变频电机起动性能不良分析及改进

t o m m i 实际上， 即使电压增大至 100 V， . 于出厂测试台） ， w 相似的 Y132-4， w Y21324 的相应设计参数。 起动转矩增大到原方案的 4 倍以上， 电机仍处于 w / / : p htt
表2 4 的部分设计参数 该款电机与 Y132M定子槽数 / 转子槽数 36 /32 36 /28 36 /46 绕组型式 电机型号 Y1324 Y21324 本款电机 定子外径 / 定子内径 / 转子内径 / mm 210 /136 /48 210 /136 /48 225 /131 /48 转子斜槽 / 定子齿距 / mm 11. 9 /11. 9 16. 6 /11. 9 11. 3 /11. 4 气隙 / mm 0. 40 0. 40 0. 35 单层交叉式 单层交叉式 单层交叉式
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2012， 39 （ 3 ）

从表 1 可知， 两台电机的负载性能相当， 之后 、 、 ， 进行了噪声 振动 温升等测试 结果显示起动不 良电机无异常。 这些测试结果说明， 起动不良的 电机除起动性能外， 其他性能全部合格。 电机的 问题仅仅是起动问题。 1. 2 起动不良的原因 通过 Ansoft RMxprt 计算得出， 电机在 48 V、 50 Hz 时的起动转矩倍数为 4. 5 ， 起动电流倍数达 8. 7 。通电时测得电机端电压仅约为 10 V。 因异 步电机的起动转矩 T st 可用公式表示为 T st = m1 U2 1 R'2 （ 1） 2 Ω S （ R1 + cR'2 ） + （ X1σ + cX'2σ ）
摘 要： 对一种国外设计的变频电机在工频电源下无法自起动进行分析， 提出了改进措施。 通过分析得
知， 高次谐波磁场产生的附加转矩是电机不能自起动的根本原因， 而增大定、 转子间的气隙是削弱附加转矩的 简单有效的方法， 同时认为变频电机应具备自起动能力 。 关键词： 变频电机； 起动过程； 附加转矩； 气隙 中图分类号： TM 921. 51 文献标志码： A 6540 （ 2012 ） 03003303 文章编号： 1673-
制定最佳改进方案并验证 4、 Y21324 从表 2 可看出， 该款电机与 Y132的不同主要有定子外径 / 定子内径， 槽配合， 气隙 等。可优先考虑改善槽配合和气隙， 其次可尝试 改变绕组型式 （ 如采用双层短距绕组 ） 和转子斜 槽度。 定、 转子槽数可能是影响附加转矩的关键因 素， 其转子槽数大于定子槽数且相差较大 ， 不在文 2］ 献［ 推荐范围。但因为该款电机冲片是国外的 设计， 已经开模且是较为成熟的产品， 故修改转子 槽数的风险较高， 不宜采用。 该款电机的定子内
Abstract： A variable frequency motor of foreign designed which is not able to selfstarting with normal power supply was analyzed，and gave a improve method． According to our analysis，additional torque from high harmonic magnetic field is a basic cause． And increasing the gap is a method of simple and effective to decrease the additional torque． Meanwhile the variable frequency motors should have the ability of selfstarting． Key words： variable frequency motor； starting process； additional torque； gap
表3
U1 / V 47． 8 47． 5 47． 7 f / Hz 95． 0 58． 5 52． 8 T n / （ N· m） 26． 8 78． 1 85． 9
成负载电流增大， 效率和功率因数降低。 对车大 0. 40 的电机做负载试验， 验证了上述结 气隙至 论， 试验数据如表 3 所示。
车大气隙至 0． 40 的电机的负载试验数据
Analysis and Improvement of Variable Frequency Motors with Poor Starting Performance
CHEN Huichong （ Kinetek Desheng （ Shunde，Foshan） Motor Co． ，Ltd． ，Foshan 528308 ，China）
［ 1］ 汤蕴璆，史乃，沈文豹． 电机理论与进行 （ 上册） 1983. ［ M］ ． 北京： 水利电力出版社， ［ 2］ 陈世坤． 电机设计［ M］ ． 北京： 机械工业出版社， 2000. 收稿日期： 2011 － 10 － 17
应用于动力控制系统的电机， 精度要求较高 的场合采用矢量控制， 精度要求较低的场合采用 VVVF 控制， 均不要求电机自起动。 尽管如此， 变 频电机应具备空载情况下的自起动能力 。高次谐 波磁场产生的附加转矩对电机的起动性能有显著 ， 影响， 严重时会使电机在起动时产生“死点 ” 转
故怀疑电机的起动电流过大， 引起电网电压 导致其起动转矩下降。 但将电源电压 显著下降， 下降到 20 ～ 30 V 时， 电机还是处于“爬行 ” 状态， 电机端电压维持在约 10 V。 另一方面， 式（ 1 ） 说明， 起动转矩与定子相电 。 压的平方成正比 如果增大定子端电压， 起动转 矩将成平方增大。将这台电机移至测试中心并增 加其端电压进行测试 （ 测试中心的电网容量远大
