1、第谍(器j卷期)(EXPLOSIONPROOF ELECTRIC MACHINE) 防爆电机国内外变频调速三相异步电动机发展概况分析刘永芹佳木斯防爆电机研究所，黑龙江佳木斯(154005)摘要综述国内外变频调速三相异步电动机标准的制定修改、设计特点、产品结构、辅助装置、绝缘轴承的应用及试验的发展趋势。关键词变频；电动机；概况中图分类号TM3012文献标识码A文章编号1008-7281(2008)03-0045-03Analysis on the Developing Survey of Variable-Frequency Adjustable-SpeedThreePhase Inductio
2、n Motor at Home and AbroadLiu YongqinAbstract rnlis paper suin删lZeS the variablefrequency adjustablespeed threephase induction motor in aspect of formulation and revision of the standards-design char-acteristics-product constructionauxiliary devices。insulation and bearing-and developing trend of tes
3、tKey words Variable-frequency；motor；surveyO 引言变频调速三相异步电动机已有近20年的研制开发、设计和生产史。尤其近些年来，随着变频器研制开发技术的不断创新、迅速发展和完善，性价比趋于合理，变频调速技术被广泛采用。又因为变频调速笼型异步电动机其结构简单可靠、维修工作量小、节能、调速性能好等优点，较直流机调速更优越，广泛用于驱动各种石油、化工、起重运输、机械加工、造纸、纺织和冶金等行业的机械设备。截止到2000年，变频器供电的电动机占欧洲交流机市场的30，预计到2020年将提高到50，国内发展更为迅速。在冶金行业中，凡是需要调速的机械设备，90以上采用变
4、频调速装置(变频器与电动机及控制的组合)，采用直流机调速的很少。其次是起重机械、风机水泵及其它行业，品种较齐全。国内外分普通型和防爆型高低压变频调速三相异步电动机。试验研究表明，变频器供电的异步电动机，虽然有其显著不可比的优点，但也存在高次谐波大、损耗大，受到电压变化率dvdt的冲击等问题。除了变频器本身在不断改进提高外，就目前情况而言，变频调速电动机在设计上如何适应变频器这一特点，多年来j尤其是20世纪90年代以来，国际上从事变频调速电动机研究的广大科技人员在广泛试验研究的基础上，通过优化设计、改进转子槽形、增强绝缘结构、研究新材料、采用绝缘轴承等一系列措施以适应变频器的特点，来提高变频调速
5、电动机的性能、使用寿命和可靠性，效果显著。国内也有从事这方面的研究人员。但变频调速电动机生产企业多借鉴国外的研究成果，多在实践上下功夫，取得了可喜的效果。1 积极制订、修改和完善国际标准和地区标准变频器供电的电动机应用和实践积累了丰富的经验，这给制订标准奠定了基础，研究与再实践给修订和完善标准提供了理论根据。有关标准如下：(1)IEC 6003417自1993年以技术报告形式公布，于1998年经修改变成第2版，又于45万方数据防爆电机(EXPLOSIONPROOF ELECTRIC MACHINE) 第4230卷08(瑟j塑期)2002年改进成技术规范出版公布。IECTS60034-17第4版
