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变频电动机设计制造的应用

   2014-04-16 中国节能网3020
核心提示:  在历史进程中,交流电动机出现比变频调速装置要早,变频器基本上是针对已有的电动机来“配套”运行的。但是,在电动机和变频器之间存在
  在历史进程中,交流电动机出现比变频调速装置要早,变频器基本上是针对已有的电动机来“配套”运行的。但是,在电动机和变频器之间存在着相互适应的问题。在变频调速日益普及的今天,结合变频工况的特点来设计制造专用电动机,可以获得更加合理的效果。

  传统异步电动机的设计中特别需要考虑要使起动转矩足够大,以保证电机带载起动,并缩短起动过程。按照电机理论,增大起动时的转子电阻就可以增加电机的起动转矩,但在正常运行时,较大的转子电阻又会增加正常运行时的损耗。所以可以将转子设计成双鼠笼绕组或深槽结构:起动时磁场已按同步转速转动,转子绕组尚处低速,二者相对运动速度比较大,集肤效应显著,转子电流被“挤”到外鼠笼或深槽的近表面层,这样转子绕组的有效电阻增大,起动转矩增加;而在正常运转时,转子转速与磁场转速接近,二者相对运动速度比较小,集肤效应几乎消失,转子电流比较均匀地分布在整个转子绕组中,转子电阻恢复正常,损耗减小到正常值。这本来是很好的设计构思,但它又必然使转子的径向尺寸加大,定子尺寸也必然随之加大,整个电机的有效材料和结构材料都要增多。但这都已被认为是十分正常、无可挑剔的。

  但是,在变频工况下,电动机依施加频率的逐渐提高而起动,磁场旋转速度随频率同步加快,转子也始终可以与当时的磁场转速接近,不产生明显效应;另一方面,电动机的转矩-转速曲线又是随着频率变化而向低速侧平移,在变频工况下,低频时的转矩向最大转矩靠近。也就是说,变频工况下电动机的起动转矩不是问题,不需要像传统电机那样靠增加转子电阻来提高起动的转矩,加上变频起动时转子绕组不存在明显的集肤效应。所以双鼠笼或深槽的结构对变频起动是不必要的。在同样功率下,变频工况专用电动机可以把转子槽形设计得浅扁一些,径向尺寸明显缩小,电机的整个尺寸和材料消耗都相应减少,电机效率反而提高。这是利用了变频工况有利的一面。

  另一方面,变频工况下电机中会出现谐波电流和相应的谐波磁场。它们会引起谐波损耗而使电机发热增加,还可能出现谐波转矩,使电机在起动过程中出现附加振荡。这给电机设计提出新的要求:选择合理的定子与转子槽数,采取适当的斜槽措施,减少谐波转矩的影响。另外电机中的谐波又分成两种:一是由电流谐波激发出的时间谐波磁场;二是由绕组分布得不连续而形成的空间谐波磁场。如果通过仿真选择适当的方案,使两种谐波得到适当补偿也是值得探讨的。所以,严格地说,传统设计的电机在变频运行时需要考虑降容量运行;变频工况专用电动机设计制造时可以大大削弱谐波的影响。所以,权衡正、负两方面的影响,设计出适合变频工况专用电动机,可以得到扬正抑负的效果。
 
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