式中：

a1=1 17．繞組線規(guī)（估算）式中： 導(dǎo)線并繞根數(shù)·截面積 N?? I?1 1?S1? N?? 1?S1（mm22）a 1??1 = 1.9342 1?6.19 =0.3125 定子電流初步估算值 I? IKW1.1363636 I/1?1 ???cos??=0.77?0.763=1.9342 定子電流密度?? 1 ??? 21查表得?1=6.19A/MM 18．槽滿率（1）槽面積 2R?bS1??? ?R2 SS?2hS?h?2 =2?3.9?5.7??3.92?2 8.6?2??2 =70.2023mm2 18 ?P=58.9049 mm t1=9.8175mm t2=10.6385mm y=5 bSK=9.8175mm Z1=103 Z?1=824 a1=1 N??S? 11=0.3125 ?? 1=6.19 A/mm2 SS=70.2023mm2（2）槽絕緣占面積（3）槽有效面積（4）槽滿率

絕緣厚度Ci 導(dǎo)體絕緣后外 槽契厚度h 19．鐵心長l 鐵心有效長 凈鐵心長lFe 鐵心壓裝系數(shù)KFe 20．繞組系數(shù)（1）分布系數(shù) 式中： S? i?Ci???2hS??R??? =0.25（2*8.6+?*3.9）=7.5845 mm2 Se?SS?S =70.2023-7.5845=62.6178 mm2 SN1?Z1?d21*103*0.f? S=69 =0.7831 e 62.6178Ci=0.25 mm d=0.69 h=2 無徑向通風(fēng)道leff?l?2g =80+0.25*2 =80.5 無徑向通風(fēng)道lFe?KFe?l =0.95*80=76 KFe?0.95 Kdp1?Kd1?Kp1 =0.9659265*1=0.965926 sinq? ?30?1?sin??2?Kd1 ? ?2?=?2?q30 1?sin 2 2?sin2=0.965926 q1? Q124 mp= 3*4 ?2 1???p?Q=30 1 19 S2i=7.5845 mm Se=62.6178 mm2 Sf=0.7831 Ci=0.25mm d=0.69mm h=2mm leff=80.5mm lFe=76mm KFe?0.95 Kdp1=0.965926 Kd1=0.965926 q1=2 ??30（2）短距系數(shù) Kp1?sin???90?? =1 式中： ?? y5 Q=?0.8333 p16 21．每相有效串聯(lián)導(dǎo)體Z?1?Kdp1?Z?1?Kdp1 數(shù) =824*0.965926 =796

二、磁路計算 22．每極磁通 ?? E1?108 2.22f?Z ?1?Kdp1 ?194.596*1082.22*50*796 =220261.7 式中： E?? 1???1??L??? U1 ??1?0.115475 ?*220=194.6 23．齒部截面積（1）定子 ST1?bT1?lFe?QP1 =4.7569*76*6 =2169.16（2）轉(zhuǎn)子 ST2?bT2?lFe?QP2 =4.99495*76*5.5 =2068.89 24．軛部截面積（1）定子 S? C1?hC1?lFe =10.2667*76 =780.2667 mm2 式中：定子軛部磁路計? ?D1?Di11 算高度h? hC1 C1 2?hS?3 R 圓底槽 ? 120?752?13.5?1 3 *3.8 ?10.266720 Kp1?1 ??0.83333 Z?1?Kdp1=796 ?=220261.7 E1=194.6 V ST1=2169.16 ST2=2068.89 SC1=780.2667 h? C1? 10.2667 mm（2）轉(zhuǎn)子

式中：轉(zhuǎn)子軛部磁路計? SC2?hC2?lFe =11.75*76 Sc2=893 算高度h? C2平底槽

25．空氣隙面積26．波幅系數(shù)

