高转速比异步变频电机电磁设计
三相异步电机matlab电磁设计、温度场分析与ansoft磁场仿真学习资料

高温异步电机设计与性能分析High Temperature Induction Motor Design and PerformanceAnalysis学院:电气工程学院专业班级:学号:学生姓名:指导教师:(教授)2012年 6 月摘要Abstract目录摘要 (I)Abstract ............................................................................................................................ I I 目录 (I)第1章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 课题背景及意义 (1)1.2.1课题研究背景、目的及意义 (1)1.2.2课题国内外研究现状及趋势 (4)第2章三相单鼠笼异步电动机电磁计算 (6)2.1 额定数据及主要尺寸 (6)2.1.1参数的选择 (6)2.1.2电机的主要尺寸 (7)2.1.3定子绕组的计算 (9)2.1.4定子槽型的计算 (10)2.1.5转子绕组的计算 (11)2.2 磁路计算 (13)2.3 参数计算 (18)2.3.1线圈长度计算 (18)2.3.2电机定子绕组漏抗计算 (19)2.3.3电机转子绕组漏抗的计算 (21)2.3.4有效材料的计算 (22)2.3.5空载特性 (24)2.4 工作性能计算 (26)2.4.1电负荷计算 (26)2.4.2电机损耗计算 (27)2.4.3主要性能计算确定 (29)2.5 起动性能计算 (30)2.5.1起动时定子参数 (30)2.5.2起动时转子参数 (31)2.5.3起动参数的确定 (33)2.6 MATLAB语言结构 (34)第3章异步电机通过matlab的温度场分析 (35)3.1 matlab在电机设计和仿真中的应用 (35)3.2温度对异步电机的性能影响 (36)3.2.1. 温升 (36)3.2.2 发热 (37)3.2.3 环境温度对电动机的影响 (38)3.3 异步电动机温度场特性仿真结果 (38)第4章异步电机的ansoft仿真 (40)4.1. ansoft maxwell的介绍 (40)4.1.1 三维静电场分析(3D Electrostatic Field) (40)4.1.2 三维直流磁场分析(3D DC Magnetic) (40)4.1.3 涡流场分析(Eddy Current Field) (40)4.1.4 瞬态场(Transient Field) (40)4.2 Maxwell 仿真一般步骤 (40)4.3 Maxwell的仿真结果与分析 (41)4.3.1建立电机模型 (41)4.3.2 Rmxprt导入至Maxwenll 2D有限元模块 (42)4.4本章小结 (43)第5章结论 (44)参考文献 (45)致谢 (48)附录 (49)5.1 附录1 (49)5.2 附录2 (61)第1章绪论1.1 引言随着四个现代化的发展,工业生产的自动化程度提高,还需要大量各种各样具有高性能的控制电机作为自动化系统的控制元件或执行元件。
(完整版)异步电动机变频调速系统..

《自动控制元件及线路》课程实习报告异步电动机变频调速系统1.4.1 系统原理框图及各部分简介本文设计的交直交变频器由以下几部分组成,如图1.1所示。
图1.1 系统原理框图系统各组成部分简介:供电电源:电源部分因变频器输出功率的大小不同而异,小功率的多用单相220V,中大功率的采用三相380V电源。
因为本设计中采用中等容量的电动机,所以采用三相380V电源。
整流电路:整流部分将交流电变为脉动的直流电,必须加以滤波。
在本设计中采用三相不可控整流。
它可以使电网的功率因数接近1。
滤波电路:因在本设计中采用电压型变频器,所以采用电容滤波,中间的电容除了起滤波作用外,还在整流电路与逆变电路间起到去耦作用,消除干扰。
逆变电路:逆变部分将直流电逆变成我们需要的交流电。
在设计中采用三相桥逆变,开关器件选用全控型开关管IGBT。
