對變頻調(diào)速異步電機(jī)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的探討

賴俊良　宋佳文（哈爾濱電氣動(dòng)力裝備有限公司，黑龍江　哈爾濱　150000）

對變頻調(diào)速異步電機(jī)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的探討

賴俊良宋佳文
（哈爾濱電氣動(dòng)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(diǎn)入手，針對變頻調(diào)速系統(tǒng)的內(nèi)在特點(diǎn)闡述了有關(guān)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并分析了變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)與制造方法。

變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)；變頻調(diào)速技術(shù)；諧波；變頻器

進(jìn)入21世紀(jì)，我國電氣傳動(dòng)系統(tǒng)被廣泛的應(yīng)用在國民經(jīng)濟(jì)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(shí)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(jī)被廣泛的關(guān)注。交流電機(jī)在大容量、高轉(zhuǎn)速及防污染等方面與直流電機(jī)相比優(yōu)越性非常強(qiáng)烈。

一、變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)概述

電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)是電力電子以及電氣傳動(dòng)學(xué)科為基礎(chǔ)研發(fā)的高新技術(shù)，大功率交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)作為電機(jī)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(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用不僅具備直流調(diào)速電機(jī)工作要求，而且還有單機(jī)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(dòng)機(jī)工作原理

目前，變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)以高效的驅(qū)動(dòng)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(jī)控制技術(shù)得到進(jìn)一步的改善。異步電動(dòng)機(jī)在應(yīng)用中，轉(zhuǎn)速可以根據(jù)設(shè)備運(yùn)行要求而不斷變化，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著定子的供應(yīng)頻率而不斷地變化，從而實(shí)現(xiàn)對電機(jī)變頻調(diào)速控制的要求。根據(jù)電動(dòng)機(jī)的工作原理分析，若希望變頻電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中具備良好的運(yùn)動(dòng)及負(fù)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(gè)時(shí)候，如果磁通變化過大，那么電動(dòng)機(jī)的電磁線路容易發(fā)生飽和，使得電動(dòng)機(jī)磨損加速；而磁通變化太小，則電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)不到預(yù)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，鐵芯得不到充分的利用，會(huì)影響到電動(dòng)機(jī)的工作壽命。

2 變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

變頻調(diào)速異步電機(jī)的設(shè)計(jì)工作不是一個(gè)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(huì)發(fā)展實(shí)際和變頻調(diào)速系統(tǒng)的內(nèi)在特征，將設(shè)計(jì)內(nèi)容同逆變器、傳動(dòng)裝置與調(diào)速裝置共同結(jié)合起來，形成一個(gè)既能滿足傳動(dòng)又能達(dá)到調(diào)速的機(jī)械、電氣雙重系統(tǒng)。就設(shè)計(jì)具體內(nèi)容分析，需要從系統(tǒng)整體出發(fā)，在保證電機(jī)與逆變器的基礎(chǔ)上對電機(jī)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，并將供應(yīng)電源的正弦參數(shù)和變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)目標(biāo)結(jié)合。需要注意的是，在這類電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中對設(shè)計(jì)參數(shù)和電源正弦參數(shù)要特別考慮。

二、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

隨著電力電子技術(shù)的飛速進(jìn)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(dòng)態(tài)性良好的優(yōu)勢成為變頻調(diào)速領(lǐng)域的工作重點(diǎn)。就變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)的具體設(shè)計(jì)而言，其設(shè)計(jì)方法如下：

1 基本要求

鐵芯作為電動(dòng)機(jī)中不可或缺的一部分，同時(shí)做好電機(jī)設(shè)計(jì)鐵芯環(huán)節(jié)的內(nèi)容不容忽視。在目前設(shè)計(jì)中為了更好的利用鐵芯材料本身的作用，設(shè)計(jì)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(jī)速度，這時(shí)則要保持在穩(wěn)定狀態(tài)，因?yàn)榇磐ㄔ黾訒?huì)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?；诖祟惉F(xiàn)象，在電機(jī)變頻調(diào)速異步設(shè)計(jì)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(jī)運(yùn)行的機(jī)械性，以機(jī)械性為核心對電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行方式、運(yùn)行頻率進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2 用于節(jié)能工況的異步電動(dòng)機(jī)

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(dòng)系統(tǒng)，這種電動(dòng)機(jī)在使用中包含有風(fēng)機(jī)、水泵等拖動(dòng)系統(tǒng)，其負(fù)載量占據(jù)整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)電力拖動(dòng)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(jì)要點(diǎn)

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

3.2 變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，轉(zhuǎn)速較低的時(shí)候要減小電能供應(yīng)，盡可能的將最大扭矩調(diào)整到啟動(dòng)點(diǎn)，獲得良好的啟動(dòng)特性，因而在設(shè)計(jì)變頻電機(jī)的時(shí)候我們不需要對啟動(dòng)型做特別分析，轉(zhuǎn)子槽的設(shè)計(jì)也不需要更替，以保證設(shè)計(jì)進(jìn)度和質(zhì)量。

3.3 變頻電機(jī)在通過調(diào)節(jié)電壓和頻率的時(shí)候，每一個(gè)運(yùn)動(dòng)點(diǎn)都可以包含多種不同的運(yùn)行方式，對應(yīng)的電磁頻率也不盡相同，因此在設(shè)計(jì)中要對用電壓選擇一致的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，使得電機(jī)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(jī)的功率因數(shù)和效率可以設(shè)計(jì)得更高，功率密度得以進(jìn)一步提高?，F(xiàn)有數(shù)據(jù)表明：在額定工作點(diǎn)，逆變器供電下的異步電機(jī)效率比普通電機(jī)高2%～3%，功率因數(shù)高10%～20%。

三、變頻調(diào)速異步電機(jī)制造技術(shù)發(fā)展

1 機(jī)殼成型技術(shù)

由于變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)本身工作范圍大、涉及內(nèi)容多的特征，因此在設(shè)計(jì)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(diǎn)出發(fā)去分析和斷定機(jī)殼成型技術(shù)是否合理。同時(shí)在一些特殊情況下我們還可以采用前剛性結(jié)構(gòu)進(jìn)行機(jī)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(jìn)行分析，并將其導(dǎo)熱性能作為研究重點(diǎn)，這種做法能有效避免因?yàn)閷?dǎo)熱而引發(fā)的鐵芯位移和變動(dòng)，同時(shí)大大減少了機(jī)組剛性共振現(xiàn)象，保證了機(jī)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(jī)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(jī)設(shè)計(jì)問題，加大對大型變頻調(diào)速異步電機(jī)的設(shè)計(jì)研究，只有這樣才能趕上世界先進(jìn)水平。

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

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