27．定子齒磁密28．轉(zhuǎn)子齒磁密29．定子軛磁密30．轉(zhuǎn)子軛磁密31．空氣隙磁密=893 mm2 h? ?D2?Di2C2 2?h?2R3 dK2 74.5?26 ? 2 ?12.5 ?11.75mm Sg??p?leff =58.9049*80.5 =4747.84mm2 F最大? S?平均? =1.455 B? T1?FSS T1 ?1.455* 220261.7 2169.16 =14774.4 GS B? T2?FSS T2 ?1.455* 220261.7 2068.89 =15490.4 GS BC1?12??S C1 ? 12*220261.7780.2667 =14114.5 GS B1?C2?2?S C2 ? 1220261.72*893 =12332.7 GS B? g?FS S g 21 S?=4747.84 FS=1.455 BT1=14774.4 GS BT2=15490.4 GSBC1=14114.5 GS BC2=12332.7 GSBg=6758.6 GS ?1.455* 32．查附錄Vl得 220261.7 =6758.6 GS 4741.8 atT1=17.8 atT2=26.7 atC1=13.2 atC2=7.22 33．齒部磁路計算長度 定子: 半開口平底槽 轉(zhuǎn)子:平底槽 =9.2+ ? hT1?hS1?hS2 'hT1=10.4667mm 1 *3.8=10.4667 mm 3 'hT2=12 mm ? hT2?hR1?hR2=12 mm 34．軛部磁路計算長 定子: ? lC1?? ? ???D1?hC1?? 轉(zhuǎn)子: 2p ??120?10.2667?? 8 ?43.0922mm ? ???Di2?hC2? lC2? 2p ??26?11.75?? 8 ?14.8244mmge?g?KC1?KC2 ? 'lC1=43.0922 mm 'lC2=14.8244 mm 35．有效氣隙長度 式中： 定、轉(zhuǎn)子卡氏系數(shù)KC1、KC2 半閉口槽和半開口槽 ge=0.33509 =0.25 * 1.05 * 1.3404 =0.33509 KC? t?4.4g?0.75bo?t4.4g?0.75bo?bo 2 KC=1.3404 即KC?KC1*KC2 式中： 齒距為 t KC1? ?4.4*0.25?0.75*2.5?9.8175 4.4*0.25?0.75*2.5?2.529.8175 KC1=1.2722 =1.2722 22 12電機(jī)設(shè)計論文_電動機(jī)論文 槽口寬bo K10.2667 C2? ?4.4*0.25?0.75*1? 10.2667 4.4*0.25?0.75*1?12 =1.0535 36．齒部所需安匝 定子: AT?at? T1T1?hT1 =17.8×1.04667=18.6307 mm2 轉(zhuǎn)子: AT? T2?atT2?hT2 =26.7×1.2=32.04 mm2 37．軛部所需安匝 定子 ATC? C1?1?atC1?lC1 =0.353×13.2×4.30922 =20.0792 mm2 軛部磁路長度校正系C1=0.353 數(shù)C1 轉(zhuǎn)子 AT?

第五篇：電機(jī)拖動論文

電機(jī)與拖動論文

班級：班班班班班班班班班班

姓名：某某某

學(xué)號：000000000000

異步電機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展

電能是國民經(jīng)濟(jì)中應(yīng)用最廣泛的能源，而電能的生產(chǎn)、傳輸、分配和使用等各個環(huán)節(jié)都依賴于各種各樣的電機(jī)。電力拖動是國民經(jīng)濟(jì)各部門中采用最多最普遍的拖動方式，是生產(chǎn)過程電氣化、自動化的重要前提。由此可見，電機(jī)及電力拖動在國名經(jīng)濟(jì)中起著極其重要的作用。

電機(jī)的分類

1、按工作電源分類 根據(jù)電動機(jī)工作電源的不同，可分為直流電動機(jī)和交流電動機(jī)。其中交流電動機(jī)還分為單相電動機(jī)和三相電動機(jī)。

2、按結(jié)構(gòu)及工作原理分類 電動機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為異步電動機(jī)和同步電動機(jī)。同步電動機(jī)還可分為永磁同步電動機(jī)、磁阻同步電動機(jī)和磁滯同電動機(jī)。異步電動機(jī)可分為感應(yīng)電動機(jī)和交流換向器電動機(jī)。感應(yīng)電動機(jī)又分為三相異步電動機(jī)、單相異步電動機(jī)和罩極異步電動機(jī)。交流換向器電動機(jī)又分為單相串勵電動機(jī)、交直流兩用電動機(jī)和推斥電動機(jī)。直流電動機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為無刷直流電動機(jī)和有刷直流電動機(jī)。有刷直流電動機(jī)可分為永磁直流電動機(jī)和電磁直流電動機(jī)。電磁直流電動機(jī)又分為串勵直流電動機(jī)、并勵直流電動機(jī)、他勵直流電動機(jī)和復(fù)勵直流電動機(jī)。永磁直流電動機(jī)又分為稀土永磁直流電動機(jī)、鐵氧體永磁直流電動機(jī)和鋁鎳鈷永磁直流電動機(jī)。

