CN105449966A - 一种启动无反转的电机系统 - Google Patents
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Abstract
一种启动无反转的电机系统。涉及电机系统领域。提出了一种结构精巧，在启动时可有效抑制电机反转，从而有效地、彻底地解决在启动时三相变频永磁同步电动机先反转再正转的制约变频调速永磁同步电动机的推广应用瓶颈问题的启动无反转的电机系统。包括变频调速器和三相变频永磁同步电机；三相变频永磁同步电机的气隙磁通被合理控制，即当变频永磁同步电机定子电流达到额定值时，气隙磁通应处于饱和状态，此时，变频调速器对于三相变频永磁同步电机的转子特定位置的推定偏差可收缩在±30deg以内。因此本发明的技术可以100%保证永磁电动机变频启动时不会发生先反转再正转的现象。
Description
技术领域
本发明涉及电机系统领域，尤其涉及三相变频永磁同步电机的改进。
背景技术
目前在节能减排和国家实施电机能效提升计划中，由于永磁电动机在高效电动机中效率最高，可达GB/30253-2013标准中1级能效，节电率也最为明显。同时，采用变频调速三相永磁同步电动机实施节能改造，提升电机能效已成为发展趋向。而且适用于永磁同步电动机的变频调速器品牌日益增多，但在变频启动时，永磁电动机经常会发生先反转（1/8周波）再正转的现象，不能满足部分负载（如细纱机、倍捻机等）工艺的要求，制约了永磁同步电动机的推广应用，为解决这一技术问题，目前普遍采用单向联轴节方案，即在永磁电动机轴伸上安装一只单向联轴节，在电机反转时，单向联轴节打滑，不传递转矩，当电机正转时，单向联轴节输出转矩，电机带着负载一同旋转，采用这种方法，可以避免电机反转再正转给负载带来很大的冲击，但应用实践证明，单向联轴节使用寿命很短。2-3个月，单向联轴节内键极易损坏，采用单向联轴节企图解决变频启动三相变频永磁同步电动机的反转，依然不是有效的解决方法。
发明内容
本发明针对以上问题，提出了一种结构精巧，在启动时可有效抑制电机反转，从而有效地、彻底地解决在启动时三相变频永磁同步电动机先反转再正转的制约变频调速永磁同步电动机的推广应用瓶颈问题的启动无反转的电机系统。
本发明的技术方案为：包括变频调速器和三相变频永磁同步电机；三相变频永磁同步电机的气隙磁通被合理控制，即当变频永磁同步电机定子电流达到额定值时，气隙磁通应处于饱和状态，此时，变频调速器对于三相变频永磁同步电机的转子特定位置的推定偏差可收缩在±30deg以内。
所述变频调速器利用了通过磁通饱和特性推定转子位置的控制方式。
所述变频调速器设有“初始角度补偿角度”技术，使三相变频永磁同步电动机转子磁场位置的初始角误差被变频调速器初始角度补偿角度设定值相包容，从而确保变频启动三相变频永磁同步电动机时不发生先反转再正转的现象。
所述三相变频永磁同步电机包括若干转子片，所述转子片包括呈圆形片状的本体，所述本体上开设有若干转子槽、两对隔磁槽、若干永磁体槽和一转轴孔，若干所述转子槽以本体的轴心为圆心沿同一圆周均匀分布在所述本体的边缘处，所述转轴孔开设在本体的中心、且与所述本体同轴心设置，所述永磁体槽以本体的轴心为圆心沿同一圆周均匀分布在所述转轴孔和转子槽之间，一对所述隔磁槽对称的设置在一转子槽的两侧，两对所述隔磁槽对称的设置在本体的两侧。
本发明对启动时的无反转是通过以下方式实现的：
一、本发明的三相变频永磁同步电动机的铁芯长度比普通的永磁同步电动机的铁芯长度小5-6%，不仅能使三相变频永磁同步电动机磁通更容易饱和，而且可使永磁电动机空载反电动势Eo由380V降低至360V，和变频调速器输出电压360V相吻合，达到最大的有功节电率（比其他三相变频永磁同步电动机节电率提高1-2%）。
二、本发明采用独特的转子隔磁糟结构（即转子片），极间转子槽底部和两侧磁场饱和程度明显增加，磁阻增大，漏磁不容易通过，隔磁能力增强，气隙磁通（漏磁）饱和值降低，有利于三相变频电动机的气隙磁通饱和。
变频器通过永磁同步电动机气隙磁通的饱和特性来推定转子的初始位置，因此气隙磁通的饱和特性影响变频永磁同步电机转子初始位置确定精度，气隙磁通饱和时变频永磁同步电机转子初始位置误差最小。
三、本案的变频调速器，不仅采用矢量控制系统，还创造性的设计了利用磁通饱和特性推定转子位置的控制方式，采用变频器“初始角度补偿角度”的独特技术，使三相变频永磁同步电动机转子磁场位置的初始角误差被变频调速器初始角度补偿角度设定值所包容。只要三相变频永磁同步电机转子磁场位置的初始角误差在变频调速器初始角度补偿角度设定值范围内，三相变频永磁同步电动机就不会发生反转。
