變頻電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)制造的應(yīng)用

在歷史進(jìn)程中，交流電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)比變頻調(diào)速裝置要早，變頻器基本上是針對(duì)已有的電動(dòng)機(jī)來“配套”運(yùn)行的。但是，在電動(dòng)機(jī)和變頻器之間存在著相互適應(yīng)的問題。在變頻調(diào)速日益普及的今天，結(jié)合變頻工況的特點(diǎn)來設(shè)計(jì)制造專用電動(dòng)機(jī)，可以獲得更加合理的效果。

傳統(tǒng)異步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)中特別需要考慮要使起動(dòng)轉(zhuǎn)矩足夠大，以保證電機(jī)帶載起動(dòng)，并縮短起動(dòng)過程。按照電機(jī)理論，增大起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)子電阻就可以增加電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，但在正常運(yùn)行時(shí)，較大的轉(zhuǎn)子電阻又會(huì)增加正常運(yùn)行時(shí)的損耗。所以可以將轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)成雙鼠籠繞組或深槽結(jié)構(gòu)：起動(dòng)時(shí)磁場(chǎng)已按同步轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子繞組尚處低速，二者相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度比較大，集膚效應(yīng)顯著，轉(zhuǎn)子電流被“擠”到外鼠籠或深槽的近表面層，這樣轉(zhuǎn)子繞組的有效電阻增大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩增加；而在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速接近，二者相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度比較小，集膚效應(yīng)幾乎消失，轉(zhuǎn)子電流比較均勻地分布在整個(gè)轉(zhuǎn)子繞組中，轉(zhuǎn)子電阻恢復(fù)正常，損耗減小到正常值。這本來是很好的設(shè)計(jì)構(gòu)思，但它又必然使轉(zhuǎn)子的徑向尺寸加大，定子尺寸也必然隨之加大，整個(gè)電機(jī)的有效材料和結(jié)構(gòu)材料都要增多。但這都已被認(rèn)為是十分正常、無可挑剔的。

但是，在變頻工況下，電動(dòng)機(jī)依施加頻率的逐漸提高而起動(dòng)，磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)速度隨頻率同步加快，轉(zhuǎn)子也始終可以與當(dāng)時(shí)的磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速接近，不產(chǎn)生明顯效應(yīng)；另一方面，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩－轉(zhuǎn)速曲線又是隨著頻率變化而向低速側(cè)平移，在變頻工況下，低頻時(shí)的轉(zhuǎn)矩向最大轉(zhuǎn)矩靠近。也就是說，變頻工況下電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不是問題，不需要像傳統(tǒng)電機(jī)那樣靠增加轉(zhuǎn)子電阻來提高起動(dòng)的轉(zhuǎn)矩，加上變頻起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子繞組不存在明顯的集膚效應(yīng)。所以雙鼠籠或深槽的結(jié)構(gòu)對(duì)變頻起動(dòng)是不必要的。在同樣功率下，變頻工況專用電動(dòng)機(jī)可以把轉(zhuǎn)子槽形設(shè)計(jì)得淺扁一些，徑向尺寸明顯縮小，電機(jī)的整個(gè)尺寸和材料消耗都相應(yīng)減少，電機(jī)效率反而提高。這是利用了變頻工況有利的一面。

另一方面，變頻工況下電機(jī)中會(huì)出現(xiàn)諧波電流和相應(yīng)的諧波磁場(chǎng)。它們會(huì)引起諧波損耗而使電機(jī)發(fā)熱增加，還可能出現(xiàn)諧波轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)在起動(dòng)過程中出現(xiàn)附加振蕩。這給電機(jī)設(shè)計(jì)提出新的要求：選擇合理的定子與轉(zhuǎn)子槽數(shù)，采取適當(dāng)?shù)男辈鄞胧�，減少諧波轉(zhuǎn)矩的影響。另外電機(jī)中的諧波又分成兩種：一是由電流諧波激發(fā)出的時(shí)間諧波磁場(chǎng)；二是由繞組分布得不連續(xù)而形成的空間諧波磁場(chǎng)。如果通過仿真選擇適當(dāng)?shù)姆桨福�使兩種諧波得到適當(dāng)補(bǔ)償也是值得探討的。所以，嚴(yán)格地說，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的電機(jī)在變頻運(yùn)行時(shí)需要考慮降容量運(yùn)行；變頻工況專用電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)制造時(shí)可以大大削弱諧波的影響。所以，權(quán)衡正、負(fù)兩方面的影響，設(shè)計(jì)出適合變頻工況專用電動(dòng)機(jī)，可以得到揚(yáng)正抑負(fù)的效果。