全封闭紧凑型变频调速电机设计

全封闭紧凑型变频调速电机设计

李雪珍 杨明浩

中车永济电机有限公司陕西西安 710018

摘要：随着经济和科技水平的快速发展，在当前变频调速异步电机的实际运行过程中，对于变频调速异步电机的运行效率及要求也在不断提升。在变频调速异步电机的优化设计中，电磁设计属于关键的内容，对于变频调速异步电机整体水平的提升有着重要的价值及意义，因而需要注重变频调速异步电机的电磁设计，满足电机的使用要求及需求。

关键词：变频调速；异步电机；优化设计

引言

随着我国科技水平的不断提高和电子技术的不断发展，变频驱动技术应运而生，具有节能减排、安全可靠、设计简单等特征，因此，被广泛地应用在电机驱动控制中。通过一种新型变频调速电机快速驱动移动工作台的技术研究，实现移动工作台运行曲线的柔性化，满足了定位精度高、移动速度快的要求，大大缩短了更换模具的时间，提高了生产效率。

1变频调速技术的原理

变频电机驱动控制系统整体结构架构图如图1所示，从图中可以看出该系统主要由以下四个部分组成，分别是整流电路、逆变电路、制动电路和滤波电路。这些电路产生的波形主要以脉冲方波为主，该波形内部主要由高次谐波组成，波形频率会随着电路中电压的变化而变化。该系统的工作原理如下：变频器通过利用RS485接口，对主控系统发出的命令进行接收，如风扇在转动的过程中，会产生转速信号，主控计算机利用RS485接口，对变频器的启动或者关闭进行远程操控，此时，变频器通过利用RS485接口，向主控计算机系统发送和传输自身产生的转速信号。变频器的作用是变频电机的有效连接，在变频器的应用背景下，相关人员可以采用信号转换的方式将电机驱动液压泵产生的大量脉冲信号进行转换处理。因此，变频电机驱动控制系统具有非常高的应用价值和推广价值，被广泛地应用于电力行业中，并取得了良好的应用效果。

图1变频电机驱动控制系统整体结构架构图

2变频调速异步电机的优化设计

2.1变频调速异步电机电磁优化设计中的转子设计

若将所得到的相关导线电流密度及定子磁通密度作为最终适当参数，在对于设计完成的定子内径，其中也就可以找出与设计方案相符合的相关转子电流密度及转子磁通密度，为更好进行转子设计提供更好的基础与支持。在转子设计过程中，其内容主要包括空气隙确定，转子槽及导条设计。首先，在实际设计过程中，对于气隙应当注意进行科学合理地选择，这一因素对于电机性能有着十分重要的影响，随着气隙的减小，励磁电流也会得以减小，在此基础上可使功率因数得以有效改善，但是气隙也不能过于小，这是因为在气隙过小的情况下，谐波漏抗也会有所增加，还会导致杂耗增加，致使其效率有所降低，温度会有所提升。因此，在对气隙进行选择过程中，需要对结构、工艺及性能等方面因素及要求充分考虑。在选择合理气隙的基础上，另一个方面就是需要注意对转子槽及导条进行合理设计。对于变频调速异步电机而言，由于对于其起动性能参数可以不用考虑，在转子槽形设计方面，只要处于转子槽形允许范围之内，需同时为能够有效抑制谐波，使转子损耗得以减少，在实际设计过程中可设计成闭口槽。

2.2变频器的电压与电流的比例设计

异步电动机的转矩是电机的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的，在额定频率下，如果电压一定而只降低频率，那么磁通就过大，磁回路饱和，严重时将烧毁电机。因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。

2.3硬件设计

在本系统中，控制装置硬件采用西门子S7-200系列PLC，该PLC数字量输入为14点，输出则是10点，同时自带模拟量输出点和输入点。另外，变频器电源电压范围在380-480V以内。变频器的三个数字量输入端口分别标记1、2、3。其中，每一个数字的输入端口的功能都非常多，用户可以根据自己的实际需求进行设置。在原始状态下，数字输入功能默认值是1，但是其可以设置0-99这一范围。命令信号参数P0701~P0703对应端口数字输入1功能、2功能以及3功能，通过修改这三个参数，能够实现多段速的控制。对变频器的模拟输入端口进行标记，分别标记为ALN+、ALN-。通过设置P0701、P0702的参数值，可以使数字输入5端口实现正转控制；使数字输入6端口具备反转控制能力，而模拟输入3和4的端口输入是来源于PLC所输出的0-10V直流电压，能够对输出频率的大小进行连续的调节，实现电动机无级调速。而这表示电动机转速的方向是利用数字输入端控制，而转速的大小主要是由模拟输入端控制。

2.4在电机组系统中的运用

将变频调速技术应用于电机组系统当中也是变频调速技术在实现电气自动化控制当中最为重要的运用形式之一。对于这个层面的运用，变频调速技术主要有两个方面的使用优势，一是使用变频调速技术之后，电机组系统就可以基于联动装置的实际运转情况而对整体线路执行有效的规划与调整工作，具体来讲，如果电机的数量比较小，此时变频机就会与驱动装置实现联合操作，之后更会对参数较高的电压执行必要的调节工作，尽最大程度来避免发生高负荷的情况。二是使用变频调速技术之后，在对电路执行相应的配制工作时变频系统的内部会基于标准的数据而对电机组系统的运行模式执行必要的划分操作，然后再把电机组系统的每一个独立的构件都集中到一个平台上，并将电网的调控系统设置为电机组系统的主电路，使用电压逆变的模式来实现对于能量的有效传递。而调频器与电气自动化系统实现结合操作能够促使各项具体的电力数据在客户的终端设备上清晰得现象出来，这对体现出电机组系统结构的灵活性具有重要的意义。而且，当电力系统处于用电高峰时期，使用变频调速技术可以促使电机组系统能够依照电机设备的实际运转频率而对当前的运转模式执行必要的切换工作，而后就可以促使检测中心的仿真保护模式得以有效启动。

2.5矩阵式交-交控制

在变频器电路中，传统的直流¬—交流变频控制方式具有很多弊端，如输入功率过低、高谐电流过大、同时，对电机容量提出了更高的要求。而采用矩阵式交-交控制方式的应用，可以很好地避免以上弊端，能够极大地提高能源的利用率，实现电网能源的循环利用和及时反馈。此外，通过采用矩阵式交-交控制方式，还能简化直流处理环节，减小了控制成本，提高了控制的效率和效果，同时，该方式在具体的应用中，可以跳过控制电流环节，直接对转矩进行全面控制，最大限度地提高了转矩的控制精度。

结语

在当前变频调速异步电机的优化设计中，需要注重电磁优化设计，在合理进行电磁优化设计的基础上，使变频调速异步电机整体应用及运行得到更满意的效果，满足变频调速异步电机的应用需求及要求，使其价值更好实现。

参考文献

[1]张守朋.变频器对变频电机的驱动控制[J].山东工业技术，2019（10）：141.