电流电压检测:一般在中间直流端采集信号,作为过压,欠压,过流保护信号。
控制电路:采用8051单片机和SPWM波生成芯片SA4828,控制电路的主要功能是接受各种设定信息和指令,根据这些指令和设定信息形成驱动逆变器工作的信号。
这些信号经过光电隔离后去驱动开关管的关断。
1.4.2 变频器主电路方案的选定变频器最早的形式是用旋转发电机组作为可变频率电源,供给交流电动机。
随着电力半导体器件的发展,静止式的变频电源成为了变频器的主要形式。
静止式变频器从变换环节分为两大类:交-直-交变频器和交-交变频器。
1.交-交型变频器:它的功能是把一种频率的交流电直接变换成另一种频率可调电压的交流电(转换前后的相数相同),又称直接式变频器。
由于中间不经过直流环节,不需换流,故效率很高。
因而多用于低速大功率系统中,如回转窑、轧钢机等。
但这种控制方式决定了最高输出频率只能达到电源频率的1/3~1/2,所以不能高速运行。
2.交-直-交型变频器:交-直-交变频器是先把工频交流通过整流器变成直流,然后再直流变换成频率电压可调的交流,又称间接变频器,交-直-交变频器是目前广泛应用的通用变频器。
电磁调速电机与变频电机能耗_概述及解释说明

电磁调速电机与变频电机能耗概述及解释说明1. 引言1.1 概述本篇文章将重点探讨电磁调速电机与变频电机的能耗问题。
电磁调速电机和变频电机作为常见的传动设备,广泛应用于各个行业领域。
它们在工作原理、系统组成和能效方面存在一定差异,对能源消耗产生了不同程度的影响。
因此,通过比较和分析两者的能耗情况,有助于我们更好地理解它们的性能特点,并且为今后的工程应用提供指导和改进建议。
1.2 文章结构本文分为五个主要部分进行阐述。
首先是引言部分,介绍文章的背景、目的和结构安排。
其次是第二部分,将对电磁调速电机和变频电机进行概述,包括它们的基本原理、工作方式及应用范围等。
之后,在第三部分中,我们将进行能耗对比分析,具体比较两种类型电机在不同负载条件下的能源消耗情况,并探究其中产生差异的原因。
然后,在第四部分中解释说明了两种电机工作原理、系统组成以及如何通过一些措施来提高能效。
最后,我们给出了文章的结论,总结了主要观点和发现,并对今后研究提供了一些建议。
1.3 目的本篇文章的目的在于探讨电磁调速电机与变频电机在能耗方面的差异,并解释其工作原理及系统组成。
通过此文,读者可以清楚了解两种电机的特点和性能表现,以便针对具体应用情景选择更为适合的驱动方式。
同时,借鉴能效改进措施的说明,有助于节约能源、降低生产成本,并推动环保型社会建设。
以上是引言部分内容撰写,请问是否还需要其他相关内容补充?2. 电磁调速电机与变频电机:2.1 电磁调速电机概述:电磁调速电机,也称为感应耦合调速异步电机,是一种常见的交流调速驱动设备。
它通过改变励磁状态的方式来实现转速的调节。
具体而言,当需要减小转速时,通过减小定子线圈中的电流来降低转子上感应出的转矩;而当需要增大转速时,则通过增加定子线圈中的电流来提高输出转矩。
2.2 变频电机概述:变频电机使用变频器作为驱动控制设备,可根据需要改变输出功率和供给频率以实现转速的调节。
它将直流或固定频率交流输入信号转换为可以任意调整幅值和频率的交流输出信号。
异步电动机变压变频调速原理和按稳态模型控制的转差功率不变调速系统

19
将式 (313) 对 s求导,令 dTe/ds=0,可得恒 Es/ω1 控制特性在最大转矩时 的临界转差率为
最大转矩为
sm
=
R′r
ω1(Lls+L′lr)
(316)
( ) 3
Temax=2pn
Es ω1
21 Lls+L′lr
(317)
值得注意的是,在式 (317) 中,当频率变化时,按恒 Es/ω1控制的 Temax值恒 定不变,再与式 (311) 相比可见,恒 Es/ω1控制的最大转矩大于恒 Us/ω1控制时 的最大转矩,可见恒 Es/ω1控制的稳态性能是优于恒 Us/ω1控制的。
分母中的 R′r2项,则
( ) Te≈3pn
Es ω1
2
sω1(LRls′r+L′lr)2∝
1 s
(315)
这又是一段双曲线。s值为上述两段的中间值时,
机械特性在直线和双曲线之间逐渐过渡,整条特
