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变频调速电机设计原理和优点
作者:山东西子电机 发布日期:2019-07-20 09:06


变频调速电机简称变频电机,是变频器驱动的电动机的统称。实际上为变频器设计的电机为变频专用电机,电机可以在变频器的驱动下实现不同的转速与扭矩,以适应负载的需求变化。变频电动机由传统的鼠笼式电动机发展而来,把传统的电机风机改为独立出来的风机,并且提高了电机绕组的绝缘性能。在要求不高的场合如小功率和频率在额定工作频率工作情况下,可以用普通鼠笼电动机代替。
变频调速电机设计
1、电磁设计
对于变频电动机,由于临界转差率反比于电源频率(frequency),可以在临界转差率接近1时直接启动,因此,过载能力和启动性能不在需要过多考虑(consider),而要解决的关键问题是如何改善电动机对非正弦波电源的适应能力。方式一般如下:   
1) 尽可能(maybe)的减小定子和转子电阻。高压电动机差动保护装置发电机两端流过方向相同、大小相等的电流称为穿越性电流,而方向相反的电流称为非穿越性电流。作为主保护,发电机比率制动差动保护是以非穿越性电流作为动作量、以穿越性电流作为制动量,来区分被保护元件的正常状态,故障状态和非正常运行状态的。   减小定子电阻即可降低(reduce)基波铜(化学式Cu)耗,以弥补高次谐波引起的铜耗增   
2)为抑制电流中的高次谐波,需适当增加电动机的电感。但转子(rotor)槽漏抗较大其集肤效应也大,高次谐波铜耗也增大。因此,电动机漏抗的大小要兼顾到整个调速范围内阻抗匹配的合理性。   
3)变频电动机的主磁路一般设计成不饱和状态,一是考虑(consider)高次谐波会加深磁路饱和,二是考虑在低频时,为了提高输出转矩而适当提高变频器(Variable-frequency Drive)的输出电压。
2、结构设计
在结构设计时,主要也是考虑非正弦电源特性对变频电机的绝缘结构、振动、噪声冷却方式等方面的影响,一般注意以下问题:   
1)绝缘(insulated)等级,一般为F级或更高,加强对地绝缘和线匝绝缘强度,特别要考虑绝缘耐冲击电压的能力。   
2)对电机的振动、噪声问题,要充分考虑电动机构件及整体的刚性,尽力提高其固有频率(frequency),以避开与各次力波产生共振现象。   
3)冷却方式:一般采用强迫通风冷却,即主电机散热风扇采用独立的电机驱动。   
4)防止轴电流(Electron flow)措施,对容量超过160KW电动机应采用轴承绝缘措施。主要是易产生磁路不对称,也会产生轴电流,当其他高频(Induction Heating)分量所产生的电流结合一起作用时,轴电流将大为增加,从而导致轴承损坏,所以一般要采取绝缘措施。   
5)对恒功率(指物体在单位时间内所做的功的多少)变频电动机,当转速超过3000/min时,应采用耐高温的特殊润滑油,以补偿轴承(bearing)的温度升高。高压电动机梭型线圈绕制后,用收缩带,黄蜡绸带等绝缘材料包扎,目的是:保护线圈外绝缘、层间绝缘、匝间绝缘不至于损坏。在拉型机时免受模具夹具、鼻端销钉等摩擦,防止松动变形。
变频调速电机原理
变频(frequency conversion)器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交—直—交方式(VVVF变频或矢量控制变频),先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源,然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器,逆变部分为IGBT三相桥式逆变器,且输出为PWM波形,中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。
变频专用电动机特点
B级温升设计,F级绝缘制造。采用高分子绝缘材料及真空压力浸漆制造工艺以及采用特殊的绝缘结构,使电气绕组采用绝缘耐压及机械强度有很大提高,足以胜任马达之高速运转及抵抗变频器高频(Induction Heating)电流冲击以及电压对绝缘之破坏。平衡质量高,震动等级为R级(降振级)机械零部件加工精度高,并采用专用高精度进口轴承,可以高速运转。强制通风散热系统,全部采用进口轴流风机超静音、高寿命,强劲风力。保障马达在任何转速下,得到有效散热,可实现高速或低速长期运行。经AMCAD软件设计的YP系列电机,与传统变频电机相比较,具备更宽广的调速范围和更高的设计质量,经特殊的磁场设计,进一步抑制高次谐波磁场,以满足宽频、节能和低噪音(分贝(dB))的设计指标。具有宽范围恒转矩与功率调速特性,调速平稳,无转矩脉动。与各类变频器均具有良好的参数匹配,配合矢量控制,可实现零转速全转矩、低频大力矩与高精度转速控制、位置(position )控制及快速动态响应控制。YP系列变频专用电机可配制刹车器,编码器供货,这样即可获得精准停车,和通过转速闭环控制实现高精度速度控制。采用“微电机+变频专用电机+编码器+变频器”实现超低速无级调速的精准控制。YP系列变频专用电机通用性好,其安装尺寸符合IEC标准,与一般标准型电机具备可互换性。
变频调速电机优点
变频调速电机
1、具备有启动功能   
2、采用电磁设计,减少了定子和转子的阻值   
3、适应不同工况条件下的频繁变速   
4、在一定程度上节能
变频电机与普通电机的区别
普通电机是根据市电的频率和相应的功率设计的,只有在额定的情况下才能稳定运行。

变频电机就不同了,变频电机要克服低频时的过热与振动,所以变频电机在设计上要比普通电机性能要好一点。
变频(frequency conversion)调速电机应用
变频调速目前已经成为主流的调速方案,可广泛应用于各行各业无级变速传动。   特别是随着变频器在工业控制领域内日益广泛的应用,变频电机的使用也日益广泛起来,可以这样说由于变频电机在变频控制方面较普通电机的优越性,凡是用到变频器的地方我们都不难看到变频电机的身影。

  
  
  

  

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