交流变频电机设计的思路

winy

交流变频电机用的很多。想了解它的设计思路和普通电机有什么不同呢，请高手赐教。

（1）、首先电机启动状态应该怎么样呢？要向普通电机一样考虑启动电流倍数，启动转矩倍数吗？它的启动转矩最大能多大，是能达到最大转矩吧？
（2）、热负荷磁负荷应该偏低了选取吧，毕竟变频导致铁损，谐波损耗之类的要大不少？
（3）、电机绕组方式的改变会怎样，中小型电机。
（4）、所谓最大转矩时的最大电流倍数该如何控制呢？有什么依据吗？

标准答案

首先回答你提出的具体问题：
（1）、首先电机启动状态应该怎么样呢？要向普通电机一样考虑启动电流倍数，启动转矩倍数吗？它的启动转矩最大能多大，是能达到最大转矩吧？
答：变频电机启动主要是靠变频器的控制算法控制，理论上启动转矩、启动电流等启动性能都可以通过变频器进行控制。因此在电磁设计时没有太大必要像普通电机一样特意考虑启动电流倍数，启动转矩倍数。理论上启动转矩可以达到最大转矩，甚至更大！（这主要取决于变频器的输出范围）
（2）、热负荷磁负荷应该偏低了选取吧，毕竟变频导致铁损，谐波损耗之类的要大不少？
答：你说的没错，变频电机的电磁负荷及热负荷应该选得比普通电机要小一些，其原因除了谐波会引起附加损耗和铁耗增加外，还有由于转速范围大引起的散热问题。
（3）、电机绕组方式的改变会怎样，中小型电机。
答：电机绕组方式到不必有什么特殊考虑，星接角接都可以。考虑到三及三的整数次谐波环流的问题，最好是采用星接。
（4）、所谓最大转矩时的最大电流倍数该如何控制呢？有什么依据吗？
答：最大转矩时的最大电流倍数是由变频器控制的。控制的依据一是综合考虑具体的系统情况，包括电网容量、允许的电压跌落、允许的最大电流限制等；二是考虑电机所带负载的需求，如启动转矩要求、负载特性、要求的启动时间、整个轴系的转动惯量等；三是变频器本事的控制策略、控制算法及系统性能的优化等。

回答完您的上述问题，有必要再给您补充一下：您上述所讲的问题主要都是指电磁设计方面的，但其实变频电机在电磁设计方面与普通电机没有太大的区别，变频电机在设计时除了你所提到的这些问题要考虑外，更重要的还在于以下几个方面（不一定全面，还请各位高手补充）：
1 在电磁设计方面，除了考虑电磁负荷热负荷适当降低一些、启动性能不必特意去设计外，还要考虑一些关键的特征转速时的性能校核，例如在最低转速、转折转速（恒转矩调速和恒功率调速的分界点）、最高转速时的电压、电流、功率因数、效率、各部分磁密、温升等性能以及与变频器之间的参数配合等，必要时还要根据负载的调速要求校核其它重要的转速点。
2 变频电机由于采用变频器供电，其电压电流谐波较大，这除了会引起附加损耗的增加外，更重要的是dV/dt很大，这会严重影响绝缘的寿命，必须在绝缘结构上采取措施，以适应这种工况。
3 由于变频电机的转速范围较大，在冷却系统设计方面应充分考虑到在各种转速下的散热问题，一般不宜采用自带风扇冷却，多采用强迫冷却。
4 由于变频器供电，会导致轴电压较高，应采取相应措施抑制轴电流的产生。如采用绝缘轴承或在轴承座上采取绝缘措施，必要时还应在轴上设置接地碳刷。

先说这些吧，其他想不起来了，以后想起来再说！也还有各位大侠补充！

winy

标准答案 发表于 2013-1-25 23:26

                               
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首先回答你提出的具体问题：
（1）、首先电机启动状态应该怎么样呢？要向普通电机一样考虑启动电流倍数，启 ...

非常感谢您能抽出宝贵的时间回答我的问题，而且这么详细，解决了的我疑惑。非常感谢！

winy

标准答案 发表于 2013-1-25 23:26

                               
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首先回答你提出的具体问题：
（1）、首先电机启动状态应该怎么样呢？要向普通电机一样考虑启动电流倍数，启 ...

