论文部分内容阅读
[摘 要]本文阐述了永磁同步电机的结构形式，转矩及调试特性，通过永磁同步变频电机模型仿真数据对比，说明永磁同步电机高能效、宽调频方面的优良特性，并通过实验数据表明永磁同步电机驱动离心制冷压缩机，提高压缩机制冷效率，具有良好的节能效益。
[关键词]永磁同步 变频 离心压缩机
中图分类号：TM351 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）18-0026-01
1.电机模型
1.1 结构形式
转子磁钢内置，负载类型为风机负载，属轻载启动，电机启动转矩小。磁钢布局如图1所示，以提高气隙平均磁密，降低气隙磁密谐波含量。永磁体为矩形，充磁方向永磁体厚度影响电机功率因数，尽量保证电机功率因数接近于1。
1.2 电气数据
电气数据如下：额定功率PN=260kW；相数m=3；额定线电压UNl=380V；极对数P=4；额定效率ηN=98%；額定功率因数cosφN=0.95；最高转速nN=14500r/min；额定转矩330N/m；气隙长度1.8mm，定子外径260mm，定子内径138mm，转子外径135mm，转子内径80mm，铁心长度L=290mm，定子槽数Q=36，永磁体磁化方向厚度8mm，永磁体宽度32，主轴直径86mm。电机定子结构同三相异步感应电机，槽型选用闭口槽，双层叠绕，槽型尺寸Hs0取0.8mmHs1取2.2mm，Hs2取2.4mm，Bs0取2mm，Bs1取6.8mm，Bs2取10.6mm，定子绕组并联支路数2，每槽有效导体数48，导线直径1.25mm2。
根据上述参数，采用ansoft有限元分析，计算电机参数如表1
可知，永磁同步电机不仅在负载额定功率条件下具有比较高的效率，而且在20%～110%负载功率条件下依然保持良好的效率和功率因数，而常规的三相感应电机在同功率条件下效率通常为93.5%左右，功率因数0.90左右。以一款同功率的三相感应电机为例，同样采用ansoft有限元分析，对计算结果列举并绘制三相异感应电机的效率和功率因数曲线如图2所示。
三相异步感应电机效率曲线呈现抛物线状，尤其在75%额定功率条件下效率下降较快，功率因数也较低。即使在额定功率条件下，电机的效率和功率因数也不及永磁同步电机。
2.电机调速
随着矢量控制技术的应用，使得交流调速系统具备了较高的调速精度、快速的动态响应、较宽的调速范围、以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能。由于永磁同步电机在稳定运行条件下其转速与电源频率保持一致，因此可以直接应用于开环控制的变频调速系统。同时永磁同步变频调速电机，由于电机转子具备自励磁能力。所以，同样具备电励磁直流变频调速系统高控制精度和高可靠性的特性。以正弦波永磁同步电机为例，采用ansoft有限元分析，仿真数据如表2
在转速10050r/min电压达到额定电压，转矩倍数3.0，此后进入弱磁调速，直至最高转速13500r/min，转矩倍数1.35。在满足负载转矩特性条件下，电机弱磁调速范围很宽。
对于三相异步电机，定转子气隙磁通的大小取决于定子电压，基频以下一般采用恒磁通调速，电机转矩保持恒定，基频以上弱磁调速，此时电机转速升高，转矩下降。以上述260kw为例，采用ansoft三相异步电机模型，有限元分析电机的电压、频率、转速、转矩倍数关系，数据如表3
3.永磁同步变频离心压缩机
离心压缩机是在高转送情况下依靠离心力对制冷剂进行压缩，且空调系统随着空间人员活动情况变化，压缩机负载变化范围很大。因此离心压缩机采用永磁同步变频电机将使电机的上述优良特性完美集成，不仅实现高能效能，而且在任意工况范围内均实现节能。结合上述260kw电机模型，与一款冷量为1520kw的水冷压缩机组匹配，测试数据如表4：
可见永磁同步变频离心压缩机在额定工况下具备良好的能效指标，在负载25%～100%工况下，依然保持良好的能效指标，节能效果显著。
采用永磁同步变频电机驱动离心式压缩机，电机高能效、宽调频的特点不仅可以良好的集成，而且特别适合离心压缩机制冷工况环境，保证压缩机无论运行在轻载、中载还是重载，其能效特性均高于同规格三相异步电机。从而使整机能效显著提高。
参考文献
[1] 唐任远.现代永磁电机—理论与设计[M].北京机械工业出版社.1997.
[2] 李钟明.稀土永磁电机[M].北京：国防工业出版社，1999.
