變頻調(diào)速異步電機(jī)優(yōu)化電磁設(shè)計(jì)

劉剛

摘? 要：變頻調(diào)速異步電機(jī)屬于目前十分重要的一種電機(jī)類型，在很多方面都有著十分廣泛的應(yīng)用，在變頻調(diào)速異步電機(jī)實(shí)際運(yùn)行及應(yīng)用過程中，為能夠使其取得比較滿意的效果，需要對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。因此，作為變頻調(diào)速異步電機(jī)設(shè)計(jì)及維護(hù)人員，應(yīng)當(dāng)對變頻調(diào)速異步電機(jī)優(yōu)化的電磁設(shè)計(jì)加強(qiáng)認(rèn)識，并且需要合理進(jìn)行電磁設(shè)計(jì)，以保證電機(jī)的更好運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速異步電機(jī);優(yōu)化設(shè)計(jì);電磁設(shè)計(jì)

中圖分類號：TM343 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）33-0080-02

Abstract： Variable frequency speed adjustable asynchronous motor belongs to one kind of motor type which is very important nowadays and has wide application in many respects. In practical operation and application process of variable frequency speed adjustable asynchronous motor， it needs optimization design for achieving satisfactory results. Therefore， as technicians responsible for frequency-conversion， speed-regulation， asynchronous motor design and maintenance， they should strengthen the understanding of electromagnetic design of inverter speed adjustable asynchronous motor optimization and need reasonable electromagnetic design to ensure better operation of motor.

Keywords： frequency-conversion， speed-regulation， asynchronous motor; optimal design; electromagnetic design

在當(dāng)前變頻調(diào)速異步電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行過程中，對于變頻調(diào)速異步電機(jī)的運(yùn)行效率及要求也在不斷提升。在變頻調(diào)速異步電機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，電磁設(shè)計(jì)屬于關(guān)鍵的內(nèi)容，對于變頻調(diào)速異步電機(jī)整體水平的提升有著重要的價(jià)值及意義，因而需要注重變頻調(diào)速異步電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)，滿足電機(jī)的使用要求及需求。

1 變頻調(diào)速異步電機(jī)設(shè)計(jì)概述

就目前電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)情況而言，對于普通電動(dòng)機(jī)，在實(shí)際合計(jì)過程中需要對性能參數(shù)進(jìn)行考慮，其中包括起動(dòng)性能、過載能力以及功率因數(shù)，還有額定工作點(diǎn)時(shí)效。然而，在變頻調(diào)速異步電機(jī)的設(shè)計(jì)過程中，需要對變頻器及機(jī)械傳動(dòng)位置等相關(guān)因素進(jìn)行充分考慮，因而在這種類型的電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中不能只考慮電機(jī)自身，需要依據(jù)調(diào)速系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中相關(guān)性能指標(biāo)，獲取電機(jī)最理想的設(shè)計(jì)參數(shù)。在變頻調(diào)速異步電機(jī)的實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，其基本原理主要的基礎(chǔ)就是異步電機(jī)設(shè)計(jì)有關(guān)理論，但是在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中還需要對兩個(gè)方面的問題加強(qiáng)注意，一方面，對于輸入電源波形，應(yīng)當(dāng)盡可能保證其為正弦波，另一方面，在全調(diào)速范圍之內(nèi)，對于電機(jī)品質(zhì)因數(shù)，應(yīng)當(dāng)保證其綜合質(zhì)量，并且在必要情況下對于電機(jī)中某些參數(shù)，在確定時(shí)應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)考慮。因此，在變頻調(diào)速異步電機(jī)的設(shè)計(jì)中，相比于傳統(tǒng)電機(jī)而言，其表現(xiàn)出以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：

