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1、中国地质大学长城学院本科毕业设计（论文）文献综述系 别：工程技术系专 业：机械设计制造及其自动化姓 名：学 号：文献综述摘 要:本文对交流异步电机的软起动和优化节能运行问题作了全面的分析和研究, 提出了异步电机起动和运行的综合控制方案。关 键词：异步电机，软起动，节能运行，智能马达优化控制器。引言目前在工矿企业中使用着大量的交流异步电动机（包括380V/660V低压 电动机和3kV/6kV中压电动机），有相当多的异步电动机及其拖动系统还处 丁非经济运行的状态，白白地浪费掉大量的电能。这主耍就是在电机节能问 题上做的远远不够，通过本次研究，交流异步电机的节能的相关改进措施， 使之更好的为我们服务
2、。经过分析和研究其原因，大致是由以下几种情况造 成的：（1）由于大部分电机采用直接起动方式，除了造成对电网及拖动系统的 冲击和事故之外，810倍的起动电流也造成巨大的能量损耗；（2）在进行电动机容量选配时，往往片面追求大的安全余量，且层层加 码，结杲使电动机容量过大，造成“大马拉小车”的现象，导致电动机偏离最佳 工况点，运行效率和功率因数降低；（3）从电动机拖动的生产机械自身的运行经济性考虑，往往要求电力拖 动系统具有变压、变速调节能力，若用定速定压拖动，势必造成大量的额外 电能损失。1、国内外现状对比截止到2 0 0 0年，交流异步电机占欧洲交流机市场的3 0 %,预计到2 0 2 0年将
3、提高到5 0%,国内发展更为迅速。在冶金行业中，凡是需要调速的机械设备，9 0%以 丄采用交流异步装置，采用直流机调速的很少。其次是起重机械、风机水泵及其它行业， 品种较齐全。国内外分普通型和防爆型高低床交流异步电机机。试验研究表明，交流异步 异步电机，虽然有其显著不可比的优点，但也存在高次谐波大、损耗大，受到电压变化率 d v / d t的冲击等问题。除了变频器本身在不断改进提高外，就H前情况而言，交流异 步电机在设计丄如何适应变频器这一特点，多年来j尤其是2 （J世纪9 （J年代以来，国际 丄从事交流异步电机研究的广大科技人员在广泛试验研究的基础丄，通过优化设计、改进 转子槽形、增强绝缘结
4、构、研究新材料、采用绝缘轴承等一系列措施以适应变频器的特点, 来提高交流异步电机的性能、使用寿命和可靠性，效果显著。国内也有从事这方而的研究 人员。但交流异步电机生产企业多借鉴国外的研究成果，多在实践上下功夫，取得了可喜 的效果。1.1. 积极制订、修改和完善国际标准和地区标准交流异步电机应用和实践积累了丰富的经验，这给制订标准奠定了基础，研究与再实践给修订和完善标准提供了理论根据。有关标准如下:（1 ） I E C 6 0 0 3 4 17自199 3年以技术报告形式公布，于1 9 9 8年经 修改变成第2版，又于45。I E C T S 6 0 0 3 4 17第4版“旋转电机一第1 7
5、部分：变频器供电笼形感应电机一应用指南”,以技术规范于2 0 0 6 - 0 5公布。（2 ）I E C T S 6 0 0 3 4 2 5 “旋转电机一第2 5部分：变频器供电专用笼型感应电机 设计与性能指南” ,2 0 0 4年4月第1版。（3）美国NEMAMG 1第3 0部分“具 有谐波含量的正弦波电网供电恒速电机和调压控制器或调频控制器或调压调频控制器供 电通用电机的应用条件”和第3 1部分“变频器供电专用电机（ 1 9 9 8 ）”也在不断完 善，努力使定性化参数变成定量化参数。（4） A N S I / API 541 2 0 0 3美 国石油学会标准“ 5 0 0马力及以丄成型绕
