异步电机变频调速的原理，异步电机变频控制
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编辑| 志嘉侦探
引言随着人们对自然的不断探索、国民经济的快速发展、科学技术的一代又一代的创新，电机已成为机电能量转换的核心部件，感应电机广泛应用于各个行业，特别是用于工业。在石油、化工、机械制造等领域发挥着不可替代的作用。此外，随着电机变得更轻、电流更大、扭矩更大、性能更高，电机上的电磁负载不可避免地增加，导致振动和噪声增加。
电机振动不仅影响电机的性能和使用寿命，而且会造成严重的噪声污染，它充分体现了电机电磁和机械结构的设计、生产和加工水平，这是重要指标之一。来评价电机的质量。电机振动产生的噪声是不同频率、不同强度的声音的无序组合，会使物理装置和设备疲劳或引起故障，并能干扰其他声音信号的感知和识别，不仅有碍，而且严重影响人们的生活质量。人们的健康甚至可能受到严重损害。
电机噪声的主要来源(1)电磁噪声电机的定子铁芯和机座在气隙磁场中受随时间和空间变化的电磁力的作用而产生周期性变形，引起空气脉动，产生杂散噪声。噪声，或电磁噪声。 (2)机械噪声转子机械不平衡产生的离心力引起机械振动和轴承振动，轴承的振动又激起端盖的振动，产生机械噪声。转子的机械不平衡也会引起电刷与集电环、换向器等之间的滑动噪音。 (3)通风噪声空气涡流噪声是由风扇、转子等通风部件旋转产生的，风扇的旋转使冷却空气周期性地撞击�**铮テ翟肷拖腹舱裨肷７绲狼胶头绲赖纳杓埔磺胁缓侠淼摹笆ド倍际峭ǚ缭肷�
在基本的噪声治理方法中，可以通过优化设计方案、合理选择风量和管道风机来降低机械噪声和通风噪声。此外，从工艺角度来看，还可以通过使用改进的机械轴承、电刷装置和增加部件刚度来降低机械和通风噪音。要降低电磁噪声，请考虑电磁解决方案的设计方面，包括更改槽配合和槽尺寸、适当更改气隙长度、使用或不使用成角度的槽以及选择适当的绕组类型和并联数量。还可以通过使用树枝等新型阻尼材料来降低电磁噪声。
十年来，电力电子技术、自动控制技术、计算机技术不断发展和融合，在跨学科领域大放异彩，电力传输技术面临着从直流调速到交流调速、模拟历史的挑战。计算机数字控制技术取代控制技术的变化。变频调速技术性能良好，节电效果明显，但当采用变频调速装置驱动电机时，变频器输出的电压、电流中会含有很多谐波成分。电磁空间谐波相互作用形成各种电磁激励力。
如果电磁力波的频率与电机本体的固有振动频率相匹配或接近，就会发生共振，噪声增大。变频器电源是电机振动和噪声的主要来源之一。
变频电源电磁励磁力分析变频调速器具有良好的启动制动性能和调速性能，广泛应用于各个工业领域。然而，变频电源产生的谐波会对电机性能产生负面影响，如增加电机损耗和发热、电机扭矩波动增大、电机振动增大、产生噪声等。
当电机采用变频器供电时，电机绕组上的电源电压不再是标准的正弦波，相应地会产生一系列电流谐波，从而在气隙中产生谐波磁场，并产生谐波A产生磁场。当磁场相互作用产生电磁力时，电机电磁力的谐波含量增加，从而影响电机的电磁振动。
电机振动的大小不仅与电磁力的特性密切相关，还与电机的固有频率密切相关，如果电磁激振力的频率等于或接近电机的固有频率，电机使用时，电机会产生小幅度的共振，但电磁激振力也会产生不可忽视的振动。
电机电磁振动仿真计算对三相异步电机进行瞬态动力学分析，在电机设计阶段模拟整个电机的振动，并验证设计是否合理，让您缩短电机设计周期。降低生产成本。
为了考虑电机端盖等结构件对振动的影响，将计算出的随时间和空间位置变化的径向电磁力施加到电机定子齿表面，并根据实际安装情况。做。电机的。电机三维结构有限元模型。
电机的定子齿是主要受力区域，对齿划分进行了编码，由于电机定子齿面上各处电磁力并不是完全均匀的，所以每个定子齿内表面各处的电磁力力矩被离散成15 个点，周期性地施加到定子齿面上的离散点。
通过计算可以随时获得电机有限元模型各节点的位移信息。电磁力的基频为100Hz，即电机的振动周期为0.01秒。这是变频器通电时，在周期内不同时刻电机的振动位移。
可以看出，电机外壳上部振动最大，靠近电机脚部区域由于受到约束振动较小。变频电源对电机电磁振动的影响国内外学者正在研究变频电源对电机振动和噪声的影响。
但该方法主要是通过实验直接测量电机在给变频器供电时的振动噪声，通过对采集到的信号进行分析来确定电源对变频器的影响。