[3] 叶振邦，常鸿寿.离心式制冷压缩机[M].北京：机械工业出版社，1986.
[4] 吴业正.制冷原理及设备[M].西安：西安交通大学出版社，2002.
[关键词]永磁同步 变频 离心压缩机
中图分类号：TM351 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）18-0026-01
1.电机模型
1.1 结构形式
转子磁钢内置，负载类型为风机负载，属轻载启动，电机启动转矩小。磁钢布局如图1所示，以提高气隙平均磁密，降低气隙磁密谐波含量。永磁体为矩形，充磁方向永磁体厚度影响电机功率因数，尽量保证电机功率因数接近于1。
1.2 电气数据
电气数据如下：额定功率PN=260kW；相数m=3；额定线电压UNl=380V；极对数P=4；额定效率ηN=98%；額定功率因数cosφN=0.95；最高转速nN=14500r/min；额定转矩330N/m；气隙长度1.8mm，定子外径260mm，定子内径138mm，转子外径135mm，转子内径80mm，铁心长度L=290mm，定子槽数Q=36，永磁体磁化方向厚度8mm，永磁体宽度32，主轴直径86mm。电机定子结构同三相异步感应电机，槽型选用闭口槽，双层叠绕，槽型尺寸Hs0取0.8mmHs1取2.2mm，Hs2取2.4mm，Bs0取2mm，Bs1取6.8mm，Bs2取10.6mm，定子绕组并联支路数2，每槽有效导体数48，导线直径1.25mm2。
根据上述参数，采用ansoft有限元分析，计算电机参数如表1
可知，永磁同步电机不仅在负载额定功率条件下具有比较高的效率，而且在20%～110%负载功率条件下依然保持良好的效率和功率因数，而常规的三相感应电机在同功率条件下效率通常为93.5%左右，功率因数0.90左右。以一款同功率的三相感应电机为例，同样采用ansoft有限元分析，对计算结果列举并绘制三相异感应电机的效率和功率因数曲线如图2所示。
三相异步感应电机效率曲线呈现抛物线状，尤其在75%额定功率条件下效率下降较快，功率因数也较低。即使在额定功率条件下，电机的效率和功率因数也不及永磁同步电机。
2.电机调速
随着矢量控制技术的应用，使得交流调速系统具备了较高的调速精度、快速的动态响应、较宽的调速范围、以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能。由于永磁同步电机在稳定运行条件下其转速与电源频率保持一致，因此可以直接应用于开环控制的变频调速系统。同时永磁同步变频调速电机，由于电机转子具备自励磁能力。所以，同样具备电励磁直流变频调速系统高控制精度和高可靠性的特性。以正弦波永磁同步电机为例，采用ansoft有限元分析，仿真数据如表2
在转速10050r/min电压达到额定电压，转矩倍数3.0，此后进入弱磁调速，直至最高转速13500r/min，转矩倍数1.35。在满足负载转矩特性条件下，电机弱磁调速范围很宽。
对于三相异步电机，定转子气隙磁通的大小取决于定子电压，基频以下一般采用恒磁通调速，电机转矩保持恒定，基频以上弱磁调速，此时电机转速升高，转矩下降。以上述260kw为例，采用ansoft三相异步电机模型，有限元分析电机的电压、频率、转速、转矩倍数关系，数据如表3
3.永磁同步变频离心压缩机
离心压缩机是在高转送情况下依靠离心力对制冷剂进行压缩，且空调系统随着空间人员活动情况变化，压缩机负载变化范围很大。因此离心压缩机采用永磁同步变频电机将使电机的上述优良特性完美集成，不仅实现高能效能，而且在任意工况范围内均实现节能。结合上述260kw电机模型，与一款冷量为1520kw的水冷压缩机组匹配，测试数据如表4：
可见永磁同步变频离心压缩机在额定工况下具备良好的能效指标，在负载25%～100%工况下，依然保持良好的能效指标，节能效果显著。
采用永磁同步变频电机驱动离心式压缩机，电机高能效、宽调频的特点不仅可以良好的集成，而且特别适合离心压缩机制冷工况环境，保证压缩机无论运行在轻载、中载还是重载，其能效特性均高于同规格三相异步电机。从而使整机能效显著提高。
参考文献
[1] 唐任远.现代永磁电机—理论与设计[M].北京机械工业出版社.1997.
[2] 李钟明.稀土永磁电机[M].北京：国防工业出版社，1999.
[3] 叶振邦，常鸿寿.离心式制冷压缩机[M].北京：机械工业出版社，1986.
[4] 吴业正.制冷原理及设备[M].西安：西安交通大学出版社，2002.