6、“旋转电机一第17部分：变频器供电笼形感应电动机应用指南”，以技术规范于2006-05公布。(2)IEC TS60034-25“旋转电机一第25部分：变频器供电专用笼型感应电动机设计与性能指南”，2004年4月第1版。(3)美国NEMA MGl第30部分“具有谐波含量的正弦波电网供电恒速电动机和调压控制器或调频控制器或调压调频控制器供电通用电动机的应用条件”和第3l部分“变频器供电专用电动机(1998)”也在不断完善，努力使定性化参数变成定量化参数。(4)ANSIAPl 541-2003美国石油学会标准“500马力及以上成型绕组笼型感应电动机”，2004年6月第4版。(5)德国DIN VDE0
7、530标准中关于变频电动机部分也随IEC的有关标准的修订而修订。(6)国内还没有关于变频调速电动机的国标(有变频器供电笼型感应电动机设计和性能导则，等同采用IEC TS60034-25)，只有行业标准JB17l 18-2004 wF2系列(ws4)变频调速专用三相异步电动机技术条件(机座号最大到315)。2 改进设计、采取措施以适应变频器的特点21改进设计(国外情况)(1)电压源变频器供电笼型异步电动机优化设计；(2)电流源变频器供电笼型异步电动机优化设计；(3)转子槽优化设计；(4)绝缘结构设计；(5)轴承结构设计；(6)转子齿区几何形状的选择；(7)性能参数的选择：比如起动电流、起动转矩在
8、设计上不做为主要目标进行考核；最大过载电流应当尽量小，这与选择变频器容量有关；在矢量控制时，转矩电流L与励磁电流L的比率：46恒转矩控制区：，口L过载倍数10恒功率控铜JlX：I,其次分析了选用高速变频电动机和常规变频电动机(加齿轮箱)的利弊,从节省投资和提高运转可靠性角度考虑,应避免过多地选用非标准的高速变频电动机驱动.3.学位论文 王波 基于DSP的电动机离散变频软起动综合应用系统研究 2007电动机软起动器通过晶闸管调压可以减小起动电流对电网和电机的冲击，但是由于起动转矩与电压的平方成正比，减小起动电流的同时，起动转矩也降低很多，不能适合重载起动的场合。离散变频技术，在不改变晶闸管主电路
9、的情况下，通过控制晶闸管的导通，有选择的使电源半波通过，达到了变频的效果，可以提高起动转矩。此外异步电机在轻载运行时，功率损耗增大，效率和功率因数都大大降低，能源消耗严重，而软起动器自身具有对电压控制的能力，在电动机轻载运行时，可以通过调压，提高效率，节约能源。因此新型软起动器应该是集软起动、轻载节能功能于一体的综合应用系统。它可以减小电动机的起动电流，减小对电网和设备的冲击；具有足够的起动转矩，可以满足重载起动的要求；可以提高电动机的轻载运行效率，节约大量的电能。本文就是研究基于DSP的离散变频软起动同时又兼具轻载节能功能的综合应用系统。首先对离散变频技术进行了分析，研究了正序对称分频数应满
10、足的条件，选择了离散变频的最佳频率切换等级，提出了离散变压变频和模糊恒流控制方案，通过仿真验证了离散变频在重载起动方面所具有的优势。其次通过对电动机运行特性分析，研究负载变化对电动机运行性能的影响，得到轻载运行时负载率与最佳降压系数的关系，利用模糊控制策略设计了基于负载率的节能调压控制方案，仿真验证了结果。最后基于TI公司高性能DSPTMS320F2812对离散变频软起动及节能应用系统的软件和硬件进行了设计，研究了离散变频软起动的DSP实现方法。介绍了系统的主要硬件电路，给出了系统主要模块的软件流程图。采用DSP改善了系统的硬件性能，而系统的综合应用功能也大大提高了系统的适用性。4.期刊论文
11、普通异步电动机变频供电存在问题及变频电动机的特点分析 -山西冶金2009,32(1)分析了普通异步电动机采用变频器供电时存在的问题以及变频电动机的特点,阐述了普通异步电动机与变频电动机的区别.5.期刊论文 张长栓.ZHANG Chang-shuan 变频供电高速驱动电动机的设计 -纺织学报2005,26(4)根据变频供电高速驱动电动机的特点,研究了纺织用变频供电高速驱动电动机的定转子设计技术,提出了一种削弱高次谐波的低谐波绕组的设计方法,并应用于所设计的高速驱动电动机中.通过对设计样机的试验表明,利用低谐波绕组设计方法所设计样机的性能指标优于国外同类电机的性能指标.6.学位论文 夏元光 变频电
