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变频电机的结构设计

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文章出处: 责任编辑: 发表时间:2015-07-13 10:56:18

 由于采用逆变器供电后,电机可以在很低的频率和电压下以无冲击电流的方式启动,并可利用逆变器所供的各种制动方式进行快速制动,为实现频繁起动和制动创造了条件,因而电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等问题。在结构设计时,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,一般应注意以下问题:
(1)普通电机采用变频器供电时,会使由电磁、机械、通风等因素所引起的振动和噪声变得更加复杂。变频电源中含有的各次时间谐波与电机电磁部分的固有空间谐波相互干涉,形成各种电磁激振力。当电磁力波的频率和电机机体的固有振动频率一致或接近时,将产生共振现象,从而加大噪声。由于电动机工作频率范围宽,转速变化范围大,各种电磁力波的频率很难避开电动机的各构件的固有振动频率。电压源变频器脉冲频率低于3kHz时,可能接近中大型电动机铁心和结构固有频率。对中心高大于315mm的2、4极电机振动模态r=0和r=2的谐振频率将低于2.5kHz。而对较小电机,变频器频率增加到4kHz或5kHz以上都有可能发生谐振。对电机的振动、噪声问题,在设计时要充分考虑电动机构件及整体的刚度,尽力提高其固有频率,以避开与各次力波产生共振现象;
(2)电机冷却方式:变频电机在恒功率条件下调速范围宽,若采用轴流风扇实现自通风式冷却,在转速降低时,冷却风量与转速的三次方成比例减小,致使电机的低速冷却状况变坏,温升急剧增加,难以实现恒转矩输出。因此,变频电机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,使其在低速时保持足够的散热风量;
(3)对恒功率变频电机,当转速超过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;
(4)变频电机承受较大的冲击和脉振,电机在组装后轴承要留有一定轴向窜动量和径向间隙,即选用较大游隙的轴承;
(5)对于最大转速较高的变频电机,可在端环外侧增加非磁性护环,以增加强度和刚度;
(6)为配合变频调速系统进行转速闭环控制和提高控制精度,在电机内部应考虑装设非接触式转速检测器,一般选用增量型光电编码器;
(7)调速系统对传动装置加速度有较高要求时,电机的转动惯量应较小,应设计成长径比较大的结构。

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