变频调速异步电机优化电磁设计

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　　摘  要：变频调速异步电机属于目前十分重要的一种电机类型，在很多方面都有着十分广泛的应用，在变频调速异步电机实际运行及应用过程中，为能够使其取得比较满意的效果，需要对其进行优化设计。因此，作为变频调速异步电机设计及维护人员，应当对变频调速异步电机优化的电磁设计加强认识，并且需要合理进行电磁设计，以保证电机的更好运行。
　　关键词：变频调速异步电机;优化设计;电磁设计
　　中图分类号：TM343 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2020）33-0080-02
　　Abstract： Variable frequency speed adjustable asynchronous motor belongs to one kind of motor type which is very important nowadays and has wide application in many respects. In practical operation and application process of variable frequency speed adjustable asynchronous motor， it needs optimization design for achieving satisfactory results. Therefore， as technicians responsible for frequency-conversion， speed-regulation， asynchronous motor design and maintenance， they should strengthen the understanding of electromagnetic design of inverter speed adjustable asynchronous motor optimization and need reasonable electromagnetic design to ensure better operation of motor.
　　Keywords： frequency-conversion， speed-regulation， asynchronous motor; optimal design; electromagnetic design
　　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。
　　1 变频调速异步电机设计概述
　　 就目前电动机设计情况而言，对于普通电动机，在实际合计过程中需要对性能参数进行考虑，其中包括起动性能、过载能力以及功率因数，还有额定工作点时效。然而，在变频调速异步电机的设计过程中，需要对变频器及机械传动位置等相关因素进行充分考虑，因而在这种类型的电动机设计中不能只考虑电机自身，需要依据调速系统实际运行中相关性能指标，获取电机最理想的设计参数。在变频调速异步电机的实际设计过程中，其基本原理主要的基础就是异步电机设计有关理论，但是在实际设计过程中还需要对两个方面的问题加强注意，一方面，对于输入电源波形，应当尽可能保证其为正弦波，另一方面，在全调速范围之内，对于电机品质因数，应当保证其综合质量，并且在必要情况下对于电机中某些参数，在确定时应当重点考虑。因此，在变频调速异步电机的设计中，相比于传统电机而言，其表现出以下几个方面的特点：
　　首先，对于变频调速异步电机而言，在对其工作电压、频率以及效率与额定值进行选择方面，应当遵循电机性能最合理的原则，不可被电网工频限制。其次，对于变频调速异步电机，通过改变其输入电压及频率，可使电机实现恒转矩调速，因而不會有转差率比较大的情况存在，因而对于工频下电机的启动，在性能方面的要求相对也就不是特别高。同时，在对于电机中的定子叠片槽形，在进行确定时需要考虑的因素主要就是漏抗大小，对于启动转矩对其所产生影响可以忽略。再次，在电机实际运行过程中，若转子磁通保持稳定不变，则其机械性能也就趋向于直线，因而在设计过程中电机最大转矩倍数对于漏抗大小也就不会产生太大限制。最后，对于变频调速异步电机中的调频系统而言，绕组阻抗参数对其所产生的影响比较大，因而在电机实际设计过程中，需要对两个方面的标准进行考虑，分别为电机与控制系统，主要就是要从技术及经济性两个方面进行考虑，从而使设计达到最理想效果，满足实际设计需求[1-2]。
　　2 变频调速异步电机的电磁优化设计
　　 2.1 变频调速异步电机电磁优化设计中的定子设计