性与恒压频比特性相似,图 36中给出了不同控
制方式时的机械特性。其 中,特 性 曲 线 1是 恒
Us/ω1控制特性,特性曲线 2是恒 Es/ω1 控制特 性。
带负载时,转速降落 Δn为
n1
=60f1 =60ω1 pn 2πpn
(11)
60 Δn=sn1 =2πpnsω1 在式 (37) 所示的机械特性近似直线段上,可以导出
(39)
( ) sω1≈3pRn′rωUTe1s 2
(310)
由此可见,当 Us/ω1为恒值时,对于同一转矩 Te值,sω1 基本不变,因而 Δn
R′r2 +s2ω2 1(Lls+L′lr)2
(313)
这就是恒 Es/ω1或恒 Φsm控制时的机械特性方程式。 利用与前述相似的分析方法,当 s很小时,可忽略式 (313)分母中含 s项,则
变频调速的控制方式

4)直接转矩控制(DTC控制) 直接转矩控制是 把电动机和逆变器看成一个整体,采用空间电压矢 量分析方法在定子坐标系进行磁通、转矩计算,通 过跟踪型 PWM 逆变器的开关状态直接控制转矩。因 此,无需对定子电流进行解耦,免去矢量变换的复
杂计算,控制结构简单。该技术在很大程度上弥补 了矢量控制的不足,并以新颖的控制思想,简洁明 了的系统结构,优良的动静态性能得到了迅速发展。 目前,该技术已成功地应用在电力机车牵引的大功 率交流传动上。
直接转矩控制它以测量电动机电流和直流电压 作为自适应电动机模型的输入。该模型每隔25 μs 产生一组精确的转矩和磁通实际值,转矩比较器和 磁通比较器将转矩和磁通的实际值与转矩和磁通的 给定值进行比较获得最佳开关位置。由此可以看出 它是通过对转矩和磁通的测量,即刻调整逆变电路 的开关状态,进而调整电动机的转矩和磁通,以达 到精确控制的目的。
7)其他非智能控制方式 在实际应用中,还有 一些非智能控制方式在变频电源的控制中得以实现, 例如自适应控制、滑模变结构控制、差频控制、环 流控制、频率控制等。
2.智能控制方式 1)神经网络控制 神经网络控制方式应用在变 频电源的控制中,一般是用于比较复杂的系统控制, 这时对于系统的模型了解甚少,因此神经网络既要 完成系统辨识的功能,又要进行控制。而且神经网 络控制方式可以同时控制多个变频电源,因此神经 网络在多个变频电源级联时进行控制比较适合。但 是神经网络的层数太多或者算法过于复杂都会在具 体应用中带来不少实际困难。
异步电动机节能原理与技术

异步电动机节能原理与技术异步电动机是目前广泛应用于工业生产中的一种电动机。
它主要由转子和定子两部分组成。
通过变化电磁场的方式使得转子在定子的作用下产生转动,从而实现对机械动力能量的转换。
但是,传统的异步电动机存在着能源浪费的问题。
为解决这个问题,目前存在着各种异步电动机节能的原理和技术。
本文将分步骤阐述异步电动机节能原理与技术。
步骤1:优化设计减少损失异步电动机的优化设计可以有效减少损失。
优化设计包括轴承、机壳、转子的减震等。
轴承设计时可以采用具有低摩擦和低噪声特点的高质量轴承。
机壳的墙壁厚度和结构形式也可以进行优化设计。
同时,转子也可以采用具有良好导热和导电性能的材料制成,从而实现传热均衡,减少能量损失。
步骤2:变频技术变频技术也是减少异步电动机能源浪费的一种有效方式。
变频技术可以确保电机运行在最佳效率点上,降低电机的损失并提高电机效率。
通过调整变频器的频率可以控制电机运行速度,同时呈现出更节能的特点。
步骤3:轴承优化通过轴承的优化,可以降低电机的摩擦损失和振动噪声。
采用复合轴承、磁悬浮轴承、空气导向轴承等可以减少电机滑动摩擦损失,降低能耗和噪声。
步骤4:高效电机高效电机是一种以效率为主要考虑因素的电机。
与传统电机相比,高效电机能大量降低转化能量的损失。
高效电机采用优质材料和先进技术制造,设有高效空气导流和高品质绝缘材料等。
取得优异的节能效果。
步骤5:LED灯变频技术利用LED灯的变频技术,可以在控制设备的电源电压变化时,改变LED 灯电流,进而改变异步电机的工作效率。
这种技术能够产生高效率的能量,大幅度降低运行成本,减少空气污染,提高环境的电气安全性。
综上所述,异步电动机的节能原理与技术是多种多样的。
经过技术创新和不断优化,可以大幅度降低能源浪费,实现环境保护和经济效益的最大化。
