2.5 变转速电动机类型

泵控液压缸技术泵控液压缸技术变转速电动机22.5变转速电动机类型5.1变频电动机变转速电动机类型第5节泵直驱技术所采用的电动机大多为交流变频电动机，是交流异步电动机的一种。一般的变频电动机是由传统的笼型电动机衍生而来，通常把传统的电动机用自冷风机改为独立的风机，并提高电动机绕组绝缘的耐电晕性能。在小功率及工作频率在额定频率附近等对电动机输出特性要求不高的场合下,可以用普通笼型电动机代替。结构简单，制造、维护方便，运行可靠性高；

重量轻、成本低，在同功率、同转速下，三相异步电机重量约为直流电机的

1/2，成本仅

1/3；易按不同环境条件的要求,派生出各种系列产品；

负载特性接近恒转速，适应大多数工业机械需求。优点：缺点：转速与其旋转磁场的同步转速有固定的转差率,调速性能较差；异步电动机运行时,从电力系统吸取无功功率以励磁,导致电力系统的功率因数降低。变转速电动机类型第5节图为为某45kW变频器驱动的额定电流为70A、功率为37kW的变频电动机在不同负载工况下定子电压-频率关系曲线。由图示曲线可知，在实际工作过程中，变频电动机定子电压与频率基本呈线性关系，电动机磁通为一定值，即在不同转速下，电动机电磁转矩为一定值。在变频器中，一旦定子频率给定了,定子电压也就确定了。5.1变频电动机变转速电动机类型第5节电动机起动角加速度与负载转矩基本呈线性关系。由下式可知，忽略系统黏性阻尼，起动过程中，电动机电磁转矩基本为一定值。图示为变频电动机加速起动时,角加速度-负载转矩关系曲线。测试过程为：负载转动惯量为0.01kg·m2，变频器最大起动电流限制为60A，电动机开始时不动作，在某一时间设定变频器频率，使电动机开始加速起动，直到达到设定转速,在此过程中测量电动机的角加速度。式中,Tem

为电动机有效电磁转矩；ηm

为电动机机械效率；

TL

为电动机负载转矩；Tf

为摩擦转矩；J

为电动机转动惯量；α为电动机角加速度；Bm

为电动机黏性阻尼系数；ω

为电动机角频率。5.1变频电动机变转速电动机类型第5节右图可知：电动机空载起动速度较快,满足液压系统使用要求。然而,电动机电磁转矩与主磁通和转子电流有功分量乘积成正比,当增大电动机的最大起动电流时,电动机角加速度也会增大,但会对电网产生较大的电流冲击。电动机负载设置为零，变频器最大起动电流限制为60A，在1s时给电动机的转速控制信号为的300r/min~1500r/min，电动机从静止起动到设定转速的动态特性如图所示。目标转速（r/min）30060090012001500所需时间（s）0.23

0.25

0.310.340.435.1变频电动机变转速电动机类型第5节最大起动电流分别设置为60A和120A，负载转矩为150N·m时，电动机转速阶跃响应和起动电流曲线如图所示。可见对于变频电动机而言，带载起动速度和起动峰值电流是一对难以协调的矛盾体，较大的起动速度势必对电源峰值电流提供能力提出较高的要求。设定最大启动电流加速至额定转速所用时间实际启动电流最大值120A0.29s113A60A1.25s58A5.1变频电动机变转速电动机类型第5节交流伺服电动机主要由一个用以产生磁场的电磁铁绕组或分布的定子绕组和一个旋转电枢或转子组成。其定子铁心中安放着空间相差90°的两相绕组,一相称为励磁绕组,一相称为控制绕组。电动机工作时,励磁绕组接单相交流电压,控制绕组接控制信号电压,要求两相电压同频率。伺服电动机普遍采用外环位置控制、中环速度控制和内环电流控制的三环控制方式,这种控制方式比普通变频电动机动态特性更好、控制方式多。5.2伺服电动机变转速电动机类型第5节伺服电动机定子电压转速关系曲线如左图所示。与变频电动机相比,相同的转速工作时,伺服电动机的定子电压较低。在相同负载转矩的情况下，伺服电动机的角加速度更大。5.2伺服电动机变转速电动机类型第5节伺服电动机负载设置为零，伺服驱动器最大电流限制为72A,最大角加速度限制为1300rad/s2,不同转速的动态响应曲线如图所示。由数据可知,伺服电动机空载起动速度较快,完全满足液压系统使用要求。如果增大最大允许角加速度和电流,则伺服电动机可在0.05s时间内从转速为零起动到额定转速。目标转速（r/min）400800120016001800所需时间（s）0.080.100.120.140.155.2伺服电动机变转速电动机类型第5节设定最大启动电流加速至额定转速所用时间实际启动电流最大值72A0.12s36.2A33A0.33s28.2A对于伺服电动机而言，快速带载启动对于电源的冲击较小，比变频电机具有更好的启动特性。最大起动电流分别设置为33A和72A,负载转矩为64N·m(额定转矩为72N·m),伺服电动机转速阶跃响应与起动电流曲线如图所示。5.2伺服电动机变转速电动机类型第5节高功率密度电动机是指相同输出功率条件下,电动机尺寸更小、重量更轻、效率更高。高功率密度永磁电动机有着高速、高效率和高功率密度的优势,应用潜力极大,它几乎涵盖了各种功率等级的场合。丹麦丹佛斯公司生产的EM-PMI240-T18型电动机功率范围为48~114kW,额定转速为2200~8800r/min,最高转速可达9200r/min。该产品是专门为移动机械、道路车辆或船舶上的电动或混合动力系统而开发的,比传统的电动机产品体积更小,质量更轻,效率更高5.3高功率密度电动机变转速电动机类型第5节美国H3X公司生产HPDM-30是一款高功率密度、集成化的电动机,额定功率为33kW,质量仅为4.1kg。还可