6、组笼型感应电机”，2 0 0 4年6月第4版。（5）德国D I NVD E 0 5 3 0标准中关于变频电机部分也随I E C的有关标准的修订 而修订。（6 ）国内还没有关于交流异步电机的国标（有变频器供电笼型感应电机设计和 性能导则，等同采用IECTS60034 25）,只有行业标准J B / 1 7 1 1 8 2 0 0 4 wF 2系列（w s 4 ）交流异步专用三相异步电机技术条件（机座号最大到 3 1 5 ） o12、改进设计、采取措施以适应变频器的特点改进设计（国外情况）（1 ）电压源变频器供电笼型异步电机优化设计；（2）电流 源变频器供电笼型异步电机优化设计；（3）转子槽优化设
7、计；（4）绝缘结构设计；（5） 轴承结构设计；（6 ）转子齿区几何形状的选择；（7 ）性能参数的选择：比如起动电流、 起动转矩在设计上不做为主要H标进行考核；最大过载电流应当尽量小，这与选择变频器 容量有关；在矢量控制时，转矩电流L与励磁电流L的比率：4 6恒转矩控制区：，口 / LX过载倍数W 1 0恒功率控铜J 1 X： I , / &X过载倍数X （, 1。/ n, ） W 1 0 1 5 （%与死r为转速）:（8）变频器的输出含高次谐波电流一般情况下是电机的额定 电流的约1 0%,使电机温升壇高，设计时应留有温升裕度。国内在丄述（4 ）、（ 5）、（ 7）和（8）方而的设计上采取措施，
8、交流异步异步 电机的优化设计在电机生产企业应用有限。绝缘结构绝缘结构通常指槽绝缘、相间绝缘、绕组端部绝缘、绕组绝缘、浸渍漆和电 磁线，这在国外都有研究成果，国内采取的措施是加强绝缘的结构，选无溶剂漆VPI浸 漆工艺，选防电晕的交流界步电机专用线。绝缘轴承的应用交流并步电机比普通电源供电的电机产生的轴电压和轴电流要大，并 电蚀轴承旋转工作面，轴承损坏成为突出问题，这在国外文献中可以看到电蚀的图片，所 以选用绝缘轴承或轴接地碳刷。但绝缘轴承昂贵，且没有大规格绝缘轴承，尤其防爆交流 界步电机不能用轴接地碳刷，所以国外采用了绝缘端盖结构，既经济乂实用。国内佳木斯电机股份有限公司早已采用绝缘端盖结构，但
9、与国外相比，其功能一样， 结构不完全相同。1.3、电机结构（I）交流异步电机与普通电源供电的电机结构件是相同的，在国内外产品上是一致 的。（2）冷却方式有两种：英一是与普通电源供电的电机相同，其二是设独立风机进行 冷却，以提高交流异步电机散热效果，同时不受电机的转速影响，国内外产品是一致的。1.4. 辅助装置由于交流异步系统控制上的需要，交流异步电动栅装有如 下辅助设备：（1 ）测速发电机；（2 ）编码器；（3 ）超速开关；（4 ）绕组及轴承控温用热敏 电阻，如P T 1 0 0或P T Co15、试验方法由于交流异步电机与普通电机有其共性，也有其特殊性, 所以还应有特定的试验方法，下面只简要
10、介绍美国的情况。美国NEM AMG 1规定，变频器供电专用电机的试验方法应符合I E E E 1 2 2 标准规定。NEMA标准规定的交流异步电机试验项目如下：例行试验（1 ）测量绕组 电阻；（2）用正弦电床测量基准额定电床和额定频率下的空载电流和转速；（3）耐压 试验按NEMAMG 1的3. 1、12. 3或2 0 . 17条款进行。性能试验除非制造 厂和用户之间另有协议，性能试验应当用6 0Hz电源进行（美国工频为60Hz）。从 以上看试验方法还不完善，我国还没有交流异步电机试验方法的国家标准，都是各生产厂 自行决定。1. 6、产品种类近十几年来，国外一些大公司都根据变频器供电条件和 特点
11、设计开发和生产不同种类交流异步异步电机，国内也是如此。大致 分类如下：电网供电和变频器供电通用电机，但在产品设计上充分考虑到交流杲步不利条件和有 利条件。变频器供电专用电机，其特点是产品能在零赫兹至上百赫兹范围内工作，以满 足大调速比的要求。变频器装在电机机座的一体化交流杲步杲步电机，其优点是减小作 用在电机端子丄的高脉冲电压冲击，提高使用寿命。H前这种电动栅最大功率为75 k W。派生系列电机很多，举例如下：（1 ）防爆交流异步电机；（2 ）冶金馄道用交流 并步电机；（3 ）交流杲步制动电机；（4 ）交流杲步伺服电机。交流杲步电机低电压比 较多，高电压比较少。近十年来国内生产的交流界步电机量