我们应该研发优质的节能技术,推广和宣传应用,让社会既享受到生产带来的经济效益,又能够为环保和可持续发展贡献一份力量。
变频调速电机的选型

变频调速电机的选型变频调速电机一般均选择4级电机,基频工作点设计在50Hz,频率0-50Hz(转速0-1480r/min)范围内电机作恒转矩运行,频率50-100Hz(转速1480-2800r/min)范围内电机作恒功率运行,整个调速范围为(0-2800r/min),基本满足一般驱动设备的要求,其工作特性与直流调速电机相同,调速平滑稳定。
如果在恒转矩调速范围内要提高输出转矩,也可以选择6级或8级电机,但电机的体积相对要大一点。
由于变频调速电机的电磁设计运用了灵活的CAD 设计软件,电机的基频设计点可以随时进行调整,我们可以在计算机上精确的模拟电机在各基频点上的工作特性,由此也就扩大了电机的恒转矩调速范围,根据电机的实际使用工况,我们可以在同一个机座号内把电机的功率做的更大,也可以在使用同一台变频器的基础上将电机的输出转矩提的更高,以满足在各种工况条件下将电机的设计制造在最佳状态。
变频调速电机可以另外选配附加的转速编码器,可实现高精度转速、位置控制、快速动态特性响应的优点。
也可配以电机专用的直流(或交流)制动器以实现电机快速、有效、安全、可靠的制动性能。
由于变频调速电机的基频可调性设计,我们也可以制造出各种高速电机,在高速运行时保持恒转矩的特性,在一定程度上替代了原来的中频电机,而且价格低廉。
变频调速电机为三相交流同步或异步电动机,根据变频器的输出电源有三相380V或三相220V,所以电机电源也有三相380V或三相220V的不同区别,一般4KW以下的变频器才有三相220V可,由于变频电机是以电机的基频点(或拐点)来划分不同的恒功率调速区和恒转矩调速区的,所以变频器基频点和变频电机基频点的设置都非常重要。
同步变频与异步变频调速电机的区别异步变频调速电机是由普通异步电机派生而来,由于要适应变频器输出电源的特性,电机在转子槽型,绝缘工艺,电磁设计校核等作了很大的改动,特别是电机的通风散热,它在一般情况下附加了一个独立式强迫冷却风机,以适应电机在低速运行时的高效散热和降低电机在高速运行时的风摩耗。
YVF315~630系列高压变频调速三相异步电动机

YVF315~630系列高压变频调速三相异步电动机刘彦华;乔建伟;吴宣东【摘要】设计开发了新一代YVF315~630系列高压变频调速三相异步电动机,产品具有系统节能、低振动、低噪声、外形小、重量轻、型谱广、功率密度高、节能环保等特点.特别对变频调速系统节能、基本数据、高效设计、绝缘结构设计、强迫通风内外风路设计、绝缘端盖设计做了重点介绍.最后通过产品试验数据与目标数据对比,分析得出了该系列产品开发设计达到了预期目标.%Designed and exploited anewgeneration of YVF315 ~ 630 series high voltage varible frequency speed regulation three phase asynchronous motor,with features of energy saving,low vibration,low noise,small shape,light weight,wide spectrum,high power density,energyconservation,environmental protection,etc.The variable frequency speed regulation system,basic data,highefficiency design,insulation structure design,forced ventilation,both insideand outside the wind road design and insulation cover design were introduced,finally compared with the product test data and target data,the analysis showed that the development and design of this series product had achieved the expected goal.