3、按起動與運行方式分類 電動機(jī)按起動與運行方式可分為電容起動式電動機(jī)、電容盍式電動機(jī)、電容起動運轉(zhuǎn)式電動機(jī)和分相式電動機(jī)。

4、按用途分類 電動機(jī)按用途可分為驅(qū)動用電動機(jī)和控制用電動機(jī)。驅(qū)動用電動機(jī)又分為電動工具（包括鉆孔、拋光、磨光、開槽、切割、擴(kuò)孔等用電動機(jī)）、家電（包括洗衣機(jī)、電風(fēng)扇、電冰箱、空調(diào)器、錄音機(jī)、錄像機(jī)、影碟機(jī)、吸塵器、照相機(jī)、電吹風(fēng)、電動剃須刀等用電動機(jī)）及其它通用小型機(jī)械設(shè)備（包括各種小型機(jī)床、小型機(jī)械、醫(yī)療器械、電子儀器等用電動機(jī)）。控制用電動機(jī)又分為步進(jìn)電動機(jī)和伺服電動機(jī)等。

5、按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)分類 電動機(jī)按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)可分為籠型感應(yīng)電動機(jī)（舊標(biāo)準(zhǔn)稱為鼠籠型異步電動機(jī)）和繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)（舊標(biāo)準(zhǔn)稱為繞線型異步電動機(jī)）。

6、按運轉(zhuǎn)速度分類 電動機(jī)按運轉(zhuǎn)速度可分為高速電動機(jī)、低速電動機(jī)、恒速電動機(jī)、調(diào)速電動機(jī)。低速電動機(jī)又分為齒輪減速電動機(jī)、電磁減速電動機(jī)、力矩電動機(jī)和爪極同步電動機(jī)等。調(diào)速電動機(jī)除可分為有級恒速電動機(jī)、無級恒速電動機(jī)、有級變速電動機(jī)和無極變速電動機(jī)外還可分為電磁調(diào)速電動機(jī)、直流調(diào)速電動機(jī)、PWM變頻調(diào)速電動機(jī)和開關(guān)磁阻。

電動機(jī)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

電動機(jī)是一種實現(xiàn)機(jī)、電能量轉(zhuǎn)換的電磁裝置。它是隨著生產(chǎn)力的發(fā)展，反過來，電動機(jī)的發(fā)展也促進(jìn)了社會生產(chǎn)力的不斷提高。從19世紀(jì)末期起，電動機(jī)就逐漸代替蒸汽機(jī)作為拖動生產(chǎn)機(jī)械的原動機(jī)一個多世紀(jì)以來，雖然電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)變化不大，但是電動機(jī)的類型增加了許多，在運行性能、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等方面也都有了很大的改進(jìn)和提高。而且隨著自動控制系統(tǒng)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展在一般旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的理論基礎(chǔ)上又發(fā)展出許多種類的控制電動機(jī)。控制電動機(jī)具有高可靠性、好精確度、快速響應(yīng)的特點，已成為電動機(jī)學(xué)科的一個獨立分支。

電動機(jī)的功能是將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。它可以作為拖動各種生產(chǎn)機(jī)械的動力，是國民經(jīng)濟(jì)各部門應(yīng)用最多的動力機(jī)械。

在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過程中，為了實現(xiàn)各種生產(chǎn)工藝過程，需要各種各樣的生產(chǎn)機(jī)械。拖動各種生產(chǎn)機(jī)械運轉(zhuǎn)，可以采用氣動、液壓傳動和電力拖動。由于電力拖動具有控制簡單、調(diào)節(jié)性能好、耗損小、經(jīng)濟(jì)、能實現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制和自動控制等一系列優(yōu)點，因此大多數(shù)生產(chǎn)機(jī)械都采用電力拖動。按照電動機(jī)的種類不同，電力拖動系統(tǒng)分為直流電力拖動系統(tǒng)和交流電力拖動系統(tǒng)兩大類。