其他形式的三相变频永磁同步电动机的变频调速器对永磁同步电动机的控制，是通过变频器的输出电压和电流两个矢量来实现对永磁同步电动机的调速的。由于变频器是电流产生的电磁场，永磁同步电动机是永磁体产生的磁场，二者产生的机理不一样。变频器通过永磁同步电动机气隙磁通的饱和特性来推定转子的初始位置，在推定时会产生永磁电动机转子磁场位置的初始角度误差，因而变频器在控制永磁电动机速度时需要先消除转子的初始位置角度误差，这就使得永磁电动机转子发生反转消除转子初始位置误差后再正转。
本发明技术是在变频器上预先设定一个“初始角度补偿角度”，只要三相变频永磁同步电动机转子磁场位置的初始角误差在变频调速器初始角度补偿角度设定值范围内，三相变频永磁同步电动机就不会发生反转。
因此本发明的技术可以100%保证永磁电动机变频启动时不会发生先反转再正转的现象。
本发明使用时，首先进行参数设定。以XYT180M2-418.5KW为例向变频调速器输入下列参数：
同步电机额定电流28.72A
同步电机额定速度1500r/min
同步电机额定极对数2
同步电机电动势常数9482（362V）
定子d轴电感8.668mH
定子q轴电感9.25mH
同步电机定子电阻0.17Ω
初始角度补偿角度±60deg
三相变频永磁同步电动机的变频调速器进行辩识并产生记忆后的启动，不必再进行参数输入程序。
附图说明
图1是本发明的结构示意图，
图2是图1的A处局部放大图；
图中1是本体，2是转子槽，3是隔磁槽，4是永磁体槽，5是转轴孔。
具体实施方式
本发明如图1-2所示，包括变频调速器和三相变频永磁同步电机；三相变频永磁同步电机的气隙磁通被合理控制，即当变频永磁同步电机定子电流达到额定值时，气隙磁通应处于饱和状态，此时，变频调速器对于三相变频永磁同步电机的转子特定位置的推定偏差可收缩在±30deg以内。
所述变频调速器利用了通过磁通饱和特性推定转子位置的控制方式。
所述变频调速器设有“初始角度补偿角度”技术，使三相变频永磁同步电动机转子磁场位置的初始角误差被变频调速器初始角度补偿角度设定值相包容，从而确保变频启动三相变频永磁同步电动机时不发生先反转再正转的现象。
由于电机材料（硅钢片、磁钢）性能的不一致性会造成永磁电动机磁饱和特性的偏差，变频调速器“初始角度补偿角度”一般设定在±60deg，如有特殊情况，此初始角度补偿角度整定值还可适当放大，这样可以100%保证永磁电动机变频启动时不会发生反转现象。
所述三相变频永磁同步电机包括若干转子片，所述转子片包括呈圆形片状的本体1，所述本体1上开设有若干转子槽2、两对隔磁槽3、若干用于容置永磁体的永磁体槽4和一用于容置转轴的转轴孔5，若干所述转子槽2以本体1的轴心为圆心沿同一圆周均匀分布在所述本体1的边缘处，所述转轴孔5开设在本体1的中心、且与所述本体1同轴心设置，所述永磁体槽4以本体1的轴心为圆心沿同一圆周均匀分布在所述转轴孔5和转子槽2之间，一对所述隔磁槽3对称的设置在一转子槽2的两侧，两对所述隔磁槽3对称的设置在本体1的两侧。
Claims (4)
1.一种启动无反转的电机系统，其特征在于，包括变频调速器和三相变频永磁同步电机；三相变频永磁同步电机的气隙磁通被合理控制，即当变频永磁同步电机定子电流达到额定值时，气隙磁通应处于饱和状态，此时，变频调速器对于三相变频永磁同步电机的转子特定位置的推定偏差可收缩在±30deg以内。
2.根据权利要求1所述的一种启动无反转的电机系统，其特征在于，所述变频调速器利用了通过磁通饱和特性推定转子位置的控制方式。
3.根据权利要求1所述的一种启动无反转的电机系统，其特征在于，所述变频调速器设有“初始角度补偿角度”技术，使三相变频永磁同步电动机转子磁场位置的初始角误差被变频调速器初始角度补偿角度设定值相包容，从而确保变频启动三相变频永磁同步电动机时不发生先反转再正转的现象。
4.根据权利要求1所述的一种启动无反转的电机系统，其特征在于，所述三相变频永磁同步电机包括若干转子片，所述转子片包括呈圆形片状的本体，所述本体上开设有若干转子槽、两对隔磁槽、若干永磁体槽和一转轴孔，若干所述转子槽以本体的轴心为圆心沿同一圆周均匀分布在所述本体的边缘处，所述转轴孔开设在本体的中心、且与所述本体同轴心设置，所述永磁体槽以本体的轴心为圆心沿同一圆周均匀分布在所述转轴孔和转子槽之间，一对所述隔磁槽对称的设置在一转子槽的两侧，两对所述隔磁槽对称的设置在本体的两侧。
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