对交流变频调速电机的设计探究

谭伟，谭冰

佳木斯电机股份有限公司

对交流变频调速电机的设计探究

谭伟，谭冰

佳木斯电机股份有限公司

随着我国科技水平的不断发展，交流变频调速电机的出现已经逐渐替代了无极调速电磁调速机和调压调速电动机。在电动机领域中，交流变频调速电机已经遍布应用在各个领域中，在控制方面和经济适用方面也逐步提高到了一个高效能高实用性的方面，和直流调速电机相比也在不断的有新的技术革新。本文笔者则从交流变频调速电动机的控制入手，简单介绍交流变频调速电机的控制方式，然后重点介绍其基本的设计原理，以供参考。

交流变频；调速电动机；设计；控制方式；原理

前言

交流变频调速电机目前在我国很多生产制造企业中应用广泛，其优势在于能够节能环保，而在我国市面上的交流变频调速电机均是具有负载特性的风机和泵机结构的转速控制电机，这种变频电机的控制方式和以往风门、阀门的调节方式相比能够节能近一半左右。而在设计工艺的比较上，调速的生产工艺也是能够调速控制的方式之一，一方面不仅能够实现电动机的软启动，更能够实现电网对电机的冲击。因此，交流变频调速电机在生产和控制上能够提高控制精度和生产效率，还能够不断扩大调速范围，起到了稳定电压和转速的作用。

1.交流变频调速电动机的控制方式

1.1.流变频调速电动机的矢量控制

交流电动机的矢量控制一般情况下是通过模拟直流电动机的转矩控制规律，这样一来直流电动机的电枢电量控制和励磁电流量就被确定的电流所分解，在矢量的控制上，对于转矩的控制要对直流电动机的优良性能有一定的考量，要不断快速的相应和并能够起到一个良好的启动、制动的效果，只有这样才能够符合电动机的场合工作要求。

1.2.流变频调速电动机的直接转矩控制

直接转矩控制目前在我国高速发展的电机变频操作模式中与矢量控制和变换有着不同的运算方式，钉子空间矢量和三厢电动机的数字模型可以通过直接转矩控制来一起分析，对于开环方式的转速和转矩控制可以共同进行直接转矩的控制。在PWM的波形下直接决定了转矩的形成，相比之下，直接转矩的控制效果则表现的更为优秀。

1.3.流变频调速电动机的1V/F控制

异步电动机的转速与定子电源频率F的转速在极对数之间有着显著的联系。当F出现变化时，定子电源的频率就会有同步升降的转速调整，但是在某种程度下，磁路的饱和和转矩通常是不足的，在F改变时，定子的电压可以进行同步调节，进而会确保气隙的磁通量保持不变，电动机的工作效率也不会由此而发生改变，这种工作方式在实际控制中固然能发挥出较高的性能，但是由于其相应的设置时开环的，因此在调速的精度较低的范围的状态下不能使用与高精度要求的控制。

1.4.差频率控制

异步电机的转矩和气缝频率在气隙磁通上保持一致，那么从电机学的角度就可以得到转差频率与控制转差频率在电动机转矩控制上是等同的，这也就是说转差控制频率是通过速度检测出的电动机的转速，而电动机的速度和转差频率与逆变器的输出频率在控制精度上对电流的抑制等很多特性上比v/f控制方式有较大提高。但是在实际的稳态机械特性上能够得出结论，控制方式中的维持磁通和恒定关系的转矩是基本固定的，这也由此能够得出电磁惯性给电动机带来的影响在实际的动态应用效果上不够理想，也不能有一个良好的控制效果。

2.基本设计原理和设计特点

2.1.流变频调速电机的基本设计原理如下

我们用n1表示同步转速，f表示交流电源频率，p表示磁极对数，则：

n1=60f/p

而通过同步转速公式我们又能看到，电源频率f与转速n之间成正比关系。所以，在实际设计中，我们可以通过对电源频率的改变对电动机的转速进行平滑调节。

而异步电动机的电动势与电磁转矩公式，又分别如下：

El=2.22fNφKdpφm

TN=C φmlRcosφR

如果在同等状态下忽略定子阻的抗压效果，那么如果U1= E1，那么当U1保持一个不变的数值时，F电源的频率如果持续升高，那么φ m的气隙就会逐渐减小，TN的电动机电磁转矩也会同样被减少，电动机的最大转矩就会降低。如果相反的情况下电动机的变频调速方式如果能够被拖动电机的实际要求所选择，例如在恒转矩变频调速的情况下，转矩输出保持不变，那么其φ m磁通也会保持不变。在这种方式控制下的电动机的电压会和频率形成一个正比的关系。但是如果对于恒功率变频调速来说，在保持输出功率不变的情况下，电压就会始终保持在一个恒定值。这种控制方式下，频率也会不断的增加，气隙磁通与电机的转矩也会随之降低。

2.2.计特点

交流变频调速电动机目前普遍采用的是SPWM正弦脉宽调制技术，由于生产波形是工频电网供电产生的正弦，在低频空载的情况下电动机的损耗较大，但是温度的升高，电动机的工作效率却在降低，在转矩降低的过程中，变频调速电机与普通电机不能陪陪的问题成为变频调速电机设计与开发的关键所在。通过长期的探索可以发现，交流变频调速电机自带风扇，这对电动机的冷却就起到了关键作用，在很多场合下不能适应变频供电。通常在恒转矩的工作模式下，电动机的电流和电测会在一个恒定的数值中工作，但是在转速与冷却风量成正比时，热量会产生在散去就会产生困难。因此，经过研究可以发现，变频调速电动机硬通过外通风的方式进行冷却设计，并且应该以科学的方式来降低电动机的实际损耗。同时，应认真分析空气内的流畅和温度场，以此来避免不同的温度分布情况和不均匀的分布系数，通过这种方法就能够起到分散并提高底部的散热能力。因此，在电机的实际设计之中，应该充分这几种问题，可利用减少电机气隙不平衡以及电磁激振力的大小，并且进一步提高对定子铁心内径以及转子铁心外径的实际加工精确度来降低电机噪声。

结束语：

综上所述，交流变频调速电机目前的技术发展日新月异，交流变频调速目前正以一个优异的调整性能变为现如今最有发展前途的一个调速方式，而交流变频调速电动机的出现也正是我国电动机发展史上的一个崭新的发展历程。因此，对于变频调速电动机的设计与分析就显得尤为重要。也正因如此，变频调速电动机的设计才能够在生产制造行业中发挥其更大的优势，为我国的生产制造行业做出更大的贡献。

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[2]胡志文.实用交流电机智能变频调速系统[J].电子世界. 2002(05)