變頻調(diào)速電機(jī)設(shè)計制造中的問題及解決策略

徐躍峰

摘 要： 本文選擇就變頻調(diào)速電機(jī)設(shè)計制造中的問題及解決策略這一論點(diǎn)進(jìn)行分析和研究，為了確保分析和研究的全面性，設(shè)計如下研究框架。首先，闡述變頻調(diào)速電機(jī)設(shè)計特點(diǎn)，利于進(jìn)一步區(qū)分傳統(tǒng)異步電機(jī)與變頻調(diào)速電機(jī)區(qū)別。其次，立足實(shí)際，分析變頻調(diào)速電機(jī)設(shè)計中存在問題，了解設(shè)計中不足。最后，結(jié)合變頻調(diào)速電機(jī)設(shè)計中不足，探索變頻調(diào)速電機(jī)設(shè)計方法，力求完善以往設(shè)計缺陷，提升設(shè)計效果以及制造質(zhì)量。

關(guān)鍵詞： 變頻調(diào)速電機(jī);設(shè)計制造;問題;解決策略

【中圖分類號】TG519 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A ? ? 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.38.148

前言：現(xiàn)階段，科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展，帶動微機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)以及交流交頻技術(shù)的發(fā)展，豐富現(xiàn)代化控制理論。就交流交頻技術(shù)來說，在新形勢下，交流交頻技術(shù)得到進(jìn)一步發(fā)展，使其在各個領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，包括煉鋼領(lǐng)域、造紙領(lǐng)域、家電以及石油行業(yè)等，均被大力應(yīng)用。為了發(fā)揮交流交頻技術(shù)最大優(yōu)勢，促進(jìn)各個領(lǐng)域的發(fā)展，應(yīng)重視變頻電機(jī)的設(shè)計和制造方面工作，做好電磁設(shè)計以及絕緣處理，最大限度控制定子以及轉(zhuǎn)子的電阻，這樣利于變頻調(diào)速電機(jī)更好服務(wù)傳動系統(tǒng)，提升應(yīng)用性，并促進(jìn)交流交頻技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展。

1 變頻調(diào)速電機(jī)設(shè)計特點(diǎn)

變頻調(diào)速系統(tǒng)主要包括，可編程程序控制設(shè)備、變頻器、變頻調(diào)速感應(yīng)電動機(jī)、控制軟件以及終端執(zhí)行軟件等各個智能器件。各個設(shè)備以及器件，構(gòu)成了變頻調(diào)速的開環(huán)與閉環(huán)交流調(diào)速系統(tǒng)。該系統(tǒng)的應(yīng)用，完善以往直流調(diào)速以及機(jī)械調(diào)速不足，使得生產(chǎn)效率和機(jī)械化程度得到提升，設(shè)備更加的智能化與小型化。

變頻器調(diào)速電機(jī)設(shè)計較為重要，詳細(xì)來說，其設(shè)計特點(diǎn)包括以下幾個方面。

其一，變頻調(diào)速機(jī)的設(shè)計應(yīng)具備較高的激磁電抗以及功率因數(shù)，可以控制諧波電流以及磁通的振動幅度，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩脈動的最小化，降低損耗[1]。

其二，變頻調(diào)速電動機(jī)的氣隙場，較為均勻，利于有效控制電流。

其三，由于轉(zhuǎn)子槽漏抗較大，因此集膚效應(yīng)顯著，這樣將增加銅耗。因此，為了有效控制電流中的高次諧波，變頻調(diào)速機(jī)設(shè)計期間，要適當(dāng)?shù)脑黾与姼?。電阻機(jī)漏抗的設(shè)計，需全面兼顧，保證內(nèi)抗組匹配的科學(xué)、合理性。

其四，變頻調(diào)速機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，常選擇F級別或者更高級別。與此同時，設(shè)計期間要考慮到絕緣耐沖擊電壓的影響，進(jìn)一步增強(qiáng)地絕緣以及線匝絕緣的強(qiáng)度。

其五，冷卻方式的選擇，可選擇強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻的方法，也就是利用主電機(jī)散熱風(fēng)扇來進(jìn)散熱，通過獨(dú)立設(shè)計，可以有效調(diào)控電機(jī)的溫度，利于其更好的運(yùn)行，

2 變頻調(diào)速電機(jī)設(shè)計制造中的問題

2.1 諧波電磁噪聲和振動問題

諧波電磁噪聲和振動問題，也是變頻調(diào)速機(jī)設(shè)計和制造期間常見問題。一部普通電動機(jī)在利用變頻器進(jìn)行供電時，受到通風(fēng)、機(jī)械、電磁等不同因素影響，導(dǎo)致出現(xiàn)振動和噪聲問題。變頻器電源內(nèi)含有各次時間的諧波以及電動機(jī)電磁的固有部分也存在較大的諧波，電源與電動機(jī)內(nèi)部諧波二者相互碰撞，將產(chǎn)生干擾。同時，當(dāng)電源和電動機(jī)內(nèi)部的諧波振動頻率趨于一致或者接近時，也會引發(fā)共振問題，進(jìn)而增加噪聲[2]。

