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在人们日常生活中，笼型三相异步电动机应用较广泛，笼型三相异步电动机具有结构简单、坚固耐用、价格低廉等优良特点，且笼型三相异步电动机可适应外界恶劣环境。但是由于我国电机调速技能技术水平较低，在笼型三相异步电动机应用过程中资源损耗率较高，严重制约了笼型三相异步电动机的有效应用。据此，探究笼型三相异步电动机调速节能新模式具有非常重要的意义。
1.笼型三相异步电动机调速节能技术概述
笼型三相异步电动机调速节能技术主要是利用变频的方式，根据输出量要求，优化笼型三相异步电动机在不同工作状态下转速。促使笼型三相异步电动机转速平滑调节，保证能源利用率[1]。
2.笼型三相异步电动机调速方式及特点
2.1笼型三相异步电动机调压调速
笼型三相异步电动机调压调速主要是通过改变电动机电子电压，实现稳定调速。其可以将调速阶段产生转差能量进行有效回愧利用，整体调速效率较高。但是其整体运行功率因素较低，且存在严重的谐波干扰情况。
2.2笼型三相异步电动机变极调速
笼型三相异步电动机变极调速主要是通过改变电动机磁极对数有级改变同步转速。变极调速方式可以无附加差基损耗，效率较高、维修难度校但是调速范围限制因素多，仅可进行两种或者三种极对数的有级调速。
2.3笼型三相异步电动机变频调速
笼型三相异步电动机变频调速主要是通过改变异步电动机定子端输入电源频率，促使电源频率连续可调，改变电动机同步转速。变频调速方式无附加转速损耗，调速范围较宽，效率较高。但是实际应用中技术复杂程度较高，经济损耗较高[2]。
2.4笼型三相异步电动机电磁调速
笼型三相异步电动机电磁调速主要是利用电磁转差离合器，进行调速。电磁调速结构简单、价格便宜，且维修效率较高，无谐波干扰。但是由于电磁转差离合器转差较大，其速度损失较大，效率较低。
3.基于能源节约的笼型三相异步电动机变频调速结构设计
依据笼型三相异步电动机调速方式及特点，可得出变频调速模式具有较高的能源节约优势。笼型三相异步电动机变频调速模式主要是依据变频电源特殊性，综合考虑三相异步电动机调速系统对高低速运转、转速动态响应的要求，从绝缘、结构、电磁等方面进行优化设计。
首先，在笼型三相异步电动机调速电路设计过程中，本次设计主要采用相控式调速电路。相控式调速电路可以通过改变相控角的大小，将电路正弦电压调整为若干个脉冲电压。整体响应速度较快，且结构较简单。
在具体设计过程中，需要将笼型三相异步电动机三相交流电分别与三个单相交流电调速电路相连。同时控制三相异步电动机调速系统中各三相交流电源间相位差在2π/3左右，以形成完整的三相交流调速电路[3]。同时为保证三相交流电调速电路中两晶闸可同时通电，相关人员可采用无中线星形联结的三相交流调速器。利用六个两两成对连接的调速电路模式，保证调速阶段电路功率的有效控制。在这个基础上，为保证笼型三相异步变频电动机起动阶段系统内具有一定的流通电流，相关人员可在笼型三相异步变频电动机给定控制角的基础上，选择较宽的触发脉冲，如π/3。
其次，在笼型三相异步电动机结构设计阶段，为保证笼型三相异步电动机高速运转阶段可有效抵抗变频器高频电流冲击，相关人员可综合考虑非正弦电源特性对变频笼型三相异步电动机绝缘结构的影响，选择高分子绝缘材料。并利用真空压力浸漆制造工艺，同步提升笼型三相异步电动机绕组匝间抗扭强度、抗拉强度及绝缘介电强度。同时为避免谐波间共振现象对调速效果的影响，笼型三相异步电动机操作人员可综合考虑笼型三相异步电动机构件、整体刚性等因素，调整振动等级要求至R级。并利用高准确度进口轴承更换局部零件，保证变频调速效果。
