一种变频驱动永磁同步电动机制造技术

技术编号:14694609 阅读:102 留言:0更新日期:2017-02-23 18:18
本发明专利技术实施例提供一种变频永磁同步电动机,所述变频永磁同步电动机通过调整设置永磁体剩磁和所述变频永磁同步电动机的铁心长度使得所述变频永磁同步电动机的定子电枢电流达到额定电流时,气隙主磁通磁密处于饱和状态。如此,当变频调速器对变频驱动永磁同步电动机参数进行辨识时,转子位置推定误差可在很小的范围内,这样,可使变频驱动永磁同步电动机起动时杜绝发生反转再正转的现象。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电动机领域,尤其涉及一种能够杜绝先反转后正转的变频驱动永磁同步电动机
技术介绍
电机是使用电能的大户,约占全部电能供应的60%-75%,一台电机运转累计电费很高,一般最初工作的500小时内就达到电机本身的成本。一年内运行电费相当于电机成本的4~16倍,在电机的整个工作寿命期间可以达到成本的200倍。高效节能研究是电机行业的发展方向之一。但目前研究的异步电动机系列能达到GB30253-2013《永磁同步电动机能效限定值及能效等级》中的2级能效标准,欲再提高能效到1级,已有难度。近年来,随着钕铁硼永磁材料耐高温性能的提高和价格的降低。钕铁硼永磁电动机在国防、工农业生产和日常生活等方面得到了广泛的应用。永磁同步电动机系列的能效能达到GB30253-2013《永磁同步电动机能效限定值及能效等级》标准中的1级能效标准。近年来逐渐被产业界所接收,市场前景很好。进一步的,随着高性能钕铁硼永磁材料性能日益提高,矢量控制理论的提出以及高性能、高集成度的电子元器件、微处理器以及专用集成电路的出现和应用和大功率、大电流、高电压、高开关速度的功率电子器件的出现,使变频驱动、调速永磁同步电动机的驱动控制策略从原理和实践上得到了解决。变频驱动、调速永磁电动机得到了飞跃发展。然尔,变频驱动永磁同步电动机在起动时,有时(不是每一次)会发生先反转再正转的现象,尽管反转的时间极短(约1/8周波),但负载工艺是不允许的,这制约了变频驱动永磁同步电动机的市场拓展,而永磁电动机的反转问题也成为变频驱动永磁同步电动机的一项技术难关。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能杜绝先反转后正转的变频永磁同步电动机,以解决现有技术中,变频驱动永磁同步电动机在起动时,有时会发生先反转再正转的现象的问题。针对上述目的,本专利技术公开了一种变频永磁同步电动机,所述变频永磁同步电动机的定子电枢电流达到额定电流时,气隙主磁通磁密处于饱和状态。优选的,所述变频永磁同步电动机的永磁体剩磁和所述变频永磁同步电动机的铁心长度的设置使得所述变频永磁同步电动机的定子电枢电流达到额定电流时,气隙主磁通磁密处于饱和状态。优选的,所述变频永磁同步电动机的变频调速器的初始角度补偿角度的范围至少为所述变频永磁同步电动机的位置推定误差角度的2倍。优选的,所述变频永磁同步电动机的变频调速器的初始角度补偿角度的范围为±50deg。优选的,所述变频永磁同步电动机的空载反电动势在热态时与变频调速器输出电压一致。优选的,所述变频永磁同步电动机的空载反电动势在冷态为375V-345V,在热态为360V-330V。优选的,所述变频永磁同步电动机的转子上设有阻尼笼,所述阻尼笼的面积为具有同功率、同转速的异步启动永磁同步电动机的起动笼的面积的40%-50%,所述阻尼笼的面积为阻尼杆的面积与阻尼环面积之和。优选的,所述阻尼环的面积为所述阻尼杆面积的8.5%-15%。优选的,所述电动机为表贴式转子或内嵌式转子结构。优选的,所述变频驱动永磁同步电动机的功率P≤250KW,在转折频率为50HZ条件下,其额定最高转速可达6000、3000、1500、1000或者750rpm。有益效果:本专利技术提供一种能杜绝变频起动时发生先反转再正转的永磁同步电动机,是一种当定子电枢电流达到额定值时,气隙主磁通磁密通过设计优化而达到饱和的变频驱动永磁同步电动机。当变频调速器对变频驱动永磁同步电动机参数进行辨识时,转子位置推定误差可在很小的范围内,如±25deg(机械角)范围内,变频调速器认定后可实施转子位置推定误差补偿,补偿范围为±50deg,这样,可使变频驱动永磁同步电动机起动时杜绝发生反转再正转的现象。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为现有技术中永磁同步电动机转子结构示意图;图2、3为本专利技术中永磁同步电动机的转子位置的角度推定原理图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术中的技术方案,下面将结合本专利技术实施例中的附图,对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本专利技术保护的范围。如图1所示,为现有的变频驱动永磁同步电动机转子示意图。其中a、b是表贴式转子结构,c、d、e及f是内嵌式转子结构。从上图1可以看到,由于变频驱动永磁同步电动机的起动是由变频调速器完成的,转子上不设置启动杆孔,这样也就不存在启动杆孔与磁钢槽在有限的转子冲片上争空间的问题。永磁体靠近永磁电动机的气隙,亦可少用磁钢,节约成本。但如之前所述,由于变频驱动永磁同步电动机在起动时,有时(不是每一次)会发生先反转再正转的现象,尽管反转的时间极短(约1/8周波),但负载工艺是不允许的,这制约了变频驱动永磁同步电动机的市场拓展,而永磁电动机的反转问题也成为变频驱动永磁同步电动机的一项技术难关。经过反复的试验和分析,发生反转的主要原因是变频调速器辨识变频驱动永磁同步电动机参数时,对转子位置的角度推定误差偏大所致。永磁同步电动机转子在ABC轴系中的位置,即为转子磁链矢量与定子A轴间的电角度θi,如图2、3所示。转子位置角θτ可由下列公式确定:式中:uD、uQ为定子电压的直轴分量、交轴分量,为实测值;iD、iQ为定子电流的直轴分量、交轴分量,为实测值。基于数学模型的转子位置角θT的开环估计,无论采用什么数学模型,都要涉及电动机参数,参数的准确性以及在电动运行中的变化,势必会影响到估计的准确性。这是开环估计存在的主要技术问题,虽然对电动机参数及θT可以进行在线辩识,但辩识的实现亦需要复杂的技术,同样也是比较困难的。当永磁同步电动机气隙主磁通磁密处于不饱和情况下,定子电流i变化时,直轴分量iD随着横轴分量iQ的变化而变化,而当主气隙磁通磁密处于饱和情况下,定子电流i的直轴分量iD虽然也会随着横轴分量iQ的变化而变化,但由于气隙磁通已受到饱和极限的限制,iQ的变化量很小,此时,变频调速器对永磁同步电动机辨识时,其转子位置机械角的推定误差很小,经试验实测,一般可控制在±25deg以内。为此,本专利技术进行如下设计,对变频永磁同步电动机的气隙主磁通磁密进行调整和优化,使其电枢电流达到额定电流时,气隙主磁通磁密达到饱和区,此时,变频调速器对辨识永磁电动机参数时,对转子位置的机械角(电气角÷极对数)推定误差,能控制在变频调速器“初始角度补偿角度”允许范围内,从而有效杜绝变频驱动永磁同步电动机在变频起动时有时会发生先反转再正转的现象。变频永磁同步电动机的气隙主磁通磁密具有如下公式:其中,为气隙磁通密度,其与永磁体面积和永磁体剩磁成正比;为极弧系数;τ为极距;lδ为铁心长度。由此可见,通过适度调整永磁体磁通面积和减少定子铁芯长度,可实现在电枢电流达到额定值时气隙主磁通磁密达到饱和,而永磁体磁通面积可通过调整永磁体剩磁实现。与此同时,在电枢电流达到额定值气隙主本文档来自技高网
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一种变频驱动永磁同步电动机