高次时间电流对电机电磁振动的影响使用变频电源和正弦波电源作为负载的电磁力，计算电机运行期间的振动响应。这是载波频率2kHz变频电源和标准正弦波电源下电机振动加速度的时间波形。
当使用标准正弦波电源时，很容易看出电机的振动加速度波形接近正弦波，但当使用标准正弦波电源时，电机绕组的相电压只有基波分量，振动加速度的峰值会更小。主要出现在基波的两倍频率、电机的齿槽效应、谐波频率等处。
虽然电机在1600Hz和1700Hz频率下的径向电磁力幅值较小，但电机的振动加速度存在明显的峰值，与电机模态分析得到的固有频率相比，发现电机正在共振。您可以看到。在这两个频率下。
当变频器供电时，它会在电机绕组相电压中产生一系列载波频率附近的谐波。由于齿槽效应，电机的振动加速度除了基波的两倍频率和谐波频率外，还会在载波频率附近产生新的峰值。
在三相异步电机振动实验中，对两极45kW三相鼠笼异步电机进行分析，确定引起电机振动的激振力来源如下：通过实验方法分析了载波频率和控制方式对三相异步电动机振动的影响，并对变频进行了分析。
采用45kW三相异步电机，配合标准正弦波电源和变频器电源，进行空载稳定运行下的振动测试。振动试验机采用奥地利进口DEWSoft设备。
采用两个三路振动加速度计采集电机的振动信号，为了与仿真进行比较，将振动加速度计放置在仿真中测试点的相应位置，将采集到的振动信号发送给电机。 去做。通过高速通道与振动测试仪连接进行信号处理，上位机通过与测试仪的连接实时显示测试波形并将测试波形数字化。
数据分析和处理。使用电流钳表采集三相异步电机的电流，并将采集到的信号显示在示波器上。最后利用Matlab软件对采集到的振动加速度数据和电机电流数据进行处理，分析电机的振动特性。
电机振动频谱分析电机振动频谱分析可以了解电机的整体振动情况，获得不同频率下的振动加速度幅值，对于电机振动抑制算法设计中相关参数的确定很有帮助，可以为大家提供参考。为了确认电机是否发生振动，进行频谱分析是非常有必要的。
将多个振动源信号在垂直或水平方向上一一叠加，产生总的垂直或水平振动信号，这在分析振动频谱幅度以测试振动抑制算法的性能时很有用，以特定振动方向的信号为对象的调查，可以在不牺牲通用性的情况下减少工作量。
均方根值（rms值）在描述振动信号能量时具有良好的稳定性和再现性，在采集振动加速度信号进行数据处理时使用均方根值，基于FFT绘制频谱图。
载波频率为2kHz的变频电源条件下的振动加速度谱。载波频率附近的振动与其他电磁力波引起的振动相比极大，是由电磁力波引入的高次谐波引起的。变频电源，对电机振动影响较大。它为振动提供了重要的激振力源，并指示了振动和降噪的方向。
结论本文主要研究三相鼠笼异步电机，并对变频器供电时的电磁振动进行计算分析。首先，分析变频器供电时电机绕组中的谐波电流分量。
接下来，我们将结合近似解析计算方法和有限元方法来分析变频器驱动电机的电磁力。推导了变频器供电情况下电磁力的解析公式，建立了场路耦合时步有限元模型，仿真得到了电磁力，并对计算结果进行了分析。光谱分析和分析计算的交叉验证。
然后对电机的结构振动进行了仿真分析，并对电机进行了模态分析和三维瞬态结构场计算。最后得出不同载波频率和控制策略对电机振动的影响，主要研究成果如下：
(1)变频器的电源将高次谐波引入电机绕组，电机的气隙磁通密度产生新的频率。
(2)电磁力波解析计算和有限元计算表明，与标准正弦波电源相比，在变频器供电的情况下，电机产生新的0或2p阶力波，频率会增加。电机的电磁振动。
(3)完整电机模态的计算分析结果表明，完整电机模态存在多个同阶固有频率，但频率值差异较大。
(4)电机的电磁振动加速度响应频率与径向电磁力频率相匹配。与正弦波电源相比，2k载波变频电源在开关频率附近产生新的振动，总振动加速度水平比正弦波电源高3.84dB。
(5)电压下降法和突然断电法可以有效识别引起电机振动的激振力来源，为减振提供指导。
(6)不同的载波频率对电机振动有明显影响。随着载波频率的增加，电流谐波含量显着降低，这也减少了电机振动。当载波频率从5kHz增加到10kHz时，电机总振动加速度水平降低了4.54dB。
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