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        變頻電機發展及國內外現狀

        責任編輯:南陽電機   發布時間:2018/2/1 11:04:33    人氣:   

          雖然異步電機和直流電機問世只相差六十年,但是二十世紀七十年代以前,凡是需要調速范圍廣,速度控制精度高和動態響應性能好的場合,幾乎全部采用直流調速系統。
          自從二十世紀九十年代開始,人們對變頻調速系統的研究主要集中在變頻器的拓樸結構以及控制算法上,并且取得了較大的進展,使電機傳動的動態性能和調速精度得到了大大的提高,但變頻電源集成的交流調速系統電機的效率、功率因數和功率密度等穩態性能卻沒有得到相應的重視和研究。尤其是高壓高容量的電動機傳動系統中出現了低效率和低功率因數的問題,于是人們重新認識到電機在變頻調速系統中的穩態性能與其動態性能一樣重要。對不同的控制方法,電機在效率、功率因數以及溫升等性能上都有很大的差別。提高電機在變頻調速系統中的穩態性能,不僅可以極大地節約能源,而且還能提高電動機運行的可靠性。所以,必須重新考慮變頻電機設計以及變頻調速系統中整體系統的設計問題。
          交流調速技術的主要目的:首先是為了節能,其次是為了獲取高精度的轉速轉矩控制,第三是為了實現高速驅動的穩定性和可靠性。在變頻調速中,由于電動機由變頻器供電,這與傳統工頻正弦波供電的電動機存在著很大區別。一方面,變頻控制在從低頻到高頻的寬帶范圍內運行;另一方面,變頻控制輸入電源波形是非正弦的。而目前廣泛采用的SPWM正弦脈寬調制技術,并對調制過程中的高次諧波進行了處理,大大抑制了低次諧波,降低了電動機的脈動轉矩,擴展了電動機低速下平穩運行的范圍。但在這種調制方式中,逆變器的輸出電壓波形中含有相當高的由于調制而引起的諧波分量,特別是在輸出電壓較低時,情況尤為嚴重,其幅值往往可達到與基波相近的程度。電動機在這種供電狀況下工作是極不理想的。由于高次諧波的存在,定、轉子由于集膚效應使電阻增大,致使定轉子銅耗增大,從而加劇電機的溫升,這對于雙鼠籠及深槽式轉子電機尤為嚴重。產生的影響如下:第一,高次諧波還會使鐵耗及雜散損耗大大增加,最終降低電機運行效率。第二,由于高次諧波的存在,還會產生電磁振動和噪聲。這一點對于正弦波電源供電的電機來講己是很困難的問題了,而對于由變頻器供電的電機,以及電源的非正弦性,使問題變得更加復雜和棘手。另外,在低頻運行時系統仍然可能出現一定程度的低次諧波,從而在低速運行時產生脈動轉矩,影響電機低速穩定運行。
          因此,從二十世紀九十年代以來,人們越來越多的注意力投向變頻電機的設計研究中。變頻電機的設計都從額定電壓的確定方法和電機參數的設計入手,但還有一些特殊考慮,比如轉子不斜槽,以避免由于斜槽產生漏磁通造成的損耗;定子繞組采用多股并繞,以減小定子集膚效應影響;采用他冷式風扇通用結構等。有些設計分析了變頻電機的轉矩轉速特性后,總結了變頻變壓調速給電機帶來的效率、溫升以及對頻繁起、制動的適應能力等問題,并對電機進行了電磁設計和結構設計,還重點考慮了變頻電源供電對電機的影響,從分析靜止變頻電源的特點以及電動機運行特性,對在非正弦波電源系統上運行的電機存在的問題進行分析,提出了相應的設計方案。在變頻電機的設計中,有學者根據“變頻電機的額定電壓一般應確定為逆變器的最大輸出電壓”之原則,將電壓分解為基波相電壓和各奇次諧波相電壓,設計電機磁路不飽和狀態,采用“迭加原理”分別計算諧波磁勢對電機的作用。1999年國內學者就建議電機制造廠供應變頻電源裝置,做交流調速系統配套試驗后出廠。電機廠對變頻電機進行全面分析,給出了轉子電阻、定、轉子電抗隨頻率變化的規律和曲線,采用簡化公式來估算變頻電動機的高速最大轉矩、低速起動轉矩和起動電流能否適應調速要求,然后對變頻調速電機的設計提出意見。

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