2.2 電動機(jī)絕緣強(qiáng)度方面問題

中小型變頻器大部分采用PWM這一控制方法。此方法應(yīng)用期間，載波的頻率可達(dá)到幾千，甚至十幾千赫，這就導(dǎo)致電動機(jī)定子的繞組負(fù)載壓力不斷增加，在反復(fù)對繞組施壓后，影響電動機(jī)的絕緣性[3]。此外，PWM變頻設(shè)備的應(yīng)用，也會產(chǎn)生矩形的斬波，此電波電壓不斷疊加在電動機(jī)設(shè)備上，對電動機(jī)絕緣性能帶來威脅，在長期反復(fù)的沖擊下，電動機(jī)會迅速老化。

3 變頻調(diào)速電機(jī)設(shè)計制造中問題的解決舉措

3.1 電磁的設(shè)計

電磁的設(shè)計需要考慮到性能的參數(shù)，包括功率因數(shù)、啟動性能、過載力等。此外，受到臨界轉(zhuǎn)差率的與電源頻率二者電源頻率的影響，需要選擇適合的轉(zhuǎn)子電阻以及轉(zhuǎn)子抗漏，可有效控制頻率，確保其最低[4]。詳細(xì)來說，電磁設(shè)計期間，也要做好以下幾個方面工作。

其一，應(yīng)最大限度的減小定子與轉(zhuǎn)子的電阻。這樣可以有效控制基波銅耗，也能夠彌補(bǔ)諧波所導(dǎo)致銅耗的增加，控制低速以及低頻中電子電阻的電壓，提升轉(zhuǎn)矩。這樣調(diào)頻電機(jī)可以利用較大的電阻值來獲取足夠的電阻定轉(zhuǎn)矩?？刂妻D(zhuǎn)子電阻值最低，可以減少由于高次諧波以及基波最產(chǎn)生轉(zhuǎn)子的銅耗，也可以控制低速時轉(zhuǎn)矩的脈動。

其二，為了控制電流中存在的高次諧波，需適量增加電動自設(shè)備電感。但是由于受到轉(zhuǎn)子槽漏抗較大的影響，導(dǎo)致其集負(fù)的效應(yīng)也較大，這樣將增加諧波銅耗損。此外，電動機(jī)如果具備較大轉(zhuǎn)子，其在恒功調(diào)速區(qū)域中運(yùn)行，會出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩降低現(xiàn)象（伴隨電源頻率的逐漸增加轉(zhuǎn)矩相應(yīng)降低）。所以，為了保證電動機(jī)有效運(yùn)行，要確保漏抗大小合理性，結(jié)合調(diào)速的范圍以及內(nèi)阻抗匹配的合理性進(jìn)行設(shè)計[5]。

3.2 結(jié)構(gòu)的設(shè)計

結(jié)構(gòu)設(shè)計期間要注意以下幾個方面。其一，結(jié)構(gòu)設(shè)計中，絕緣等級需要設(shè)計為F級別或者更高的級別。也要重視地絕緣以及線匝的絕緣程度設(shè)計，進(jìn)一步考慮到絕緣耐沖壓力帶來影響。

其二，為了避免出現(xiàn)電動機(jī)噪聲以及振動問題，在電磁設(shè)計期間應(yīng)注意定子以及轉(zhuǎn)子槽的選擇和配合，并考慮到電動機(jī)結(jié)構(gòu)件和整體的剛性，最大限度提升固有的頻率，避免各次力波出現(xiàn)共振的現(xiàn)象。

其三，考慮到低速階段冷卻問題帶來的影響，在設(shè)計期間，可以先在獨(dú)立電源供電冷風(fēng)機(jī)，對其實(shí)施強(qiáng)迫通風(fēng)。

結(jié)束語：綜上所述，變頻調(diào)速機(jī)設(shè)計制造期間存在一些問題，如電動機(jī)設(shè)備溫度過高以及效率低下問題，變動及絕緣性能差，強(qiáng)度不夠等問題，此類問題，對變頻調(diào)速機(jī)的應(yīng)用效果帶來較大影響。因此，為了避免出現(xiàn)上述問題，完善當(dāng)下變頻調(diào)速機(jī)應(yīng)用不足，需在設(shè)備設(shè)計以及制造期間，做好變頻調(diào)速機(jī)電磁設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計以及絕緣設(shè)計工作，提升工藝應(yīng)用性，避免設(shè)備出現(xiàn)老化等問題。

參考文獻(xiàn)

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[4] 王玉軍.變頻調(diào)速電機(jī)設(shè)計制造中的問題及對策[J].機(jī)械工程師，2019（05）：119-120.

[5] 蔡志軍，陳勁松.國產(chǎn)變頻調(diào)速異步電機(jī)的設(shè)計與制造技術(shù)[J].馬鋼職工大學(xué)學(xué)報，2020（03）：12-16+24.