“爬行” 状态， 不能达到正常转速。 上述事实说明， 电机的起动转矩不是电机起 动不良的决定性因素。 1. 3 最小转矩 根据异步电机的转矩 － 转速曲线得知， 由于 异步附加转矩的存在， 电机在起动过程中有最小 转矩， 且最小转矩时的转速在其同步转速的 1 /7 或 1 /13 附近。国家标准 GB / T 1032 —2005“三相 异步电 动 机 试 验 方 法 ” 亦有测定最小转矩的方 法。但本文研究的起动问题与最小转矩关系不 “爬行” 大： （ 1 ） 电机的 转速为 700 ～ 900 r / min， 约 为同步转速的 1 /2 而不是 1 /7 或更低； （ 2 ） 国标 GB / T 1032 要求测试时给电机加载， 但该电机在 空载下即无法正常起动。 1. 4 高次谐波磁场的影响 从高次谐波磁场进行分析， 由高次谐波磁势 产生的高次谐波磁场及其附加转矩， 对电机运行 的影响并不大， 但对电机的起动有显著影响。 文 2］ 献［ 介绍了削弱高次谐波的设计要素。 现将该 电机可能影响高次谐波的设计参数综合起来 ， 见 表 2 。为便于比较， 表 2 也列出了与该电机体积
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2. 1
改进措施及其对电机性能的影响
4 相当， 但气隙较小。 故， 可通过增 径与 Y132M大气隙来削弱谐波。车削转子外圆从制造上来说 也容易得多。 将一台起动不良电机拆机后， 测得转子外圆 4 数据， 为 130. 32 mm。 按照 Y132M将其车至 130. 20 mm。重新装机后， 电机起动正常且起动 时间在 2 s 以内。 后又有 6 台起动不良的电机， 车转子外圆后 均起动良好， 验证了增大气隙是削弱高次谐波磁 场的有效方法。 2. 2 改制对电机性能的影响 异步电机的主电抗（ 激磁电抗） x m 可表示为
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1. 1
原因分析及测试过程回顾
起动不良对电机其他性能的影响
首先需要确定不能正常起动的电机的负载性 能如何。 用一台起动正常的电机和一台不良电 机， 通过变频器供电并设定了电源电压、 频率， 测 试了三个工作点的负载性能， 测得数据见表 1 。
起动性能不同的两台电机的负载试验数据
T n / （ N · m） 26. 8 77. 7 84. 5 26. 7 77. 5 84. 8 I1 / A 124 227 234 117 220 231 P1 / kW 8. 95 15. 72 15. 38 8. 61 15. 56 15. 48 P2 / kW 7. 86 13. 84 13. 56 7. 84 13. 82 13. 62 E FF． / % 87. 8 88. 0 88. 2 91. 1 88. 8 88. 0 cos φ 0. 874 0. 840 0. 805 0. 888 0. 857 0. 811
t o m m i . 机起动能力的简单有效的方法。但现有的电磁设w w w 檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿 / / （ 上接第 9 页） : p t 通过数值计算得出频率、 转速、 损耗分布不同的情 行计算， 结果表明绝缘结构温度满足绝缘等级的 t h 况下， 绝缘温度均未超过允许温度并有一定的安 温升极限， 并且有一定余量， 验证电机结构可取。
表1
电机 正常起动 的电机 U1 / V 47. 6 47. 7 47. 1 不能正常起 动的电机 48. 0 47. 7 47. 7 f / Hz 95. 0 58. 6 52. 8 95. 0 58. 5 52. 8
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900 r / min， 处于“爬行 ” 状态。 不良率 达 30% ～ 40% ， 其他能正常起动的电机， 起动时间亦较长， 达 3 ～ 4 s。 这些都给测试电机的空载、 噪声、 振动 等性能带来了困难。
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m1 τl eff （ w1 k w1 ） 2 （ 2） p π δk δ k s 由式（ 2 ） 可知， 增大气隙 δ， 可使主电抗 x m 减 小。在电源不变的情况下， 励磁电流 I m 增大， 造 x m = 4 f μ0 =
I1 / A 127 233 246 P1 / kW 9． 00 16． 06 16． 00 P2 / kW 7． 85 13． 86 13． 73 E FF / % 87． 2 86． 3 85． 8 cos φ 0． 860 0． 837 0． 789
3
结
语
计软件尚不具备计算高次谐波及其影响的功能 ， 这就需要电机设计人员认真研究， 多参考现有产 品的成熟经验， 以免设计的电机不合要求。 【参 考 文 献】
0
引
言
用于驱动电动叉车及电动汽车的异步电机， 一般由蓄电池通过控制器供电， 其具有转矩转速 变化 范 围 宽， 工 作 点 较 多， 控制器变频变压 （ VVVF） 闭环控制等特点。 作为变频电机， 通常 无需考核其起动性能； 但电机制造厂做电机的出 厂测试 时， 供 电 设 备 往 往 是 工 频 （ 50 Hz ） 电 源。 一种国外设计的电动叉车用电机在工频电源供电 4 极电机的同步转速为 时不能起动到正常转速， 1 500 r / min， 但该 4 极电机转速只能达到 700 ～
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变频电机起动性能不良分析及改进
陈会崇 （ 金泰德胜电机有限公司，广东 佛山 528308 ）