縱觀電力拖動的發(fā)展過程，交、直流兩種拖動方式并存于各個生產(chǎn)領(lǐng)域。在交流電出現(xiàn)以前，直流電力拖動是唯一的一種電力拖動方式。19世紀(jì)末期，由于研制出了經(jīng)濟(jì)實用的交流電動機(jī)，致使交流電力拖動在工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。但隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，特別是精密機(jī)械加工與冶金工業(yè)生產(chǎn)過程的進(jìn)步，對電力拖動在起動、制動、正反轉(zhuǎn)以及調(diào)速精度與范圍等靜態(tài)特性和動態(tài)響應(yīng)方面提出了新的更高的要求。由于交流電力拖動比直流電力拖動在技術(shù)上難以實現(xiàn)這些要求，所以20世紀(jì)以來在可逆、可調(diào)速與高精度的拖動技術(shù)領(lǐng)域中，相當(dāng)時期內(nèi)幾乎都是采用直流電力拖動。而交流電力拖動則主要用于恒轉(zhuǎn)速系統(tǒng)。

雖然直流電動機(jī)具有調(diào)速性能優(yōu)異這一突出特點但是由于它具有電刷與換向器（又稱整流子），使得他的故障率較高，電動機(jī)的使用環(huán)境也受到了限制，如不能在有易爆氣體及塵埃多的場合使用，其電壓等級、額定轉(zhuǎn)速、單機(jī)容量的發(fā)展也受到了限制。所以在20世紀(jì)60年代以后，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展調(diào)速電動機(jī)。半導(dǎo)體交流技術(shù)的交流技術(shù)的交流調(diào)速系統(tǒng)得以實現(xiàn)。尤其是70年代以來大規(guī)模集成電路和計算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，為交流電力拖動的廣泛應(yīng)用創(chuàng)造了有利條件。諸如交流電動機(jī)的串級調(diào)速、各種類型的變頻調(diào)速、無換向器電動機(jī)調(diào)速等使得交流電力拖動逐步具備了調(diào)速范圍寬、穩(wěn)態(tài)精度高、動態(tài)響應(yīng)快以及在四象限做可逆運行等良好的技術(shù)性能，在調(diào)速性能方面完全可與直流電力拖動媲美。除此之外，由于交流電力拖動具有調(diào)速性能優(yōu)良、維修費用低等優(yōu)點，將廣泛應(yīng)用于各個工業(yè)電氣自動化領(lǐng)域中，并逐步取代直流電力拖動而成為電力拖動的主流。

異步電機(jī)的發(fā)展

異步電機(jī)是一種交流電機(jī)，也叫感應(yīng)電機(jī)，主要作電動機(jī)使用。異步電動機(jī)廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，例如機(jī)床、水泵、冶金、礦山設(shè)備與輕工業(yè)機(jī)械等都用它作為原動機(jī)，其容量從幾千瓦到幾千千瓦。日益普及的家用電器，例如在洗衣機(jī)、風(fēng)扇、電冰箱、空調(diào)器中采用單向異步電動機(jī)，其容量從幾瓦到幾千瓦。在航天、計算機(jī)等高科技領(lǐng)域控制電機(jī)得到廣泛應(yīng)用。異步電機(jī)也可以作為發(fā)電機(jī)使用，例如小水電站、風(fēng)力發(fā)電機(jī)也可采用異步電機(jī)。

異步電機(jī)之所以得到廣泛應(yīng)用。主要由于它有如下優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、制造容易、價格低廉、堅固耐用，而且有較高的效率和相當(dāng)好的工作特性。異步電機(jī)主要的缺點是目前尚不能經(jīng)濟(jì)的在較大范圍內(nèi)平滑調(diào)速以及它必須從電網(wǎng)吸收滯后的無功功率。雖然異步電機(jī)的交流調(diào)速已有長足進(jìn)展，但成本較高，尚不能廣泛使用。在電網(wǎng)負(fù)載中，異步電機(jī)所占比重較大，這個滯后的無功功率對電網(wǎng)是一個相當(dāng)重的負(fù)擔(dān)。它增加了線路損耗、妨礙了有功功率的輸出。當(dāng)負(fù)載要求電動機(jī)容量較大而電網(wǎng)功率因數(shù)又較低的情況下，最好采用同步電動機(jī)來拖動。