首先，對于變頻調(diào)速異步電機(jī)而言，在對其工作電壓、頻率以及效率與額定值進(jìn)行選擇方面，應(yīng)當(dāng)遵循電機(jī)性能最合理的原則，不可被電網(wǎng)工頻限制。其次，對于變頻調(diào)速異步電機(jī)，通過改變其輸入電壓及頻率，可使電機(jī)實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，因而不會有轉(zhuǎn)差率比較大的情況存在，因而對于工頻下電機(jī)的啟動(dòng)，在性能方面的要求相對也就不是特別高。同時(shí)，在對于電機(jī)中的定子疊片槽形，在進(jìn)行確定時(shí)需要考慮的因素主要就是漏抗大小，對于啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩對其所產(chǎn)生影響可以忽略。再次，在電機(jī)實(shí)際運(yùn)行過程中，若轉(zhuǎn)子磁通保持穩(wěn)定不變，則其機(jī)械性能也就趨向于直線，因而在設(shè)計(jì)過程中電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)對于漏抗大小也就不會產(chǎn)生太大限制。最后，對于變頻調(diào)速異步電機(jī)中的調(diào)頻系統(tǒng)而言，繞組阻抗參數(shù)對其所產(chǎn)生的影響比較大，因而在電機(jī)實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，需要對兩個(gè)方面的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行考慮，分別為電機(jī)與控制系統(tǒng)，主要就是要從技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性兩個(gè)方面進(jìn)行考慮，從而使設(shè)計(jì)達(dá)到最理想效果，滿足實(shí)際設(shè)計(jì)需求[1-2]。

2 變頻調(diào)速異步電機(jī)的電磁優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 變頻調(diào)速異步電機(jī)電磁優(yōu)化設(shè)計(jì)中的定子設(shè)計(jì)

變頻調(diào)速異步電機(jī)的電磁優(yōu)化設(shè)計(jì)中，定子設(shè)計(jì)屬于十分重要的內(nèi)容，在這一方面主要就是對電機(jī)中的主要尺寸進(jìn)行計(jì)算，對槽數(shù)及槽形進(jìn)行合理選擇，并且對定子繞組進(jìn)行合理計(jì)算，因而在定子設(shè)計(jì)過程中，主要尺寸計(jì)算屬于最基本內(nèi)容，因而需要對這一方面加強(qiáng)重視。在電機(jī)主要尺寸的計(jì)算方面，其主要就是對定子內(nèi)外徑實(shí)行計(jì)算，并且對電機(jī)軸向長度實(shí)行計(jì)算，就目前電機(jī)主要尺寸的計(jì)算確定方法而言，基本上都依據(jù)通過經(jīng)驗(yàn)及理論而得到的統(tǒng)計(jì)公式。在對電機(jī)主要尺寸進(jìn)行合理計(jì)算的基礎(chǔ)上，下一步就是對極對數(shù)進(jìn)行合理選擇，在極對數(shù)的選擇方面，需要對電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速進(jìn)行考慮，在確定好所需頻率之后，可將電源頻率及電機(jī)極對數(shù)比值確定，因而需要注意依據(jù)一定的因素對極對數(shù)進(jìn)行充分考慮，通常情況下極對數(shù)都會選擇2或者3，需要依據(jù)具體情況及需求確定最終的極對數(shù)。在將電機(jī)主要尺寸及極對數(shù)確定之后，還需要注意對定子槽數(shù)進(jìn)行合理選擇，通常而言都是依據(jù)定子外徑對槽數(shù)進(jìn)行合理選擇，所選擇槽數(shù)不可過多，以避免定子齒距過于小，定子齒部容易受到損壞，不但會導(dǎo)致電機(jī)使用壽命縮短，還會導(dǎo)致槽利用率降低，會影響到電機(jī)工藝，但也不能定子槽數(shù)過少，槽數(shù)過少會導(dǎo)致諧波增加，致使附加損耗及附加轉(zhuǎn)矩增加，并且會導(dǎo)致漏抗增加，致使效率及功率因數(shù)減少，影響電機(jī)性能。此外，在對定子槽數(shù)進(jìn)行選擇過程中，對于繞組平衡需要充分考慮，從而使槽數(shù)的選擇更加科學(xué)合理。在將定子槽數(shù)確定之后，還需要注意對定子槽形進(jìn)行合理確定，在這一方面需要注意的就是在軛部磁密及齒部磁密允許的基礎(chǔ)上，對于槽形面積需要盡可能增加，從而使諧波肌膚效應(yīng)所產(chǎn)生的影響可以有效減少，為能夠使高次諧波得以有效抑制，需要將定子漏抗增加，因而在定子槽形設(shè)計(jì)中需要將其設(shè)計(jì)成深而窄的形狀。除上述這些方面之外，還應(yīng)當(dāng)注意對定子繞組進(jìn)行合理確定，這一方面主要就是需要注意對電磁諧波進(jìn)行抑制，以減少電磁諧波所產(chǎn)生的影響，使定子繞組設(shè)計(jì)更加合理。