早期的交流變頻調速系統基本上是電力電子變換器與電動機的“湊合”,它們之間的關系是不甚和諧的。為了真正使電力電子、電動機及控制做到有機地統一,而達到系統最優,必須克服一系列理論和技術“瓶頸”。以設計和分析為例,這些“瓶頸”技術包括:如何考慮在電力電子控制電源下的電動機設計,如何建立電動機及系統的高頻模型,如何認識電磁空間結構與其控制時間上的互補關系等。為了達到以上所說的目標,首先需了解電動機與電力電子控制集成系統的基本特征:即為沉浸、交互和自控。它強調了作為一個整體,從過去分離的、獨立設計和制造的部件到現在一個部件能夠沉浸于其他部件之中,從外型上看完全是一個整體,而做到整體設計、同步制作。
從過去部件間相互湊合,各自為中心到現在能相互配合,相互利用而和諧優化組合;從過去單向輸入輸出模式到現在強反饋方式,具有自適應、自調整功能。
變頻調速電動機實際上是一個系統問題,它必須將電動機與電力電子變頻器及其控制方法一并考慮。它的內涵和外延包括有:電動機設計應是一個運行區域的最優設計,而不是傳統的額定點的設計I電動機運行在追求高效率的同時,必須考慮高功率因素;電動機的內部空間磁場分布應與電流時間波形有一個適當的匹配以減小諧波分量;電動機設計必須與電動機控制方法和變頻器特性相匹配,電動機只是傳動系統里的一個部件;變頻調速電動機系統具有高可靠性和高容錯能力,具有高智能。
變頻調速電動機的種類和特點目前應用于電動機傳動系統的電動機主要是異步電動機、同步電動機、永磁電動機和直流電動機,顯然,異步電動機是產量和用量最大的電動機。變頻調速電動機主要指的是異步電動機。
對于變頻調速電動機,由于臨界轉差率反比于電源頻率,可以在臨界轉差率接近1時直接啟動,因此,過載能力和啟動性能不在需要過多考慮,而要解決的關鍵問題是如何改善電動機對非正弦波電源的適應能力。方式一般如下:
1.盡可能的減小定子和轉子電阻。
減小定子電阻即可降低基波銅耗,以彌補高次諧波引起的銅耗增
2.為抑制電流中的高次諧波,需適當增加電動機的電感。但轉子槽漏抗較大其集膚效應也大,高次諧波銅耗也增大。因此,電動機漏抗的大小要兼顧到整個調速范圍內阻抗匹配的合理性。
3.變頻電動機的主磁路一般設計成不飽和狀態,一是考慮高次諧波會加深磁路飽和,二是考慮在低頻時,為了提高輸出轉矩而適當提高變頻器的輸出電壓。