CN102361434A - 扩展恒压变频异步电机供电频率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电机设计技术，涉及一种扩展恒压变频异步电机供电频率的方法。其特征在于，扩展恒压变频异步电机供电频率的步骤如下：确定电机的供电频率和设计参数；确定电机定子绕组的套数；将供电频率范围分段；确定电机每套定子绕组的设计频率；确定电机每套定子绕组的主要参数。本发明提供了一种扩展恒压变频异步电机供电频率的方法，解决了供电频率带宽很大时，单绕组电机低频运行时磁场饱和、而高频运行时力矩不足的难题，从而满足了用户的使用要求。
Description
技术领域
本发明属于电机设计技术，涉及一种扩展恒压变频异步电机供电频率的方法。
背景技术
目前，一般常见的是恒压直流电源通过变频器变压变频后给单绕组异步电动机供电。由于这种变频电机的电压和频率同时改变，因此，电机的磁场基本是恒定的。而对于恒压变频供电体制，如果采用传统的单绕组的异步电动机，由于电压恒定而频率改变，则当异步电动机低频运行时磁场增强，将使磁场发生饱和，电机的温升快速上升，甚至造成烧毁故障；而当电机在高频运行时，处于弱磁状态，根据异步电动机电磁转矩和磁通成正比的关系可知，此时电机输出力矩减小，不满足使用要求。尤其是当电机供电频率的带宽很大时，单绕组的异步电动机无法满足用户的使用要求。
发明内容
本发明的目的是：提供一种扩展恒压变频异步电机供电频率的方法，以解决供电频率的带宽很大时，单绕组电机低频运行时磁场饱和、而高频运行时力矩不足的难题，从而满足用户的使用要求。
本发明的技术方案是：扩展恒压变频异步电机供电频率的方法，其特征在于，扩展恒压变频异步电机供电频率的步骤如下：
1、确定电机的供电频率和设计参数：
根据用户提出的要求确定电机的供电频率范围，最高供电频率为FH，最低供电频率为FL，供电频率带宽为Wf；同时，根据用户提出的电机输出功率、转速、功率因数、效率、起动转矩和外形尺寸要求确定电机的结构参数；
2、确定电机定子绕组的套数：当供电频率带宽为200Hz≤Wf400Hz时，电机定子绕组的套数为2；当供电频率带宽为400Hz＜Wf≤600Hz时，电机定子绕组的套数为3；
3、将供电频率范围分段：根据电机定子绕组的套数将供电频率范围分为2～3个供电频段，确定每个供电频段的边界频率；当供电频率范围分为2个供电频段时，供电频段的边界频率为频点F1；当供电频率范围分为3个供电频段时，供电频段的边界频率为频点F2和频点F3；频点F3的频率数值高于频点F2；供电频率范围分段后每个供电频段的频率带宽为100Hz≤Wf′≤200Hz；
4、确定电机每套定子绕组的设计频率：计算供电频率范围内每个供电频段的中心频率；当供电频率范围分为2个供电频段时，低供电频段的中心频率为f1，高供电频段的中心频率为f2；当供电频率范围分为3个供电频段时，低供电频段的中心频率为f3，中供电频段的中心频率为f4，高供电频段的中心频率为f5；每个供电频段的设计频率与该供电频段的中心频率的频率差Δf＝0Hz～30Hz；当供电频率范围分为2个供电频段时，低供电频段的设计频率为f1′，高供电频段的设计频率为f2′；当供电频率范围分为3个供电频段时，低供电频段的设计频率为f3′，中供电频段的设计频率为f4′高供电频段的设计频率为f5′；
5、确定电机每套定子绕组的结构参数：根据每套定子绕组供电频段的设计频率和电机的结构参数，计算得到每套定子绕组的主要参数：低供电频段每相绕组匝数为N1，中供电频段每相绕组匝数为N2，高供电频段每相绕组匝数为N3；
6、当电机供电频率位于某个供电频段内时，与该供电频段对应的定子绕组通电工作，其他定子绕组断电。
本发明的优点是：提供了一种扩展恒压变频异步电机供电频率的方法，解决了供电频率的带宽很大时，单绕组电机低频运行时磁场饱和、而高频运行时力矩不足的难题，从而满足了用户的使用要求。
具体实施方式
