变频调速三相异步电动机的设计问题

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1、变频调速三相异步电动机的设计问题变频调速三相异步电动机的设计问题南洋电机厂(200040)岑兆奇摘要文章通过对三相异步电动机变频调速转矩转速特性的分析，叙述了变频器供电时电机的设计特点。叙词电机变频调速设计电磁参数结构采用变频器对三相异步电动机实行变频变压调速，在额定频率以下可得恒转矩特性;在额定频率以上可得恒功率特性。但是，无论何种形式的变频器，其输出电压或电流中均含有高次谐波，与通常电网供电的正弦波有着较大的差别。而且，由于调速过程中，供电频率须在一个较大的范围内变化，因而电机的运行特性和设

2、计参数都得相应有所改变。1变频调速异步电动机转矩转速特性的分析根据电机原理和三相异步电动机的T型等值电路可知:异步电动机的转矩M与转差率S的关系式为:丛、2人’六(，·玉/‘fl’l，，，，、，甲--;Lr，/百11).一t一I沙，“47t二(l)最大转矩入寸扁与产生最大转矩时的转差率(即临界转差)Sm为:f，—电源频率，八、几—T型等值电路中换算到定子边的转子电阻和电感，kdp，—定子绕组的绕组系数，W，—定子绕组每极匝数。从上可见，变频变压调速异步电动机的转矩特性，应是(Em/f)和转子电流

3、的频率盯】的函数，只要保持Em/五不变，即保持气隙磁通必不变，转矩就成为转差频率(即转子电流频率)习、白勺函数。而最大转矩则直接与Em/了相关。若能保持Em/五为常数，那么最大转矩就可保持恒定。而且，由于临界转差率Sm是电源频率的函数，因此，当电源频率改变时，Sm也随之改变。这洋，就为异步电动机的起动创造了良好的条件。如果能保持Em/f:不变，并选择适当的起动频率使S、接近于1，电机就有可能在较低的起动频率和相应电压下以最大转矩起动，不会发生像恒频恒压供电时那样，由于满压起动而给电网带来数倍于电

4、机额定电流的起动电流的冲击。在变频器中，若以U:/九来代替凡/人进行恒转矩控制。当电压U，随人成比例地减小时，由于定子阻抗压降的存在，将使Em/了，和磁通减小，转矩降低。为了补偿这一降低，一般变频器都采用了在低速范围内适当提高Ul/f，值的控制方式。但是，必须注意，Ul/f，值太大会造成轻载时的过激励，使磁路饱和，励磁电流增加。以上用恒定磁通实现恒转矩调速的分析，仅限于额定频率以下的情况。当速度调节达到额定转速时，电压已达到额定值，不能再随着频率的升高而增加，因此，在变频调速系统中，当频率从额定

5、值往上调时，电压需保持恒定。故磁通及转矩将随着人的升高而减小，即对电机进行“弱磁控制”，传动系统将处《电机技术》2996(2)、、了，岁O乙Q︺了‘、‘、m1PE_、。似~-一一卜涪;)‘4兀‘(Z乙2)JlS”、2二f、L;式中:Em—感应电势，Em一4.44f，kdp，W;必，Em一人即主磁通必-14.44kdDIWIm，—相数;尸—极对数;一22一于恒功率状态下运行。2变频变压调速给电机带来的问题目前普通异步电动机都是按恒频恒压而设计的，它不完全适应变频调速的要求，具体反映在以下几个方面。

6、2.1电动机的效率和温升问题不论何种型式的变频器，在工作中均会产生不同程度的谐波电压和谐波电流，使异步电机在非正弦电压、电流下运行。以现今比较普遍使用的正弦波PwM变频器为例，其低次谐波基本上为零，剩下的是比载波频率(晶体管开关频率)大一倍左右的高次谐波分量2拜+1年为调制比)。高次谐波会引起定子铜耗、转子铝耗、铁耗及附加损耗的增加，其中最为显著的是转子铝耗。因为，异步电机是以接近于基波频率所对应的同步转速旋转的，因而，高次谐波电压以较大的转差切割转子导条后便产生很大的转子损耗。除此以外，还须考

7、虑因集肤效应所产生的附加铜耗。若是异步电动机为改善起动性能而采用了深槽、刀形槽或瓶型槽等转子槽形时，转子铝耗的增加将更大。这些损耗都会使电机额外发热，效率降低，输出下降，如将普通异步电机运行于变频器输出的非正弦电源条件下，其温升一般约增加10~20%。2.2电动机绝缘结构承受冲击电压的能力目前中小容量变频器，绝大多数都是采用PWM的控制方式。它的载波频率约为几kHz到十几kI于:，这就使电动机线圈需要承受很高的电压上升率，即dl‘/dt值很高，相当干电动机线圈上反复施加电压陡度极大的冲击电压，使

8、申机的匝间绝缘承受严酷的考验。另外，由PWM变频器产生的矩形斩波冲击电压叠加在电机运行电压上，会对电机的对地绝缘形成威胁，对地绝缘在高电压的反复冲击下会加速老化。2.3谐波电磁噪声与振动当采用变频器供电时，普通异步电动机上由电磁、机械和通风等原因所引起的振动《电机技术》1996(2)和噪音，将变得更加复杂。变频器电源中含有的各次时间谐波与电机电磁部分的固有空间谐波相互干涉，形成各种电磁激振力。当电磁力波的频率和结构件固有振动频率一致或接近时将产生共振现象加大噪声。由于电机工作的频率范围宽，转速变