對變頻調(diào)速異步電機設(shè)計與制造技術(shù)的探討

賴俊良　宋佳文（哈爾濱電氣動力裝備有限公司，黑龍江　哈爾濱　150000）

對變頻調(diào)速異步電機設(shè)計與制造技術(shù)的探討

賴俊良宋佳文
（哈爾濱電氣動力裝備有限公司，黑龍江哈爾濱150000）

本文從變頻調(diào)速系統(tǒng)的特點入手，針對變頻調(diào)速系統(tǒng)的內(nèi)在特點闡述了有關(guān)設(shè)計要點，并分析了變頻調(diào)速異步電動機的設(shè)計與制造方法。

變頻調(diào)速異步電動機；變頻調(diào)速技術(shù)；諧波；變頻器

進入21世紀，我國電氣傳動系統(tǒng)被廣泛的應(yīng)用在國民經(jīng)濟各生產(chǎn)部門，伴隨新電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種新的電器元件也不斷涌現(xiàn)。經(jīng)過實踐證明，目前大多電力系統(tǒng)都引用了交流電，這也讓交流電機被廣泛的關(guān)注。交流電機在大容量、高轉(zhuǎn)速及防污染等方面與直流電機相比優(yōu)越性非常強烈。

一、變頻調(diào)速異步電動機概述

電機變頻調(diào)速系統(tǒng)是電力電子以及電氣傳動學(xué)科為基礎(chǔ)研發(fā)的高新技術(shù)，大功率交流電機變頻調(diào)速技術(shù)作為電機變頻調(diào)速系統(tǒng)的特殊組成，在我國當(dāng)前技術(shù)研究中占有重大比例。交流電機變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用不僅具備直流調(diào)速電機工作要求，而且還有單機不受限制、操作簡單、體積小、重量輕的優(yōu)勢。該技術(shù)自出現(xiàn)至今，一直深受國內(nèi)外專家和學(xué)者的重視，且取得了長足發(fā)展。

1 變頻調(diào)速異步電動機工作原理

目前，變頻調(diào)速異步電動機以高效的驅(qū)動性、控制性和靈活性被廣泛應(yīng)用，它的應(yīng)用不但節(jié)約電能，而且使電機控制技術(shù)得到進一步的改善。異步電動機在應(yīng)用中，轉(zhuǎn)速可以根據(jù)設(shè)備運行要求而不斷變化，此時電動機的轉(zhuǎn)速隨著定子的供應(yīng)頻率而不斷地變化，從而實現(xiàn)對電機變頻調(diào)速控制的要求。根據(jù)電動機的工作原理分析，若希望變頻電動機在運行中具備良好的運動及負載性能，那么還需要保持電能供應(yīng)的穩(wěn)定性要求，也就是保持磁通的穩(wěn)定不變。這個時候，如果磁通變化過大，那么電動機的電磁線路容易發(fā)生飽和，使得電動機磨損加速；而磁通變化太小，則電動機的轉(zhuǎn)速達不到預(yù)計標準，鐵芯得不到充分的利用，會影響到電動機的工作壽命。

2 變頻調(diào)速異步電動機設(shè)計特點

變頻調(diào)速異步電機的設(shè)計工作不是一個天馬行空的內(nèi)容，也不是紙上談兵的無稽之談，它需要結(jié)合社會發(fā)展實際和變頻調(diào)速系統(tǒng)的內(nèi)在特征，將設(shè)計內(nèi)容同逆變器、傳動裝置與調(diào)速裝置共同結(jié)合起來，形成一個既能滿足傳動又能達到調(diào)速的機械、電氣雙重系統(tǒng)。就設(shè)計具體內(nèi)容分析，需要從系統(tǒng)整體出發(fā)，在保證電機與逆變器的基礎(chǔ)上對電機進行合理設(shè)計，并將供應(yīng)電源的正弦參數(shù)和變頻調(diào)速異步電動機的設(shè)計目標結(jié)合。需要注意的是，在這類電動機設(shè)計中對設(shè)計參數(shù)和電源正弦參數(shù)要特別考慮。

二、設(shè)計要點

隨著電力電子技術(shù)的飛速進步，以高性能微處理器為核心的變頻調(diào)速技術(shù)被廣泛的應(yīng)用在國民生產(chǎn)的各部門，這一技術(shù)以調(diào)速范圍廣、精確度高、動態(tài)性良好的優(yōu)勢成為變頻調(diào)速領(lǐng)域的工作重點。就變頻調(diào)速異步電動機的具體設(shè)計而言，其設(shè)計方法如下：

