对变频调速异步电机设计与制造技术的探讨

2015-12-22赖俊良宋佳文哈尔滨电气动力装备有限公司黑龙江哈尔滨150000

中国新技术新产品 2015年12期

关键词：异步电机铁芯变频

赖俊良　宋佳文（哈尔滨电气动力装备有限公司，黑龙江　哈尔滨　150000）

对变频调速异步电机设计与制造技术的探讨

赖俊良宋佳文
（哈尔滨电气动力装备有限公司，黑龙江哈尔滨150000）

本文从变频调速系统的特点入手，针对变频调速系统的内在特点阐述了有关设计要点，并分析了变频调速异步电动机的设计与制造方法。

变频调速异步电动机；变频调速技术；谐波；变频器

进入21世纪，我国电气传动系统被广泛的应用在国民经济各生产部门，伴随新电子技术的飞速发展，各种新的电器元件也不断涌现。经过实践证明，目前大多电力系统都引用了交流电，这也让交流电机被广泛的关注。交流电机在大容量、高转速及防污染等方面与直流电机相比优越性非常强烈。

一、变频调速异步电动机概述

电机变频调速系统是电力电子以及电气传动学科为基础研发的高新技术，大功率交流电机变频调速技术作为电机变频调速系统的特殊组成，在我国当前技术研究中占有重大比例。交流电机变频调速技术的应用不仅具备直流调速电机工作要求，而且还有单机不受限制、操作简单、体积小、重量轻的优势。该技术自出现至今，一直深受国内外专家和学者的重视，且取得了长足发展。

1 变频调速异步电动机工作原理

目前，变频调速异步电动机以高效的驱动性、控制性和灵活性被广泛应用，它的应用不但节约电能，而且使电机控制技术得到进一步的改善。异步电动机在应用中，转速可以根据设备运行要求而不断变化，此时电动机的转速随着定子的供应频率而不断地变化，从而实现对电机变频调速控制的要求。根据电动机的工作原理分析，若希望变频电动机在运行中具备良好的运动及负载性能，那么还需要保持电能供应的稳定性要求，也就是保持磁通的稳定不变。这个时候，如果磁通变化过大，那么电动机的电磁线路容易发生饱和，使得电动机磨损加速；而磁通变化太小，则电动机的转速达不到预计标准，铁芯得不到充分的利用，会影响到电动机的工作寿命。

2 变频调速异步电动机设计特点

变频调速异步电机的设计工作不是一个天马行空的内容，也不是纸上谈兵的无稽之谈，它需要结合社会发展实际和变频调速系统的内在特征，将设计内容同逆变器、传动装置与调速装置共同结合起来，形成一个既能满足传动又能达到调速的机械、电气双重系统。就设计具体内容分析，需要从系统整体出发，在保证电机与逆变器的基础上对电机进行合理设计，并将供应电源的正弦参数和变频调速异步电动机的设计目标结合。需要注意的是，在这类电动机设计中对设计参数和电源正弦参数要特别考虑。

二、设计要点

随着电力电子技术的飞速进步，以高性能微处理器为核心的变频调速技术被广泛的应用在国民生产的各部门，这一技术以调速范围广、精确度高、动态性良好的优势成为变频调速领域的工作重点。就变频调速异步电动机的具体设计而言，其设计方法如下：

1 基本要求

铁芯作为电动机中不可或缺的一部分，同时做好电机设计铁芯环节的内容不容忽视。在目前设计中为了更好的利用铁芯材料本身的作用，设计中必须要重视贴心材料磁化现象，针对磁化问题来调节电机速度，这时则要保持在稳定状态，因为磁通增加会让铁芯变得过度饱和或者电流磁通发生变化，最终出现发热、功率降低等现象。基于此类现象，在电机变频调速异步设计中需要考虑多种不同的因素，其中最为重要的就是充分考虑电机运行的机械性，以机械性为核心对电动机的运行方式、运行频率进行设计。

2 用于节能工况的异步电动机

在过去的工矿企业工作中，大量采用所谓的转速不变拖动系统，这种电动机在使用中包含有风机、水泵等拖动系统，其负载量占据整个工业生产电力拖动总量的一半以上，消耗了众多的电能不说，其工作效率却无法得到有效保障。而变频调速异步技术的应用极大改善了这种现象，大大提升了电能应用率，降低了电能无功损耗。

3 设计要点

3.1 用于变频调速的异步电动机在运行中对工作频率要求非常严格，在设计的时候不仅要考虑单一频率下的电动机运行情况，而且要对特殊频率下的电动机运行性能进行分析。目前绝大多数变频调速异步电动机的工作频率都保持在5Hz～100Hz之内，因此在设计的时候必须要全面考虑，综合分析。

3.2 变频调速异步电动机在运转的时候，转速较低的时候要减小电能供应，尽可能的将最大扭矩调整到启动点，获得良好的启动特性，因而在设计变频电机的时候我们不需要对启动型做特别分析，转子槽的设计也不需要更替，以保证设计进度和质量。

3.3 变频电机在通过调节电压和频率的时候，每一个运动点都可以包含多种不同的运行方式，对应的电磁频率也不尽相同，因此在设计中要对用电压选择一致的转动频率，使得电机的效率和功率在很宽调速范围内得到一致保障。因而，变频电机的功率因数和效率可以设计得更高，功率密度得以进一步提高。现有数据表明：在额定工作点，逆变器供电下的异步电机效率比普通电机高2%～3%，功率因数高10%～20%。