交流電動機變頻調 速裝置的應用

在歷史進程中 , 交流電動機出現比變頻調速裝置要早 , 變頻器基本上是針對已有的電動機來“配套”運行的 。 但是 , 在電動機和變頻器之間存在著相互適應的問題 。 在變頻調速日益普及的今天 , 結合變頻工況的特點來設計制造專用電動機 , 可以獲得更加合理的效果 。
傳統異步電動機的設計中特別需要考慮要使起動轉矩足夠大 , 以保證電機帶載起動 , 并縮短起動過程 。 按照電機理論 , 增大起動時的轉子電阻就可以增加電機的起動轉矩 , 但在正常運行時 , 較大的轉子電阻又會增加正常運行時的損耗 。 所以可以將轉子設計成雙鼠籠繞組或深槽結構:起動時磁場已按同步轉速轉動 , 轉子繞組尚處低速 , 二者相對運動速度比較大 , 集膚效應顯著 , 轉子電流被“擠”到外鼠籠或深槽的近表面層 , 這樣轉子繞組的有效電阻增大 , 起動轉矩增加;而在正常運轉時 , 轉子轉速與磁場轉速接近 , 二者相對運動速度比較小 , 集膚效應幾乎消失 , 轉子電流比較均勻地分布在整個轉子繞組中 , 轉子電阻恢復正常 , 損耗減小到正常值 。 這本來是很好的設計構思 , 但它又必然使轉子的徑向尺寸加大 , 定子尺寸也必然隨之加大 , 整個電機的有效材料和結構材料都要增多 。 但這都已被認為是十分正常、無可挑剔的 。
但是 , 在變頻工況下 , 電動機依施加頻率的逐漸提高而起動 , 磁場旋轉速度隨頻率同步加快 , 轉子也始終可以與當時的磁場轉速接近 , 不產生明顯效應;另一方面 , 電動機的轉矩-轉速曲線又是隨著頻率變化而向低速側平移 , 在變頻工況下 , 低頻時的轉矩向最大轉矩靠近 。 也就是說 , 變頻工況下電動機的起動轉矩不是問題 , 不需要像傳統電機那樣靠增加轉子電阻來提高起動的轉矩 , 加上變頻起動時轉子繞組不存在明顯的集膚效應 。 所以雙鼠籠或深槽的結構對變頻起動是不必要的 。 在同樣功率下 , 變頻工況專用電動機可以把轉子槽形設計得淺扁一些 , 徑向尺寸明顯縮小 , 電機的整個尺寸和材料消耗都相應減少 , 電機效率反而提高 。 這是利用了變頻工況有利的一面 。
【交流電動機變頻調 速裝置的應用】 另一方面 , 變頻工況下電機中會出現諧波電流和相應的諧波磁場 。 它們會引起諧波損耗而使電機發熱增加 , 還可能出現諧波轉矩 , 使電機在起動過程中出現附加振蕩 。 這給電機設計提出新的要求:選擇合理的定子與轉子槽數 , 采取適當的斜槽措施 , 減少諧波轉矩的影響 。 另外電機中的諧波又分成兩種:一是由電流諧波激發出的時間諧波磁場;二是由繞組分布得不連續而形成的空間諧波磁場 。 如果通過仿真選擇適當的方案 , 使兩種諧波得到適當補償也是值得探討的 。 所以 , 嚴格地說 , 傳統設計的電機在變頻運行時需要考慮降容量運行;變頻工況專用電動機設計制造時可以大大削弱諧波的影響 。 所以 , 權衡正、負兩方面的影響 , 設計出適合變頻工況專用電動機 , 可以得到揚正抑負的效果 。