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2017(044)009【总页数】4页(P44-47)【关键词】YVF315~630;变频调速;风扇;端盖;设计;三相异步电动机【作者】刘彦华;乔建伟;吴宣东【作者单位】河南工业职业技术学院,河南南阳473008;卧龙电气南阳防爆集团股份有限公司,河南南阳473008;卧龙电气南阳防爆集团股份有限公司,河南南阳473008【正文语种】中文【中图分类】TM343随着电力电子技术、微电子技术的发展和中高压变频技术的不断进步,高压变频器技术越来越成熟。
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总重22T
高转速比异步变频电机电磁设计
4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 低速 基点 高速 定子电密 导条电密 端环电密
高转速比异步变频电机电磁设计
1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 低速 基点 高速 定子齿磁密 定子轭磁密 转子齿磁密 转子轭磁密 气隙磁密
高转速比异步变频电机电磁设计 • • • • • • • 电机设计背景介绍 电磁设计关注问题 电机电磁初步设计 卷曲电机结构布置 MotorSolve 分析 试验对比与结论 MotorSolve 优缺点
高转速比异步变频电机电磁设计
电机工况 河北新津1420mm冷轧卷曲电机用于SIEMENS的 SM150交流变频系统。要求过载能力为115%连续运行, 175% 1分钟(低速),150% 1分钟(高速)。在100% 负荷时最大80K,在115%负荷及过载时最大110K。卷曲 电机转速比达到4,即低速350rpm,高速1400rpm。 电磁问题 冷轧卷曲电机的设计难点在于高转速比和低转动惯量。 此时,电磁设计即要满足高速弱磁时转矩不足,同时又要 克服低速时磁路过度饱和。电磁设计时,选择合理的槽配 合、气隙和接线形式,使电磁力波频率避开机座共振点, 可以降低电磁方面的噪音和振动。 异步变频电机的转速 比越大,电机体积越大、电磁方案也越难实现。
MotorSolve 优缺点
1、MotorSolve缺乏输入工作功率限定,因此计算结果为最 大可承受的负载功率。1600kW变频电机,低频时为3043 马力(2238kW)、高频时为2742马力(2017kW)。 2、MotorSolve建模不支持大型电机径向通风沟结构,计算 时只能将电机径向通风沟结构忽略,只考虑铁心有效长, 因此无法进一步分析大型交流电机的三维流体和温度场。 3、MotorSolve在磁场分布方面较为准确,可以较为准确分 析大型异步变频电机的磁场饱和度,提高损耗估算准确。 4、MotorSolve可以考虑不同工作制时损耗及温升变化。 5、MotorSolve设计变频电机时可以考虑PWM变频电源影响。 6、MotorSolve得到二维磁导率分布,以便快速计算电感。 7、 MotorSolve采用尺寸驱动理念,调整方案后可以快速驱 动三维模型跟随变化,减少有限元仿真所需时间。
变频变压调速范围
此卷曲电机在2500V至3300V期间是V/F同步调节即恒转矩调速,电压不断上 升至3300V高速额定电压之后,电压不再提升,仅仅提高频率,所以调整为 恒功率调速。通过V/F曲线可以计算得出恒转矩与恒功率变化的转折点A点 (基频点)。转点A频率为23.4Hz,转速为465rpm,卷曲电机U-n曲线如下。
高转速比异步变频电机电磁设计