【技术保护点】
一种变频永磁同步电动机,其特征在于,所述变频永磁同步电动机的定子电枢电流达到额定电流时,气隙主磁通磁密处于饱和状态。

【技术特征摘要】
1.一种变频永磁同步电动机,其特征在于,所述变频永磁同步电动机的定子电枢电流达到额定电流时,气隙主磁通磁密处于饱和状态。2.如权利要求1所述的变频起动时防止反转的变频驱动永磁同步电动机,其特征在于,所述变频永磁同步电动机的永磁体剩磁和所述变频永磁同步电动机的铁心长度的设置使得所述变频永磁同步电动机的定子电枢电流达到额定电流时,气隙主磁通磁密处于饱和状态。3.如权利要求1所述的变频永磁同步电动机,其特征在于,所述变频永磁同步电动机的变频调速器的初始角度补偿角度的范围至少为所述变频永磁同步电动机的位置推定误差角度的2倍。4.如权利要求3所述的变频永磁同步电动机,其特征在于,所述变频永磁同步电动机的变频调速器的初始角度补偿角度的范围为±50deg。5.如权利要求1所述的变频驱动永磁同步电动机,其特征在于,所述变频永磁同步电动机的空载反电动势在热态时与变频调速器输出电压一致。6.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员:周志民胥建华
申请(专利权)人:江苏久知电机技术有限公司
类型:发明
国别省市:江苏;32

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