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江门变频电源供电下的异步电机设计及其发展

异步电机是典型的常规交流电机。自从现代交流变频调速技术发明以来,异步电机驱动技术得到了广泛的研究和发展。但在这些研究中,主要针对变频器拓朴结构及控制算法的研究开发,而在异步电机设计和分析方面却没有明显的改变。目前,我国所用电动机主要为20世纪70年代末设计出来的Y系列异步电机,该电机主要是针对恒频恒压电源设计的。这样的电机在变频器供电下,其效率、功率因数和功率密度等稳态性能都有所下降,且电机绝缘、噪声及其它故障情况也趋于恶化。因此,重新考虑异步电机在变频调速系统中的设计问题势在必行。

2 变频器供电下的电机运行条件

在变频器供电方式下,异步电机的运行条件有了一个很大的变化,常规异步电机设计和分析方法已经不能与之相适应。

(1)满足所需要的启动特性;

(2)具有良好的稳定运行状况;

(3)制造简便。

为了满足启动要求,通常将转子槽设计成深槽或双鼠笼槽,利用其集肤效应增加启动时的转子电阻,从而提高启动转矩。但这样既降低了电机稳定正常运行时的特性(如降低了效率和功率因素),又增加了制造加工的难度。对变频器供电下的异步电机,由于可方便地调频调压,使其机械特性曲线可以有条件的平移。当频率下降时,曲线左移;当频率上升时,曲线右移。这给电机运行带来新的变化,主要体现在以下几个方面:

1)电源频率变小,电机机械特性可随之左移。这样可利用调频来直接利用其最大转矩作为启动转矩,从而使转子槽型可以在提高稳定运行性能的目标上进行优化设计。

2)变频器适当地变频变压,从而可将异步电机调节在最佳运行点上,即得到最小滑差、最大效率和高功率因素。这样在保证出力不变的情况下,可用最大效率和高功率因素代替额定效率和额定功率因素,进而减小电机尺寸,减轻其重量和降低成本。

3)通过变频器的调频调压,可对异步电机进行矢量控制,在保证足够的气隙磁场条件下,可得最小励磁电流,从而同时提高电机的功率因数和效率。

3 设计要点

1)设计应是一个运行区域的最优设计,而不是传统的额定点的设计。

以往电机设计都是围绕运行额定点来设计,以获取最佳额定运行性能。而对于变频调速电机来说,往往电机是运行在一个区间,所以仅仅具有最佳额定运行性能是不够的,更重要的是在运行区间里有较好的运行性能。

2)电机设计在追求高效率的同时,必须考虑高功率因素。

传统电机设计中主要追求高效率,而忽视对高功率因数的追求。