电机型号 电机功率 额定电压 额定电流 额定转速 接线方式 电机极数 电机相数 运行频率 电机效率 功率因数 最大转矩 防护形式 冷却方式 YBP800-6 1600kw 2500V/3300V 456A/331A 350/1400r/min 3-Y 6 3 17.7/70.5Hz 95.6%/95.1% 0.849/0.906 3.67/1.72 IP54 IC86W 初步设计: 变频卷曲电机的电磁设 计要兼顾多个变频点的性能, 重点考察低速与高速两个状 态下的电磁参数。 由于变频电机在转差率 接近1%的时直接启动,不 涉及启动电流大的问题,所 以电磁计算时,可以不考虑 普通异步电机设计时的启动 电流。槽设计时注意,高宽 比尽量小,减少变频工况集 肤效应引起的损耗。 根据极数和容量选定中 心高800mm,气隙4mm, 定转子槽配合72/88(经过 试验验证,6极下电磁噪音 很低)
报告结束 欢迎专家指导
高转速比异步变频电机电磁设计
设计部 王伟光
低频、高频下等效电路
低频下转矩、效率、电压、电流、功率因素曲线
高频下转矩、效率、电压、电流、功率因素曲线
低频、高频下热阻、损耗分析
低频下热阻计算 高频下热阻计算
低频下损耗分析
高频下损耗分析
低频下损耗时间分布
低频时,电机损耗计算按15min工作、5min停机考虑:
高频下损耗时间分布
高频时,电机损耗计算按15min工作、5min停机考虑:
哈电计算程序与试验结果对比分析
经过型式试验:证明强迫通风冷却下低速工况依旧可以保持 良好的冷却效果,定子绕组温升经过8小时,稳定在64K,为频繁 切换速度的卷曲电机提供很好热稳定保证。由于严格按工作频率 折算铁损,整个损耗计算结果令人满意,设计值与实验值基本吻 合,这也为准确计算效率打下了良好的基础。功率因素误差主要 源于气隙装配误差、定转子铁心叠片误差。由于选择了恰当的槽 配合,电机噪音方面控制出色,尤其高速下噪音提高大约7dB, 这主要是由于滚动轴承引起,小部分和高频率谐波有关。
高转速比异步变频电机电磁设计
设计部 王伟光
哈尔滨电气动力装备有限公司 简介
哈尔滨电气动力装备有限公司(原哈尔滨电机厂交直流电机 有限责任公司),是由始建1951年的哈尔滨电机厂电机事业部、 特种电机事业部以及相关技术、管理等职能部门人员,在2007年 组建而成,并于2011年更名为哈电动装。电机产品分三大类,主 要应用在核电、冶金、火电、矿山、水力、石化、军工等行业。 通用类:大中型同步、异步、直流电动机、风力发电机、柴 油发电机、中小型水利发电机,锅炉用强制循环水泵等泵类产品。 核电类:二代加和三代核电主泵、核电主泵电机、核电常规 岛用循环水泵、给水泵、循泵电机、给泵电机。 军工类:特种电机及舰船动力及发电装置。 已取得ASME核质保N、NA、NPT证书,NNSA民用核承压设 备制造许可证,新时代军品体系认证,ISO9001-2008质量体系。 设计部:现由四个设计室,核电电机设计室,泵设计室,电 机设计室,专业设计室;设计人员共98名,高级工程师12人,工 程师40人,硕士、博士研究生30余人,本科60人。 计算能力:ANSYS13 ,EMDAC-FEA , Maxwell, Simplorer ,西屋PROD127,RoMAC-MAXBRG,RoMACTHRUST,Flowmaster,MATLAB,MATHCAD 。
高转速比异步变频电机电磁设计
使用MotorSolve 4.1对低频、高频工况进行验算: 1、电气参数及等效电路。 2、转矩、效率、电压、电流、功率因素曲线。 3、热阻、损耗分析。 4、损耗时间分布。 5、二维场磁力线及导体电密分布。 6、二维场磁场密度分布。 7、二维场相对磁导率分布。
低频、高频下电机参数
低频下二维场磁力线及导体电密分布
高频下二维场磁力线及导体电密分布
低频下二维场磁场密度分布
高频下二维场磁场密度分布
低频时二维场相对磁导率分布
高频时二维场相对磁导率分布
试验对比与结论
变频电机试验最关注的问题:
低速工况下温升,高速工况下最大转矩。低速工况的 热负荷最大,且设计值为2202×108A2/m3;因此在进行 型式试验时,只做低速下的温升试验,就可以检验电机在 最恶劣工况下的热稳定情况。低速定子铁心温升试验 58.1K,设计保证值为80K,低速定子绕组温升试验64K, 设计保证值为80K。说明了前面提到冷却器相关估算公式 在工程计算方面的实用性。卷曲电机调整频率在17.7Hz升 至70.5Hz的过程中,噪音和振动会随之增加。冷轧卷曲电 机设计与实验值对比如下表所示。