变频调速三相异步电动机的设计特点

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1、变频调速三相异步电动机的设计特点((机电技术》2003年第1期扔启汾计与研穷变频调速三相异步电动机的设计特点刘仲怒(福建工程学院福州350014)摘要:随着电力电子领域新技术的飞速发展，交流变频调速系统在工业领域得到了广泛应用。变频调速电机以简单的结构、优良的调速性能、较高的调速比、使用可靠性高等优点得到了各行业的认同。本文就这种类型电机的设计特点作一介绍。关键词:谐波损耗磁通转矩效率中图分类号:TM3432文献标识码:A文章编号:1672一4801(2003〕01一0033一04一般电机的电磁设计重点考虑的是50H2时的五项性能指标。而变频电机，无论是采用电压型逆变器还是采用电流型逆变器

2、供电，在设计时都要考虑到电动机在非正弦波电源下，电机的使用可靠性、过载能力、以及调速性能以及其它力能指标。以下主要围绕几个方面谈谈设计特点。1等值电路及空载和负载特性变频电动机由于采用非正弦波电源，因此其定子绕组中的电流除基波分量外，还含有一系列的高次谐波，气隙中将同时存在基波和一系列谐波磁势。虽然谐波磁势和基波磁势的极数相同，但是以K倍于基波转速在正向或反向旋转。其中K二61，+1(。=0，l，3，5.二)次谐波磁势与基波磁势转向相反，而K二6。一1(，=1，3，5.二)次谐波磁势与基波磁势转向相同。在分析变频调速电动机的负载特性时，可将基波分量单独作用时的基波作用等值电路与高次谐波作用

3、等值电路叠加而求得结论。两种等值电路如图1、图2所示。其中基波作用等值电路可用T型等值电路来表示，对高次谐波等值电路来说，由于k次谐波的激磁电抗X.‘远大于转子的阻抗，故可将激磁支路省略，从而得到图2所示的简化等值电路。RlkXlkX2丫护‘RZkllskX丫仁‘R一一一，曰.U.，..占甲图1由图I、图2可求得电动机空载电流L了‘，=了(，.几+:，.几)-----------------------一(l)图2上式中，l(，:为空载基波电流;肠‘为空载高次谐波电流;从上面的L，表达式我们可以知道，用变频器传动的电动机与用电网工频电源直接驱动的电动机相比较，前者的空载电流要大;另外.由图

4、1可求出负载基波电流l，，再由图2可求出负载高次谐波电流I*，将二者叠加后，可得电动机负载电流扔碧投汁与研穷《机电技术》2003年第!期，一j(l户+。矛)-----------------------一‘2)当电机转速为:1时，K次谐波电流基波磁势的转差率为:。可人h.土n)(K士l)干SS=二二二二红二几二二=上二二二二二二二二一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一‘3)犬呜K其中:对正转磁势取(K一l)，s前用“十.’对反转磁势取(K+l)，s前用“一”由式(3)可知，始终接近于l。因为SK近似等于在电动机整个运行过程中，一号;号。虽然基波转差率S，可由。变成1或者反之，但谐波转差

5、率S、却变化极小，故由图2可知，在电动机从空载至满载甚至堵转的运行状态下，谐波电流奴都近似恒定不变，即与负载变化无关。因此谐波电流为:U‘、凡份·令)2·、xl女·x;介，2一(4)总谐波电流有效值为:艺‘，一祝+对+…十‘-----------------一(5)2谐波损耗与总损耗-总的来说·电动机由逆变器供电时将比工频交流电供电时电机的总损耗增加15一2()%，效率下降2_一3%。l)定子铜耗电动机定子绕组多为圆铜线组成，在谐波磁场下，其挤流效应对定子电阻Rl的影响并刀呢显即因此定子急铜耗为:兔一’‘听十忆‘户X“-------------------一(6)_一2)转子铝耗在谐波高频

6、磁场的作用下，转子导条将产生明显的挤流效应，其交流电阻将显著增加，从而引起较大的转子谐波损耗。因导条的交流电阻是电流频率的函数，故各次谐波的转子损耗必须分开计算。转子K次谐波电流的损耗为:侃产3对兵x心---------------------------一(7)式中，几、R衬分别为已折算到定子边的转子K次谐波电流和对应于K次谐波的转子交流电阻石则总的转子谐波损耗为:心。一3艺“‘----------------------------一(8)转子总铝耗为:几I:=已，2十几。*------------------------------一(9)转子谐波铜耗是电动机效率降低的主要原因之一因

7、此在设计中，应合理选择转子导条形状和琅寸1以减少谐波频率下挤流效应的影响，降低谐波损耗，提高电动机的运行效率。3)铁心损耗考虑到谐波电压对铁耗的影响，利用“等效磁通”的方法即可求得磁路掷分的谐波磁氮一谐波电流的基波磁通产生的总铁耗为:凡*一艺、kl+艺haZ--------------------一(l0)《机电技术》2003年第1期次碧份汁与研穷式中R战1、Pre‘2一分别为K次谐波电流基波磁通在电机定、转子中的铁耗，