12、比较大，品种齐全。佳木斯电 机股份有限公司生产的低压交流貝步电机机座号8 0-71 0、功率07 5 k W1 8 0 0 k W,同时生产防爆高压交流杲步电机。尤其是于1 9 8 6年开始研制的交流杲步电 机，其特点是既防爆乂防x射线，用于西昌卫星发射小心。随着国内其它生产厂的交流杲 步电机生产规模逐年增加，为国民经济发展作出了贡献。2、交流异步电机行业整体运行态势良好我国交流异步电机产业经过40多年的发展，特别是改革开放20多年以来的快速发展, 取得了长足进步。H前，我国交流异步电机生产及配套厂家在1000家以上，从业人员超过10万人，工 业总产值超过150亿元，并II以每年18%的速度递
13、増，产量已占世界产量的60%以上， 已成为国民经济和国防建设中不可缺少的基础性工业。国民经济与科学技术的发展，为电 机传统产业提供了无限的发展空间。世界电机制造基地正在快速地向转移。半前，经济全球化和科技高新化这两大趋 势正向我们迎面扑来，全球交流异步电机年需求量在50亿台以上，随着全球经济-体化 进程的加快，交流异步电机生产的国际化已基木形成。加入WTO后，国家对中小企业的保护政策如进口关税逐步降低，直到取消关税，国 外电机凭借其优越的詁质和低廉的价格进入国内市场，而我们出口到国外的电机各国行业 协会或政府纷纷设置了许多技术壁垒，更讣我们的电机全面卷入与世界电机的争夺战之 中。因此，质量的竞
14、争、nn牌的竞争将成为竞争的核心和焦点。提高我们的国际竞争力，必须依靠科技创新，一批高质量的名牌产品，促进企业的 技术开发、技术改造、技术创新和技术进步，提高产品的质量和市场竞争力，从而总体上 提高我国工业经济的国际竞争力。3、交流异步电机行业发展水平和行业集中度H前，交流异步电机在国内的生产厂家主要集中在东南沿海的江、浙、沪、闽、粵等 五省市和华北地区，全国交流异步电机企业约1000多家，由国有企业、民营企业、外资 或合资企业等多种经营成分共同组成，其中85%以上为中小型民营企业和部分外资或合资 企业。经过多年的发展和技术改造，企业的整体实力得到了增强，生产技术水平有较大提 高，质量管理体系
15、比较健全，产品质量明显提高，在国内外市场上具有较强的竞争力，发 展势头强劲。交流异步电机产业在我国的发展分两个阶段。第一阶段，顺应我国家电业发展的需要, 应用于风扇、空调器、冰箱、洗衣机、排油烟机、小家电、保健器具等产品的交流异步电 机，国内企业通过技术引进、设备引进吸收，己缩小了同发达国家的差距，部分产品的技 术水平已达到国际先进水平，企业具有了很强的主研发能力、自主知识产权，也形成了 一些具有广泛市场知名度的产品品牌。电机产詁在自身人量出口欧美等国际市场的同时也随着风扇、空调器等家电主机产晶 畅销国际市场，成为我国机电出口业务的主要部分。第二阶段，随着汽车工业的快速发展, 车用交流异步电机
16、的需求也迅速增长，带动了以永磁直流和无刷直流电机为主体的车用功 能型交流异步电机的兴起。但是，由于这些产品具有相对技术难度大、设备投入大、殆种规格变化大的特点，另 外，电机本身产品的技术质量直接关系到整车的可性及品牌声誉。针对这种情况，国内一 些交流男步电机主导企业主动出击，通过技术引进、国际合作和技术攻关，逐步掌握了这 类产品的生产技术，其产品己逐渐被世界知名汽车制造企业所接受，正在成为世界汽车制 造业的主要供应商。尽管交流异步电机的生产厂家众多，市场竞争激烈，但正在向生产相对集中的方向发 展。随着我国体制改革的不断深入，以长江三角洲和珠江三角洲为主体的交流界步电机产 业密集带正在逐步形成，交流异步电机的龙头企业的市场占有率不断提高。以空调用送风电机为例，国内生产厂家主要有卧龙控股集团、杭州松下电机、广东威 灵、江苏天马等几