1 基本要求

鐵芯作為電動機中不可或缺的一部分，同時做好電機設(shè)計鐵芯環(huán)節(jié)的內(nèi)容不容忽視。在目前設(shè)計中為了更好的利用鐵芯材料本身的作用，設(shè)計中必須要重視貼心材料磁化現(xiàn)象，針對磁化問題來調(diào)節(jié)電機速度，這時則要保持在穩(wěn)定狀態(tài)，因為磁通增加會讓鐵芯變得過度飽和或者電流磁通發(fā)生變化，最終出現(xiàn)發(fā)熱、功率降低等現(xiàn)象。基于此類現(xiàn)象，在電機變頻調(diào)速異步設(shè)計中需要考慮多種不同的因素，其中最為重要的就是充分考慮電機運行的機械性，以機械性為核心對電動機的運行方式、運行頻率進行設(shè)計。

2 用于節(jié)能工況的異步電動機

在過去的工礦企業(yè)工作中，大量采用所謂的轉(zhuǎn)速不變拖動系統(tǒng)，這種電動機在使用中包含有風(fēng)機、水泵等拖動系統(tǒng)，其負載量占據(jù)整個工業(yè)生產(chǎn)電力拖動總量的一半以上，消耗了眾多的電能不說，其工作效率卻無法得到有效保障。而變頻調(diào)速異步技術(shù)的應(yīng)用極大改善了這種現(xiàn)象，大大提升了電能應(yīng)用率，降低了電能無功損耗。

3 設(shè)計要點

3.1 用于變頻調(diào)速的異步電動機在運行中對工作頻率要求非常嚴格，在設(shè)計的時候不僅要考慮單一頻率下的電動機運行情況，而且要對特殊頻率下的電動機運行性能進行分析。目前絕大多數(shù)變頻調(diào)速異步電動機的工作頻率都保持在5Hz～100Hz之內(nèi)，因此在設(shè)計的時候必須要全面考慮，綜合分析。

3.2 變頻調(diào)速異步電動機在運轉(zhuǎn)的時候，轉(zhuǎn)速較低的時候要減小電能供應(yīng)，盡可能的將最大扭矩調(diào)整到啟動點，獲得良好的啟動特性，因而在設(shè)計變頻電機的時候我們不需要對啟動型做特別分析，轉(zhuǎn)子槽的設(shè)計也不需要更替，以保證設(shè)計進度和質(zhì)量。

3.3 變頻電機在通過調(diào)節(jié)電壓和頻率的時候，每一個運動點都可以包含多種不同的運行方式，對應(yīng)的電磁頻率也不盡相同，因此在設(shè)計中要對用電壓選擇一致的轉(zhuǎn)動頻率，使得電機的效率和功率在很寬調(diào)速范圍內(nèi)得到一致保障。因而，變頻電機的功率因數(shù)和效率可以設(shè)計得更高，功率密度得以進一步提高。現(xiàn)有數(shù)據(jù)表明：在額定工作點，逆變器供電下的異步電機效率比普通電機高2%～3%，功率因數(shù)高10%～20%。

三、變頻調(diào)速異步電機制造技術(shù)發(fā)展

1 機殼成型技術(shù)

由于變頻調(diào)速異步電動機本身工作范圍大、涉及內(nèi)容多的特征，因此在設(shè)計中必須要從部件剛度的提高、頻率的轉(zhuǎn)變以及散熱效果等方面研究，從這幾點出發(fā)去分析和斷定機殼成型技術(shù)是否合理。同時在一些特殊情況下我們還可以采用前剛性結(jié)構(gòu)進行機殼焊接。

2 鐵芯裝配技術(shù)

定子鐵芯裝置在具體的制造之中可以采用鐵芯同基座之間的間隙進行分析，并將其導(dǎo)熱性能作為研究重點，這種做法能有效避免因為導(dǎo)熱而引發(fā)的鐵芯位移和變動，同時大大減少了機組剛性共振現(xiàn)象，保證了機組整體質(zhì)量要求。

結(jié)語

從現(xiàn)有的制造水平看，我國近年來的變頻調(diào)速異步電機不管是在哪方面都取得了突出的成績，但對大型設(shè)備研究還是一片空白，因此未來工作中我們必須放眼世界，以世界的眼光去對待電機設(shè)計問題，加大對大型變頻調(diào)速異步電機的設(shè)計研究，只有這樣才能趕上世界先進水平。

[1]李太石，王秋云，孫偉春.例析異步電機變極增容的可行性計算及測試[J].和田師范專科學(xué)校學(xué)報，2006（05）.

[2]孟朔，趙爭鳴，王祥珩.變頻調(diào)速異步電機的優(yōu)化設(shè)計及其性能仿真[J].清華大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），1999（03）.

[3]李太石，王秋云，孫偉春.例析異步電機變極增容的可行性計算及測試[J].伊犁教育學(xué)院學(xué)報，2006（04）.

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