下面对本发明做进一步详细说明。扩展恒压变频异步电机供电频率的方法，其特征在于，展宽恒压变频异步电机供电频率的步骤如下：
1、确定电机的供电频率和设计参数：
根据用户提出的要求确定电机的供电频率范围，最高供电频率为FH，最低供电频率为FL，供电频率带宽为Wf；同时，根据用户提出的电机输出功率、转速、功率因数、效率、起动转矩和外形尺寸要求确定电机的结构参数；
2、确定电机定子绕组的套数：当供电频率带宽为200Hz≤Wf≤400Hz时，电机定子绕组的套数为2；当供电频率带宽为400Hz＜Wf≤ 600Hz时，电机定子绕组的套数为3；
3、将供电频率范围分段：根据电机定子绕组的套数将供电频率范围分为2～3个供电频段，确定每个供电频段的边界频率；当供电频率范围分为2个供电频段时，供电频段的边界频率为频点F1；当供电频率范围分为3个供电频段时，供电频段的边界频率为频点F2和频点F3；频点F3的频率数值高于频点F2；供电频率范围分段后每个供电频段的频率带宽为100Hz≤Wf′≤200Hz；
4、确定电机每套定子绕组的设计频率：计算供电频率范围内每个供电频段的中心频率；当供电频率范围分为2个供电频段时，低供电频段的中心频率为f1，高供电频段的中心频率为f2；当供电频率范围分为3个供电频段时，低供电频段的中心频率为f3，中供电频段的中心频率为f4，高供电频段的中心频率为f5；每个供电频段的设计频率与该供电频段的中心频率的频率差Δf＝0Hz～30Hz；当供电频率范围分为2个供电频段时，低供电频段的设计频率为f1′，高供电频段的设计频率为f2′；当供电频率范围分为3个供电频段时，低供电频段的设计频率为f3′，中供电频段的设计频率为f4′，高供电频段的设计频率为f5′；
5、确定电机每套定子绕组的结构参数：根据每套定子绕组供电频段的设计频率和电机的结构参数，计算得到每套定子绕组的主要参数：低供电频段每相绕组匝数为N1，中供电频段每相绕组匝数为N2，高供电频段每相绕组匝数为N3；
6、当电机供电频率位于某个供电频段内时，与该供电频段对应的定子绕组通电工作，其他定子绕组断电。
本发明的工作原理是：当施加恒压变频电源时，根据异步电动机的电磁关系，可以通过改变匝数和绕组系数来保证两套绕组工作磁通基本不变，从而避免电机在低频磁饱和或者高频力矩不足。将恒压变频电源的频率范围分成2～3个供电频段，在每个供电频段分别使电机相应频段的绕组通电工作，从而缩小了电机每套绕组工作的频率范围，即扩展了整个电机在恒压变频电源供电下使用的宽频范围。
实施例1：当恒压变频异步电动机的电源频率范围为280Hz～560Hz时，FH＝280Hz，FL＝560Hz，Wf＝280Hz，功率因数不小于0.75，效率不小于0.7，高频时的起动转矩倍数为1，不同频率下的功率和转速要求如表1所示；
表1不同频率下的功率和转速要求
| 电源频率(Hz) | 同步转速(r/min) | 电机功率(W) |
| 280 | 5600 | 300 |
| 320 | 6400 | 400 |
| 480 | 9600 | 1200 |
| 560 | 11200 | 1300 |
电机铁心外形尺寸Φ75mm×60mm，电机定子绕组的套数为2；
将供电频率范围分为2个供电频段，供电频段的边界频点F1＝420Hz；供电频率范围分段后每个供电频段的频率带宽Wf′＝140Hz；
低供电频段的中心频率f1＝350Hz，高供电频段的中心频率f2＝490Hz；低供电频段的设计频率与该供电频段的中心频率的频率差Δf＝30Hz，低供电频段的设计频率f1′＝320Hz；高供电频段的设计频率与该供电频段的中心频率的频率差Δf＝10Hz，高供电频段的设计频率f2′＝480Hz；
电机每套定子绕组的主要参数：低供电频段每相绕组匝数N1＝108，高供电频段每相绕组匝数为N3＝93，绕组分布系数0.966；
当电机供电频率位于某个供电频段内时，与该供电频段对应的定子绕组通电工作，其他定子绕组断电。
