变频电机车的设计特点

时间: 2024-10-09 16:54:19来源: 湘潭南方电机车制造有限公司湖南架线式电机车湖南蓄电池式电机车湖南变频电机车湖南电机车

案例介绍
      1.电磁设计
      普通异步电动机在设计时主要考虑的性能参数是过载能力、启动性能、效率和功率因数。而变频电动机,由于临界转差率反比于电源频率,可以在临界转差率接近1时直接启动,因此,过载能力和启动性能不再需要过多考虑,而要解决的关键问题是如何改 善电动机对非正弦波电源的适应能力。
      电磁设计时重点关注以下几方面:
      1)尽可能的减小定子和转子电阻,减小定子电阻即可降低基波铜耗,以弥补高次谐波引起的铜耗增加。
      2)为抑制电流中的高次谐波,需适当增加电动机的电感。但转子槽漏抗较大,其集肤效应也大,高次谐波铜耗也增大。因此,电动机漏抗的大小,要兼顾到整个调速范围内阻抗匹配的合理性。
      3)变频电动机的主磁路一般设计成不饱和状态,一是考虑高次谐波会加深磁路饱和,二是考虑在低频时,为了提高输出转矩而适当提高变频器的输出电压。
      2.结构设计
      结构设计时,主要也是考虑非正弦电源特性对变频电机的绝缘结构、振动、噪声冷却方式等方面的影响,一般注意以下问题:
      1)绝缘等级,一般为F级或更高,加强对地绝缘和线匝绝缘强度,特别要考虑绝缘耐冲击电压的能力。
      2)对电机的振动、噪声问题,要充分考虑电动机构件及整体的刚性,尽力提高其固有频率,以避开与各次力波产生共振现象。
      3)冷却方式:一般采用强迫通风冷却,即主电机散热风扇采用独立的电机驱动。
      4)防止轴电流措施,对容量超过160KW电动机应采用轴承绝缘措施。主要是易产生磁路不对称,也会产生轴电流,当其他高频分量所产生的电流结合一起作用时,轴电流将大为增加,从而导致轴承损坏,所以一般要采取绝缘措施。
      5)对恒功率变频电动机,当转速超过3000/min时,应采用耐 高温的特 殊润滑脂,以补偿轴承的温度升高。
      3.变频电机和普通电机的区别
      国产普通电机大部分只能在AC380V/50HZ的条件下运行,普通电机能降频或升频使用,但范围不能太大,否则电机会发热甚至烧坏。变频电机可在其调速范围内任意调速,电机不会损坏。一般情况下,变频电机以10 0 %额定负载在10%~1 00%额定速度范围内连续运行,温升不会超过该电机标定容许值。普通电机的散热大多是空气自冷式,电机散热靠电机端部的两片叶轮的搅动。当电机的转速较低的时候,电机的散热就成了问题。
      相对于普通电机,变频电机价格不会贵很多,优势很明显。变频电机采用“专 用变频感应电动机+变频器”的交流调速方式,使机械自动化程度和生产效率大为提高,设备小型化、增加舒适性。超过3000r/min时,应采用耐 高温的特 殊润滑脂,以补偿轴承的温度升高。二次转矩负载,在转速降低时,转矩也降低,发热量也降低,适合选用普通的电机用于变频,在实际转速不低于40%同步速的情况下使用。其他的负载,在60%同步速及以上运行时,选用普通的电机。
      在25%—60%同步转速运行时,选用外部强制冷却变频笼型三相异步电动机,即变频专 用电机。当转速低于25%同步速时,选用完 全强制冷却电动机。即矢量专 用电动机。不同的变频控制方式控制的速度是不一样的,采用U/F控制方式控制速度的范围是150—1470m/min;采用无速度传感器的矢量控制和直接转矩控制,控制速度的范围是60—1500m/min;采用速度传感器的矢量控制和直接转矩控制,控制速度的范围是5—1500m/min,在5m/min时运行的稳定性不太好。
      由于采用变频器供电后,电动机可以在很低的频率和电压下以无冲击电流的方式启动,并可利用变频器所供的各种制动方式进行快速制动,为实现频繁启动和制动创造了条件,因而电动机的机械系统和电磁系统处于循环交变力的作用下,给机械结构和绝缘结构带来疲劳和加速老化问题。
      调频技术对电机的要求主要是三个方面:绝缘等级,强制冷却和转子轴承。如果超过基频向上调速,还要考虑电机结构的机械强度。
      4.结论
      电机的效率和温升在变频驱动下,变频电机效率会高10%左右,而温升会小20%左右,尤其是在矢量控制或者直接转矩控制的低频区域。变频电机对于需要频繁启动、调速、制动的场合,要优于普通电动机。在电磁噪声和振动方面,变频电机在变频驱动时较普通电动机有更低的噪音和更小的电磁振动。
      由于变频电机专为变频器驱动设计,所以能承受较大的电压变化,变频电动机的绝缘强度要高。尤其是在DTC控制模式下,对电动机的绝缘强度是个很大的考验。主要的区别,变频电动机有额外的散热(采用独立的轴流风机强迫通风),在低频、直流制动和一些特 殊应用场合下的散热要大大的优于普通的交流异步电动机。

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