變頻電動機設(shè)計制造的應(yīng)用

在歷史進程中，交流電動機出現(xiàn)比變頻調(diào)速裝置要早，變頻器基本上是針對已有的電動機來“配套”運行的。但是，在電動機和變頻器之間存在著相互適應(yīng)的問題。在變頻調(diào)速日益普及的今天，結(jié)合變頻工況的特點來設(shè)計制造專用電動機，可以獲得更加合理的效果。

傳統(tǒng)異步電動機的設(shè)計中特別需要考慮要使起動轉(zhuǎn)矩足夠大，以保證電機帶載起動，并縮短起動過程。按照電機理論，增大起動時的轉(zhuǎn)子電阻就可以增加電機的起動轉(zhuǎn)矩，但在正常運行時，較大的轉(zhuǎn)子電阻又會增加正常運行時的損耗。所以可以將轉(zhuǎn)子設(shè)計成雙鼠籠繞組或深槽結(jié)構(gòu)：起動時磁場已按同步轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子繞組尚處低速，二者相對運動速度比較大，集膚效應(yīng)顯著，轉(zhuǎn)子電流被“擠”到外鼠籠或深槽的近表面層，這樣轉(zhuǎn)子繞組的有效電阻增大，起動轉(zhuǎn)矩增加；而在正常運轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與磁場轉(zhuǎn)速接近，二者相對運動速度比較小，集膚效應(yīng)幾乎消失，轉(zhuǎn)子電流比較均勻地分布在整個轉(zhuǎn)子繞組中，轉(zhuǎn)子電阻恢復(fù)正常，損耗減小到正常值。這本來是很好的設(shè)計構(gòu)思，但它又必然使轉(zhuǎn)子的徑向尺寸加大，定子尺寸也必然隨之加大，整個電機的有效材料和結(jié)構(gòu)材料都要增多。但這都已被認(rèn)為是十分正常、無可挑剔的。

但是，在變頻工況下，電動機依施加頻率的逐漸提高而起動，磁場旋轉(zhuǎn)速度隨頻率同步加快，轉(zhuǎn)子也始終可以與當(dāng)時的磁場轉(zhuǎn)速接近，不產(chǎn)生明顯效應(yīng)；另一方面，電動機的轉(zhuǎn)矩－轉(zhuǎn)速曲線又是隨著頻率變化而向低速側(cè)平移，在變頻工況下，低頻時的轉(zhuǎn)矩向最大轉(zhuǎn)矩靠近。也就是說，變頻工況下電動機的起動轉(zhuǎn)矩不是問題，不需要像傳統(tǒng)電機那樣靠增加轉(zhuǎn)子電阻來提高起動的轉(zhuǎn)矩，加上變頻起動時轉(zhuǎn)子繞組不存在明顯的集膚效應(yīng)。所以雙鼠籠或深槽的結(jié)構(gòu)對變頻起動是不必要的。在同樣功率下，變頻工況專用電動機可以把轉(zhuǎn)子槽形設(shè)計得淺扁一些，徑向尺寸明顯縮小，電機的整個尺寸和材料消耗都相應(yīng)減少，電機效率反而提高。這是利用了變頻工況有利的一面。

另一方面，變頻工況下電機中會出現(xiàn)諧波電流和相應(yīng)的諧波磁場。它們會引起諧波損耗而使電機發(fā)熱增加，還可能出現(xiàn)諧波轉(zhuǎn)矩，使電機在起動過程中出現(xiàn)附加振蕩。這給電機設(shè)計提出新的要求：選擇合理的定子與轉(zhuǎn)子槽數(shù)，采取適當(dāng)?shù)男辈鄞胧�，減少諧波轉(zhuǎn)矩的影響。另外電機中的諧波又分成兩種：一是由電流諧波激發(fā)出的時間諧波磁場；二是由繞組分布得不連續(xù)而形成的空間諧波磁場。如果通過仿真選擇適當(dāng)?shù)姆桨福�使兩種諧波得到適當(dāng)補償也是值得探討的。所以，嚴(yán)格地說，傳統(tǒng)設(shè)計的電機在變頻運行時需要考慮降容量運行；變頻工況專用電動機設(shè)計制造時可以大大削弱諧波的影響。所以，權(quán)衡正、負(fù)兩方面的影響，設(shè)計出適合變頻工況專用電動機，可以得到揚正抑負(fù)的效果。