您好，在您的回答中提到轴电压，是由于电机的定子磁场不平衡，在电机的转轴上产生了感应电势？？请问有办法去测量或者仿真这个轴电压吗？或者有什么方法可以感受到轴电压的存在？谢谢

张老五

winy 发表于 2013-1-30 09:01

                               
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您好，在您的回答中提到轴电压，是由于电机的定子磁场不平衡，在电机的转轴上产生了感应电势？？请问有办 ...

产生轴电压的原因有很多，但归纳一下不外科两大类
第一类是由于磁场的不平衡引起的，这个不平衡，跟设计、加工、气隙均匀度都有关。而且，这种轴电压有普通电机上也是有的
第二类是由于变频引起的共模电压，这是变频电机特有的
其实还有一些成分，比如绝缘材料中的泄漏电流和局部放电电流上的电压等等
测量轴电压好像还没有太好的办法，特别是在实际运行状态下测，不好测，也很难测得准

winy

张老五 发表于 2013-1-30 09:16

                               
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产生轴电压的原因有很多，但归纳一下不外科两大类
第一类是由于磁场的不平衡引起的，这个不平衡，跟设计 ...

谢谢您的回答，轴电压的危害主要还是对轴承的伤害，损坏轴承内部油质？

winy

张老五 发表于 2013-1-30 09:16

                               
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产生轴电压的原因有很多，但归纳一下不外科两大类
第一类是由于磁场的不平衡引起的，这个不平衡，跟设计 ...

看过不少您的回答，受益匪浅。
还想请教一些问题，希望您有空时能帮忙指点：
（1）、交流变频电机，使他工作在最大转矩状态，是什么样的情形呢？
最大转矩会出现在那个区域？   最大转矩时，是不是就是在热负荷允许的情况下，达到磁饱和，较高转差？？

（2）、低压电机如32V,45V的，以及高电压电机如380v等，他们的区别在哪里，我计算了一下，所有状态应该一样吧，损耗，热负荷都是一样的，只能说电机外部损耗对于低压电机，电流大导致外部损耗大，整体效率略低吧？

谢谢！

张老五

winy 发表于 2013-1-30 09:20

                               
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谢谢您的回答，轴电压的危害主要还是对轴承的伤害，损坏轴承内部油质？

损伤油脂是小事，大不了换油勤一点，更大的问题是轴电流会损伤轴承，轴承寿命可能 成倍缩短

张老五

winy 发表于 2013-1-30 09:24

                               
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看过不少您的回答，受益匪浅。
还想请教一些问题，希望您有空时能帮忙指点：
（1）、交流变频电机，使他 ...

最大转矩状态，是通过变频器的控制，使异步电机工作在较大的转矩率和最大转矩点附近，这一个点的位置，是由电机的自身转矩-转速特性所决定的。具体的可以查一下异步电机的特性曲线。实际上能工作在多大转矩上，主要是由电机的固有特性所决定的，当然，发热和机械上的限制也是有的。
你的第二个问题我没太明白，能再说清楚一点么？

winy

张老五 发表于 2013-1-30 09:47

                               
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最大转矩状态，是通过变频器的控制，使异步电机工作在较大的转矩率和最大转矩点附近，这一个点的位置，是 ...

您说的根据电机的固有特性，是指的转速转矩曲线？变频电机一般曲线有恒转矩去恒功率区的。
其实我想做的就是怎样去了解一个车用电机它能爬多大的坡，爬坡时间和速度怎样去确定？
坡度大一定就只能在很短时间内爬坡。


第二个问题的意思是，现在车用电机，有高电压低电流的的，也有电瓶用低电压大电流的。两种不同电压的电机可以选择同样的铁芯。这时变化的是线圈粗细，匝数，假设绕组方式不变，那么整体效果两电机应该一样吗？计算损耗，热负荷也一样的。。。高电压小电流和低电压大电流电机区别主要在哪呢？

张老五

winy 发表于 2013-1-30 11:06

                               
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您说的根据电机的固有特性，是指的转速转矩曲线？变频电机一般曲线有恒转矩去恒功率区的。
其实我想做的 ...