　　变频调速异步电机的电磁优化设计中，定子设计属于十分重要的内容，在这一方面主要就是对电机中的主要尺寸进行计算，对槽数及槽形进行合理选择，并且对定子绕组进行合理计算，因而在定子设计过程中，主要尺寸计算属于最基本内容，因而需要对这一方面加强重视。在电机主要尺寸的计算方面，其主要就是对定子内外径实行计算，并且对电机轴向长度实行计算，就目前电机主要尺寸的计算确定方法而言，基本上都依据通过经验及理论而得到的统计公式。在对电机主要尺寸进行合理计算的基础上，下一步就是对极对数进行合理选择，在极对数的选择方面，需要对电机的同步转速进行考虑，在确定好所需频率之后，可将电源频率及电机极对数比值确定，因而需要注意依据一定的因素对极对数进行充分考虑，通常情况下极对数都会选择2或者3，需要依据具体情况及需求确定最终的极对数。在将电机主要尺寸及极对数确定之后，还需要注意对定子槽数进行合理选择，通常而言都是依据定子外径对槽数进行合理选择，所选择槽数不可过多，以避免定子齿距过于小，定子齿部容易受到损坏，不但会导致电机使用寿命缩短，还会导致槽利用率降低，会影响到电机工艺，但也不能定子槽数过少，槽数过少会导致谐波增加，致使附加损耗及附加转矩增加，并且会导致漏抗增加，致使效率及功率因数减少，影响电机性能。此外，在对定子槽数进行选择过程中，对于绕组平衡需要充分考虑，从而使槽数的选择更加科学合理。在将定子槽数确定之后，还需要注意对定子槽形进行合理确定，在这一方面需要注意的就是在轭部磁密及齿部磁密允许的基础上，对于槽形面积需要尽可能增加，从而使谐波肌肤效应所产生的影响可以有效减少，为能够使高次谐波得以有效抑制，需要将定子漏抗增加，因而在定子槽形设计中需要将其设计成深而窄的形状。除上述这些方面之外，还应当注意对定子绕组进行合理确定，这一方面主要就是需要注意对电磁谐波进行抑制，以减少电磁谐波所产生的影响，使定子绕组设计更加合理。 　　2.2 变频调速异步电机电磁优化设计中的转子设计
　　在上述定子设计过程中，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，自转子槽形设计方面，只要处于转子槽形允许范围之内，需要将转子面积尽可能增加，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。另外，对于变频调速异步电机而言，其电磁噪声及附加转矩的产生主要就是来自各次谐波，因而选择斜槽会导致漏磁增加，其磁场扭矩损耗会有所增加，因而选择直槽相对更合理，就性能及成本方面综合考虑，可以选择铸铝转子。在对转子槽数进行选择方面，对于杂散损耗、齿谐波及噪声等方面的影响需要充分考虑。定子与转子数量越相近，则所产生的杂散耗损也就比较小，然而在定子数与转子数越来越接近的情况下，对于齿谐波而言，其所产生力波次数也就越小，也就会导致所产生的电磁噪声及损耗比较大。因此，在实际设计过程中，需要依据这些方面的因素进行综合考虑，从而使设计更加科学合理，满足变频调速异步电机的应用需求。
　　2.3 变频调速异步电机磁路的确定
　　在变频调速异步电机的电磁优化设计过程中，还需要注意的一点就是需要对电机的磁路进行合理确定，这也是变频调速异步电机电磁优化设计中十分关键的一项内容。在变频调速异步电机的磁路确定方面，需要相关设计对电机磁路进行合理计算，从而保证电机磁路的合理性。在电磁磁路的选择方面，需要相关设计人员依据磁路计算的基本原理进行计算，实际计算过程中依据磁场分布具有对称性特点，可选择一对极，然后依据全电流定律对于磁路进行合理计算，以保证磁路计算的科学性及合理性，使磁路计算得到满意的效果。在对磁路进行合理计算的基础上，依据磁路计算结果，对于电机结构参数进行合理分析，在此基础上确定适当的结构参数，从而使整体磁路的确定及设计可以实现更满意的效果，进而使电机整体设计取得满意的成果，实现变频调速异步电机的有效应用[3]。
　　3 变频调速异步电机电磁优化设计发展
　　对于目前的变频调速异步电机电磁优化设计，在得到科学合理的设计结果的基础上，还需要促使其得以更好地发展。在变频调速异步电机电磁优化设计的发展方面，需要相关设计人员对变频调速异步电机的电磁优化设计加强重视，并且需要对这一方面深入研究，构建科学合理的变频调速异步电机优化设计体系，为变频调速异步电机电磁优化设计提供更好的依据及支持。同时，作为变频调速异步电机设计人员，自身也需要不断实现自我提升及自我发展，对于变频调速异步电机的有关知识及技术进行不断学习，不断接收新技能与新知识，这样才能够更好地投入到變频调速异步电机电磁设计中，使变频调速异步电机电磁设计取得满意的发展效果。
　　4 结束语
　　变频调速异步电机作为目前的一种新型电机，在实际生产实践中有着越来越广泛的应用，因而在实际应用中的要求也越来越越高，需要进一步提升其运行效率及质量，而这需要对变频调速异步电机进行优化设计。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]邢帅帅.采用ODP结构变频调速异步电机设计[J].电气防爆，2019（05）：7-8+11.
　　[2]周首杰.基于单片机的PWM单相交流电机变频调速设计[J].物联网技术，2019，9（10）：55-57.
　　[3]于明星.基于稳态模型的笼型异步电机变频调速运行特性模拟[J].辽宁师专学报（自然科学版），2019，21（03）：6-11.
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