高效變頻空調壓縮機用永磁同步電機研究

2014-08-08 01:02:38張少丕陳世元皮明超

電機與控制應用 2014年2期

張少丕，陳世元，皮明超

(1. 鄭州凌達壓縮機有限公司,河南鄭州 450001; 2. 華南理工大學，廣東廣州 510000)

0 引言

隨著生活品質提高，人們對房間空調器的要求越來越高。具有溫度調節平滑、變化緩慢、創造舒適溫馨環境的變頻空調器越來越受到人們的喜愛。另外其具有高效、節能等特點，相對同等級定速空調可省電30%以上，節能效果顯著。因此，變頻空調器具有良好的應用前景。

在變頻空調上使用的變頻壓縮機主要使用永磁同步電機，其結構簡單、運行平穩、效率高、功率因數高。隨著國家對變頻空調器能效水平要求的提高，驅動用電動機的性能優劣直接關系到變頻空調器的能效等級。準確計算永磁電機各項參數和性能的重要前提是獲得正確的磁場分布。用電磁場分析方法取代傳統的磁路計算是實現這一目標的有效手段。本文以傳統的電磁計算程序為基礎，以電磁場有限元法Jmag-Studio為計算手段，展開對永磁電機電磁場問題的深入研究。通過電動機樣機測試，對比了電動機性能的理論與實際的差異，及變頻壓縮機和對應空調器的性能，通過實際測試說明了該方法的準確性。

1 電動機結構及材料參數確定

變頻壓縮機用電機的結構選擇，不僅關系到電機的性能，而且關系到整個空調系統是否可以達到性能最優。

定子結構要綜合考慮電機的性能目標，同時又適合大批量生產，低制造成本。定子鐵心采用六槽整體結構，繞組采用節距為1的集中線圈式，接線方式采用星形接法。該繞組形式顯著縮短了電樞繞組的端部長度，減少銅、鋼等材料使用量，降低材料成本，減小電樞繞組的端部漏抗，降低繞組銅耗，提升效率，更易達到高效節能的目標。為使反電動勢為正弦波，需要設計非均勻氣隙。考慮到工程需求，本文通過改變定子齒部極靴的形狀來達到改變氣隙長度的目的。

轉子結構的選擇，綜合考量永磁體的安裝方式與整機長期運行的可靠性，選用內置式轉子結構。其交軸電感大于直軸電感，表現出凸極性質，更便于實現弱磁調速。據分數槽繞組的對稱條件，極數確定為4極。綜合以上分析，電機結構如圖1所示。

圖1 電機結構圖

1.1 永磁體材料選擇及體積確定

因永磁體材料性能直接影響電動機的功率密度和允許的工作溫度，綜合實際要求，選用燒結釹鐵硼，材料牌號為N38UH。其具有較高的磁能積，有利于提高功率密度，減小電機體積。

永磁體尺寸由如下算式計算得出。

每極永磁體長度：

(1)

每極永磁體寬度：

bm=αpτ

(2)

(3)

(4)

(5)

式中：t——永磁體的工作溫度。

根據永磁體的工作溫度t為120℃，得出磁鋼尺寸為長30.7mm，寬30.5mm，厚3.4mm。

1.2 電機體積確定

調速永磁同步電動機的最大轉矩與電磁負荷、主要尺寸之間滿足如下關系式。

電動機的主要尺寸表示為

(6)

(7)

式中:p=1；tb=6.5s；γFe=7500kg/m3；ωb=3437rad/s;A=1500A/m;Bδ1=0.85T。利用式(7)計算得出，定子內徑Di1=60.3mm，取整數為Di1=61mm。氣隙長度初值取δ=0.7mm。

發病前用25%嘧菌酯1500倍液～2000倍液噴霧預防。發病初期，用20%三唑酮（粉銹寧）乳油800倍液～1000倍液，加優質葉面肥，或用1%多抗霉素可濕性粉劑800倍液、或12.5%烯唑醇可濕性粉劑600倍液。或10%氟硅唑（福星）7500倍液、或70%甲基托布津可濕性粉劑1000倍液～1500倍液，或50%硫懸浮劑200倍液～400倍液，75%百菌清可濕性粉劑500倍液～800倍液，或10%苯醚甲環唑（世高）1500倍液噴霧防治。隔7d～10d防治1次，連續防治2次或3次。藥劑交替使用，每種藥劑只能使用1次。采收前5d～7d停止用藥。

電機的關鍵參數如表1所示。