異步發(fā)電機(jī)的發(fā)展對發(fā)電機(jī)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生了較大的沖擊力。主電容器是用來使發(fā)電機(jī)建立空載電壓的電容器。一般是將它們聯(lián)結(jié)成一組，并接于發(fā)電機(jī)出線端。附加電容器要根據(jù)實際負(fù)荷的大小進(jìn)行投，所以它們必需分成若干組分別接入電路。附加電容器是用來使發(fā)電機(jī)由空載至滿載，維持發(fā)電機(jī)額定電壓不變的電容器。

2013年我國異步發(fā)電機(jī)行業(yè)面對新的發(fā)展形勢，因為新進(jìn)入企業(yè)不斷增多、上游原材料價格持續(xù)上漲、發(fā)電機(jī)租賃行業(yè)發(fā)展的也相當(dāng)不錯。導(dǎo)致行業(yè)利潤降低，因此我國異步發(fā)電機(jī)行業(yè)市場競爭也日趨激烈。必需并聯(lián)恰當(dāng)數(shù)值的勵磁電容。固然受金融危機(jī)影響使得異步發(fā)電機(jī)行業(yè)近兩年發(fā)展速度略有減緩。但跟著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及國際金融危機(jī)的逐漸消退，我國異步發(fā)電機(jī)行業(yè)重新迎來良好的發(fā)展機(jī)遇。異步發(fā)電機(jī)在水輪機(jī)的驅(qū)動下，當(dāng)其轉(zhuǎn)速達(dá)到額定值時，利用其剩磁建立微小的剩磁電壓。

異步電念頭加上適量的電容器，便成為一臺異步發(fā)電機(jī)，也就是將所需要的電容器。并接在異步電念頭定子出線端即可。對于感性負(fù)荷則應(yīng)將其附加，電容器并接在負(fù)荷之上，隨負(fù)荷的投入而投入。面臨這一現(xiàn)狀，異步發(fā)電機(jī)行業(yè)業(yè)內(nèi)企業(yè)要積極應(yīng)對，注重培養(yǎng)立異能力，不斷進(jìn)步自身出產(chǎn)技術(shù)，加強(qiáng)企業(yè)競爭上風(fēng)。于此同時異步發(fā)電機(jī)行業(yè)內(nèi)企業(yè)還應(yīng)全面掌握該行業(yè)的市場運行態(tài)勢，不斷學(xué)習(xí)該行業(yè)最新出產(chǎn)技術(shù)，了解該行業(yè)國家政策法規(guī)走向，把握同行業(yè)競爭對手的發(fā)展動態(tài)。只有如斯才能使企業(yè)充分了解該行業(yè)的發(fā)展動態(tài)及自身在行業(yè)中所處地位，并制定準(zhǔn)確的發(fā)展策略以使企業(yè)在殘酷的市場競爭中取得領(lǐng)先上風(fēng)。

空載勵磁和負(fù)載并聯(lián)電容量的選擇。準(zhǔn)確選擇空載勵磁并聯(lián)電容量很重要，假如電容量選擇過大則造成空載電壓太高，可能損壞設(shè)備，選得過小，空載電壓又太低，選擇空載勵磁電容應(yīng)使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電壓不超過銘牌劃定的額定電壓。自勵式異步電機(jī)的選擇和發(fā)電所要具備的前提，為了同時知足動力及照明負(fù)荷的用電，通常應(yīng)選擇“Y”型接法的異步電念頭，以便于引出中性線。電念頭轉(zhuǎn)速的選擇應(yīng)略低于原念頭轉(zhuǎn)速，原念頭轉(zhuǎn)速一般比電念頭同期轉(zhuǎn)速高出5%～10%左右為宜。

在農(nóng)村將異步電念頭改為發(fā)電機(jī)的經(jīng)驗如下：發(fā)電機(jī)的勵磁方式，發(fā)電機(jī)勵磁方式有兩種，一種叫他勵方式，這種方式是電網(wǎng)供應(yīng)勵磁電流來建立磁場。為了降低造價，應(yīng)選擇容量在15kW以內(nèi)，電壓為 380/220V的異步電念頭為宜。該剩磁電壓加在接于定子出線真?zhèn)€電容器上，產(chǎn)生一個容性電流，該電流便成為發(fā)電機(jī)的勵磁電流。電念頭轉(zhuǎn)子上必需有一定的剩磁。