变频调速交流异步牵引电机的研究.pdf

2007NO.13
科技咨询导报ScienceandTechnologyConsultingHerald
工程技术
变频调速交流异步牵引电机的研究

余冰1邓秋玲2
(1.湘潭电机厂湖南湘潭411101;2.湖南工程学院电气系湖南湘潭411101)

摘要:变频调速异步牵引电机,与变频器配套,作为电动汽车或混合汽车(油动加电动)的主动力或第二动力。由变频电源供电,既可作
电动机运行给车辆提供牵引力,同时又可作为异步发电机运行在车辆轻载或制动工况下,将发动机富裕的机械能或制动时的动能再生为
电能向蓄电池充电,将能量存贮起来。本文介绍了变频调速原理并针对这种电机的要求,如体积小、重量轻、效率高,有宽广的调速范围
和较大的扭矩等等提出了电磁设计方案。
关键词:异步牵引交流调速牵引电机变频调速
中图分类号:TM3文献标识码:A文章编号:1673-0534(2007)05(a)-0012-02

1引言直流接影响整车的技术指标,关系到整车的成整车的成败。因此对电机的电磁设计进行深
以往的汽车均是采用发动机减速后直接败。本文将对电机的电磁设计提出一些设计入研究是很有必要的。
驱动,较大型的电传动车辆,则是利用直流电方案。1)在电机中因基波电流也会产生空间谐波
机作牵引电机,由于直流电机有电刷和换向磁势,我们将采用定子的分布绕组、短距绕组
器,结构复杂,维护麻烦,制造成本高,运行故2交流异步牵引电机变频调速原理和选用合理的定转子槽配合的方法来改善。
障率高,而异步电动机具有结构简单、价格便2)由谐波电流引起的时间谐波磁势,我们
宜、运行可靠等优点,但调速性能不如直流电异步电动机的转速为:其将采取增大电机气隙,增大电机漏抗(增大电机
动机。因而人们很早就致力于交流电机调速定子槽高/宽比值)的办法削弱。
中f1为电动机定子的供电频率；S为转差率；
技术的研究(例如异步电机的变极调速等)。进3)因谐波而引起电机附加损耗的增加,必
P为电动机定子绕组极对数；n1为旋转磁场
入20世界70年代,当现代控制理论、新型大的同步转速。故改变电源频率很容易改变异须选用变频调速专用的优质电磁线和损耗较
功率电力电子器件、新型变频技术以及微机步电动机的转速。但是,对于异步电动机来小的绝缘材料以及硅钢片DW315-50,并采用
数字控制技术等在实际应用中取得了重要进说,若电源频率变化而电源电压不变的话,将VPI浸漆和旋转烘焙等先进工艺。
展的时候,交流调速技术也随之有了新的实质会引起磁通的变化,对电机的性能带来不良影4)谐波将引起电机噪声增大,必须采取提
性的迅猛发展,而功率集成器件(PIC)的出现,响。一般,在频率小于额定频率时,应使磁通高工艺水平,如提高电机气隙均匀度提高电机
使动力和信息合一,成为机和电的关键接口。磁路的对称性等措施来改善。
脉宽调制技术的发展与应用使高频调速装置
保持为额定磁通不变,为此有:常5)因变频电源电压变化梯度()较大,使
性能优化,可以适用于各类交流电动机。特别
数。在频率大于额定频率时,应保持电压为
是从20世纪90年代中期起,大量采用IGBT管电机绕组匝间产生较高瞬时电压对电机的绝
额定电压不变。因此,由变频调速原理可知,
以后,使变频器的载波频率由1k2kHz提高到缘强度和寿命有不利影响,故变频调速电机的
~必须同时调节电源的电压的频率,才能满足变
10k20kHz,大大提高了变频输出电压的质绝缘材料及其结构必须作出特殊的安排。
~频调速的要求。
量,有利于降低电机的损耗和噪声。因此,目6)由于电机工作时电源频率、电压和转
变频电源一般分为两大类,即交—交变频
前国外的变频调速电机发展很快,有同步电动速变化范围较宽,设计时应使电机电磁负荷在
和交—直—交变频。前者由SCR组成,在少数
机,也有绕线转子异步电动机和鼠笼型异步电上述各工作点均能合理,这比设计固定电压、
特大功率交流电机调速系统中应用；后者现
动机,多用于轧钢机、挤压机、风机、压缩固定频率的电机要复杂得多,必须逐点进行计
在主要由GTO以及IGBT等自关断器件组成,
机、水泵、磨机,近年来,也用于机车和汽算,统筹兼顾、全面考虑。
可应用于许多交流电机调速系统中。近代交
车电传动系统。特别是在电动汽车和混合汽7)为了保证电机具有如他励直流电机相似
流调速系统中所采用的PWM逆变器的主电路
车上使用变频调速系统的课题,国外正在鼓励的特性,必须保证电机额定转速以下满足恒转
原理图如图1所示,这是一个交—直—交供电
研究和开发,也取得了相当进展,有的已进入矩要求,在额定转速以上则满足恒功率运行。
系统。它将不可控整流器经电容滤波后形成
应用阶段,但技术还不十分完善。因此,电机必须分别在不同速度段保证转矩或
的幅值基本固定的直流电压加在逆变器上,利
国内由于电力电子技术发展