前一个问题
持续过负荷主要是受发热的限制，对车用电机来说 ，不仅仅是电机的发热，还有电池在过电流输出条件下的发热，当然还有寿命的影响。
后一个问题
对改接线方式来调整高低电压的，对电机来说是一样一样一样的，区别在于电池的功率元件的性能限制，还有各自对于功率线路的设计能力。换句话说，是做均压线路还是做均流线路呢，不同的人想法是不同的。

winy

张老五 发表于 2013-1-30 15:22

                               
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前一个问题
持续过负荷主要是受发热的限制，对车用电机来说 ，不仅仅是电机的发热，还有电池在过电流输出 ...

谢谢，受教了。还有点疑问，您的意思是在低压大电流，高压小电流情况，对电机没有任何影响？区别在于电池和控制器？您说的均压均流指得是变频调速系统中功率管的连接方式（串or并）吗？
对于整个系统来说，哪种更占优势呢（低压大电流，高压小电流）

张老五

winy 发表于 2013-1-31 09:47

                               
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谢谢，受教了。还有点疑问，您的意思是在低压大电流，高压小电流情况，对电机没有任何影响？区别在于电池 ...

低压大电流和高压小电流，到底对电机有没有影响，这是一个几句话说不清楚的问题。其实在这个问题上，我之前也跟某些人有过激烈的争论。
我这个帖子里，我所说的没有影响，是有前提的，这个前提就是：仅仅用改接线的方法来调整电压。其实还有一个隐含的前提，就是电压的变化不足以引起绝缘系统的变化。
举个例子吧（当然不一定是实际的例子）
比如有一台100KW4极的电机，380伏电压，2路并联，目前电流大概是200安。
如果接成4路并联呢，就可以用在190伏电压下，电流大概是400安。此时电机内部的磁场电场都没有变化，最多是把引出线换粗一点就行了。
如果接成1路呢，就可以用在760伏电压下，电流只有50安。当然此时要核算一下绝缘系统的耐受能力，不过估计问题不大。
但是除了这几种情况，想做成其他电压，那变化就大了，电机就只能重新绕线了。

张老五

继续
上面说的是电机。如果需要全可以把电机的线圈分组接了出来，通过开关或者功率元件来改变接线的方法，从而在电压和电流之间进行切换。此时电机的运行没有变化，输出的功率和转速都没有变化。
但对电池来说，电池输出的电流也是有限制的，虽然电池也可以过负荷输出，但此时电池的容量会因此减小，电池的寿命也会因此受影响。
至于说到功率元件，要知道单个功率元件也是有电压和电流的限制，如果需要输出更高的电压或更大的电流，就只能把功率元件串联或者并联起来。但功率元件之间个体差别决定了电压或电流在各元件上不是无均匀分配的，因此必须有合适的均压或者均流线路来对元件进行保护。由于各公司的元件特性问题和设计思路问题，有公司喜欢并联，于是就做低压大电流的变频器；有公司喜欢串联，就做高压小电流变频器；有公司喜欢又串又并，于是就有中压中电流变频器。并且最终影响到了电机的设计。

张老五

优势不优势，还真不好说，既要看公司的水平和能力优势，也要看应用场合，还要看现实的供电能力。
举个例子来说，用电池搭个1万伏的电源，是相当困难，便电网供一万伏就很轻松。
所以不管对电机，还是对整个系统，都有一个合适电压和电流选择区间。一般来说，随着功率的提高，电压也有提高的趋势。
具体到车用电机，大概几千瓦的混动用36伏也没问题，十几千瓦的强混动恐怕就得百伏，如果是50千瓦以上的纯电动，最好得2、3百伏。（这里没有认真研究过，仅供参考）

winy

张老五 发表于 2013-1-31 11:42

                               
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优势不优势，还真不好说，既要看公司的水平和能力优势，也要看应用场合，还要看现实的供电能力。
举个例子 ...

分析的很全面，我明白了，非常感谢。

张老五

winy 发表于 2013-1-31 13:00

                               
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分析的很全面，我明白了，非常感谢。

全面算不上，一点个人看法而已，也未必都对

xc2006feb

看来两位都是高手呀。

wcyandly

学习啦，真是经典呀

wsqs

好好学习 天天向上 {:soso_e112:}