实施例2：当恒压变频异步电动机的电源频率范围为360Hz～800Hz，FH＝360Hz，FL＝800Hz，Wf＝440Hz，功率因数不小于0.75，效率不小于0.7，高频时的起动转矩倍数为1，不同频率下的功率和转速要求如表2所示，电机外形尺寸Φ140mm×80mm；电机定子绕组的套数为2；
表2不同频率下的功率和转速要求
| 电源频率(Hz) | 同步转速(r/min) | 电机功率(W) |
| 360 | 5400 | 7500 |
| 500 | 7500 | 7500 |
| 600 | 9000 | 7500 |
| 700 | 10500 | 7500 |
| 800 | 12000 | 7500 |
将供电频率范围分为3个供电频段，供电频段的边界频点F2＝500Hz，频点F3＝650Hz；供电频率范围分段后各个供电频段的频率带宽Wf′＝140Hz或者150Hz；
低供电频段的中心频率f3＝430Hz，中供电频段的中心频率为f4＝575Hz，高供电频段的中心频率为f5＝725Hz；低供电频段的设计频率与该供电频段的中心频率的频率差Δf＝30Hz，低供电频段的设计频率f3′＝400Hz；中供电频段的设计频率与该供电频段的中心频率的频率差Δf＝15Hz，中供电频段的设计频率f1′＝560Hz；高供电频段的设计频率与该供电频段的中心频率的频率差Δf＝5Hz，高供电频段的设计频率f2′＝720Hz；
确定电机每套定子绕组的主要参数：低供电频段每相绕组匝数为N1＝48，中供电频段每相绕组匝数为N2＝44，高供电频段每相绕组匝数为N3＝38，绕组分布系数为0.966；
当电机供电频率位于某个供电频段内时，与该供电频段对应的定子绕组通电工作，其他定子绕组断电。
Claims (1)
1.扩展恒压变频异步电机供电频率的方法，其特征在于，扩展恒压变频异步电机供电频率的步骤如下：
1.1、确定电机的供电频率和设计参数：
根据用户提出的要求确定电机的供电频率范围，最高供电频率为FH，最低供电频率为FL，供电频率带宽为Wf；同时，根据用户提出的电机输出功率、转速、功率因数、效率、起动转矩和外形尺寸要求确定电机的结构参数；
1.2、确定电机定子绕组的套数：当供电频率带宽为200Hz≤Wf≤400Hz时，电机定子绕组的套数为2；当供电频率带宽为400Hz＜Wf≤600Hz时，电机定子绕组的套数为3；
1.3、将供电频率范围分段：根据电机定子绕组的套数将供电频率范围分为2～3个供电频段，确定每个供电频段的边界频率；当供电频率范围分为2个供电频段时，供电频段的边界频率为频点F1；当供电频率范围分为3个供电频段时，供电频段的边界频率为频点F2和频点F3；频点F3的频率数值高于频点F2；供电频率范围分段后每个供电频段的频率带宽为100Hz≤Wf′≤200Hz；
1.4、确定电机每套定子绕组的设计频率：计算供电频率范围内每个供电频段的中心频率；当供电频率范围分为2个供电频段时，低供电频段的中心频率为f1，高供电频段的中心频率为f2；当供电频率范围分为3个供电频段时，低供电频段的中心频率为f3，中供电频段的中心频率为f4，高供电频段的中心频率为f5；每个供电频段的设计频率与该供电频段的中心频率的频率差Δf＝0Hz～30Hz；当供电频率范围分为2个供电频段时，低供电频段的设计频率为f1′，高供电频段的设计频率为f2′；当供电频率范围分为3个供电频段时，低供电频段的设计频率为f3′，中供电频段的设计频率为f4′，高供电频段的设计频率为f5′；
1.5、确定电机每套定子绕组的结构参数：根据每套定子绕组供电频段的设计频率和电机的结构参数，计算得到每套定子绕组的主要参数：低供电频段每相绕组匝数为N1，中供电频段每相绕组匝数为N2，高供电频段每相绕组匝数为N3；
1.6、当电机供电频率位于某个供电频段内时，与该供电频段对应的定子绕组通电工作，其他定子绕组断电。
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