12、动机空载和起动性能的有限元分析 2004变频调速电动机系统具有高智能、高可靠性和高容错能力.随着国民经济的增长,电力电子技术的突飞猛进,在机床、冶金、电力、牵引、化工、纺织、供水、造纸、建材和农业等行业的发展开始大量应用变频电动机,节能效果显著.20世纪90年代以前,人们对变频调速系统的研究主要集中在变频器的拓朴结构以及控制算法上,使电动机传动的动态性能和调速精度大大提高.但变频器供电电动机的效率、功率因数和功率密度等性能却没有得到相应的重视和研究.因此,必须重新考虑电动机在变频调速系统中的设计问题.针对变频调速电动机诸多优点和国民经济建设的需要,论文作者开展了这方面的理论研究.该文首先建立变
13、频电动机的数学模型,对逆变器供电时的谐波进行了分析.然后给出了电机电磁场的求解域、边界条件和假设条件.从待解的磁场边值问题出发,利用变分原理将边值问题转化为等价的变分问题,给出了正弦时变场单元分析过程和离散格式以及最终的总体合成方程.在电磁场的数值计算过程中,以定子端电压为约束条件,对定子电流进行了迭代计算,可以得到额定电压下的空载电流和起动时的电流.把正弦电磁场计算结果与实测结果进行对比,空载运行时的性能与实验值基本吻合,起动性能的计算精度能够满足工程实际的要求,证明了有限元法分析电机正弦时变场的可靠性.7.期刊论文 门景.张宏.MEN Jing.ZHANG Hong 鼠笼型电动机变频起动与
14、应用中应注意的问题 -煤炭技术2008,27(9)通过鼠笼型交流异步电动机变频起动与软起动的对比,体现出变频起动的优异性,并提出了变频起动在使用中应注意的问题,及在电力拖动系统中变频参数设置不当造成变频器过流跳闸的解决方法.8.期刊论文 吕平.Lv Ping 中型低压变频电动机的绕组型式 -电机技术2005(1)根据变频电动机电源供电的特点,分析散下绕组、成型绕组和半成型绕组耐脉冲电压冲击功能、电气性能、制造难度及生产成本等及它们对中型低压变频电动机的实用性和可靠性的影响.9.期刊论文 吕平.李振宇 中型低压变频电动机的绕组型式 -防爆电机2005,40(1)根据变频电动机电源供电的特点,分析
15、散下绕组、成型绕组和半成型绕组耐脉冲电压冲击功能、电气性能、制造难度及生产成本等对中型低压变频电动机的实用性和可靠性.10.学位论文 曹君慈 变频电动机正弦时变场的有限元分析及优化设计 2004变频调速电动机系统具有高可靠性和高容错能力,具有高智能.随着国民经济的增长,电力电子技术的突飞猛进,在机床、冶金、电力、牵引、化工、纺织、供水、造纸、建材和农业等行业大量开始应用变频电动机,节能效果显著.该文首先建立变频电动机的数学模型,对逆变器供电时的谐波进行了分析.然后给出了电机电磁场的求解域、边界条件和假设条件.从待解的磁场边值问题出发,利用变分原理将问题转化为等价的变分问题,给出了正弦时变场单元
16、分析过程和离散格式以及最终的总体合成方程.在电磁场的数值计算过程中,以定子端电压为约束条件,对定子负载电流进行了迭代计算,得到了工频下变频电动机稳态运行时的电流.然后对稳态时的电机性能进行了计算,把正弦电磁场计算结果与实测结果进行了对比,表明变频电动机稳态性能的计算结果满足工程实际的需要,证明了有限元法分析电机正弦时变场的可靠性.同时,分析不同气隙高度对电机性能的影响,提高电机的整体性能,得出与工厂实际相符合的结论,并计算了不同气隙下的7个转子槽的槽漏感,计算结果表明,各槽槽漏感并不相同.最后对变频电动机的转子槽形进行了优化设计,计算了优化后电机在不同气隙下的稳态性能和转子各槽槽漏感.与优化前电机相比,随着气隙的变化,稳态性能和各槽槽漏感变化趋势一致.本文链接：http:/
