早期的交流变频调速系统基本上是电力电子变换器与电动机的“凑合”,它们之间的关系是不甚和谐的。为了真正使电力电子、电动机及控制做到有机地统一,而达到系统最优,必须克服一系列理论和技术“瓶颈”。以设计和分析为例,这些“瓶颈”技术包括:如何考虑在电力电子控制电源下的电动机设计,如何建立电动机及系统的高频模型,如何认识电磁空间结构与其控制时间上的互补关系等。为了达到以上所说的目标,首先需了解电动机与电力电子控制集成系统的基本特征:即为沉浸、交互和自控。它强调了作为一个整体,从过去分离的、独立设计和制造的部件到现在一个部件能够沉浸于其他部件之中,从外型上看完全是一个整体,而做到整体设计、同步制作。
从过去部件间相互凑合,各自为中心到现在能相互配合,相互利用而和谐优化组合;从过去单向输入输出模式到现在强反馈方式,具有自适应、自调整功能。
变频调速电动机实际上是一个系统问题,它必须将电动机与电力电子变频器及其控制方法一并考虑。它的内涵和外延包括有:电动机设计应是一个运行区域的最优设计,而不是传统的额定点的设计I电动机运行在追求高效率的同时,必须考虑高功率因素;电动机的内部空间磁场分布应与电流时间波形有一个适当的匹配以减小谐波分量;电动机设计必须与电动机控制方法和变频器特性相匹配,电动机只是传动系统里的一个部件;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。
变频调速电动机的种类和特点目前应用于电动机传动系统的电动机主要是异步电动机、同步电动机、永磁电动机和直流电动机,显然,异步电动机是产量和用量最大的电动机。变频调速电动机主要指的是异步电动机。
对于变频调速电动机,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在需要过多考虑,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。方式一般如下:
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
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。