最后，在电磁设计模块，可通过增加笼型三相异步电动机电感，选择耐电晕性能好的电感线。如聚酯亚胺/聚酰胺酰亚胺复合层电磁漆包线等。以抑制笼型三相异步电动机低速运转时电流中高次谐波，充分满足笼型三相异步电动机耐高频脉冲、局部放电要求。同时由于笼型三相异步电动机低速运转时高次谐波会加深磁路饱和、提高输出转矩及变频器输出电压。因此，相关人员可在耐电晕、抗电晕漆包线应用的基础上，提高笼型三相异步电动机变频器输出电压。
此外，由于变频电动机临界转差率与电源频率呈反比，相关人员可在不考虑过载能力、启动性能的基础上，以改善变频电动机对非正弦波电源适应能力为要点。在临界转差率接近1时直接起动变频电动机，以提高笼型三相异步电动机不同负载率下效率。
4.基于笼型三相异步电动机变频调速技术应用
4.1基于笼型三相异步电动机变频调速的系统仿真分析
依据上述笼型三相异步电动机变频调速设计需求，为确定系统变频调速节能效果，相关人员可利用MATLAB/Sinulink仿真软件，综合考虑笼型三相异步电动机速度、磁通估算器、最大效率控制器、电流计算公式，在MATLAB/Sinulink仿真软件软件内构建具备效率控制器的无速度传感器适量节能控制系统。同时利用ode（Danand-Prince）仿真算法，加载仿真参数M文件，在MATLAB/Sinulink仿真软件内输入阶跃指令转速、负载转矩值，进行仿真分析。随后采用额定转矩为8.39N·m，额定功率为1.55kW的三菱产通用电机。其额定电流为62A，极对数为3，62Hz，100V供电环境下额定转速为1700r/min，转动惯量0.0125kg·m2，定子电阻及转子电阻分别为1.32Ω、0.08Ω。
在仿真模型构建完毕后，操作人员可以在笼型三相异步电动机高速重载运行过程中，调整指令转速从1580r/min到1720r/min转动。通过对笼型三相异步电动机指令转速变化时阶跃仿真图分析，可以得出笼型三相异步电动机负载转矩限度内带效率控制器系统效率与定磁通系统效率。据此，考虑铁损无速度传感器矢量控制节能调速系统运行特点，可调节实际转矩值趋向指令值，在调高系统对笼型三相异步电动机转矩控制精度的同时，也可以降低笼型三相异步电动机能量损耗节能效用。
4.3基于笼型三相异步电动机变频调速频率范围
如图1所示，笼型三相异步电动机变频调速模式在运行过程中，对于3.0/5.0-50.0Hz之间的基准频率以下的调速，主要是在保证电动机主磁通额定值不变的情况下，在磁通过弱电压时调整电动机电磁转矩，保证笼型三相异步电动机铁心磁通得到有效利用；而在50.0-100.0Hz基准频率以上调速时，由于笼型三相异步电动机处于励磁状态，可在保证笼型三相异步电动机主磁通额定值一定的情况下，平滑调低转矩比，可避免笼型三相异步电动机因励磁电流过大导致的热量流失情况。
5.总结
综上所述，笼型三相异步电动机变频调速适用于不同工况下频繁变速，且可降低定子、转子阻值，提高笼型三相异步电动机调速效率及平均功率因素。因此，结合具体等级调速场合需求，相关人员可综合考虑调速前后笼型三相异步电动机主要性能及节能效果，优先配置专门的变频电源，逐步拓展变频技术推广范围，保证笼型三相异步电动机速度调节阶段资源的有效应用。
参考文献：
[1]张腾达. 基于MATLAB/Simulink的鼠笼型异步电动机矢量控制研究[J]. 电脑知识与技术, 2017, 13(8):219-222.
[2]李文宇. 三相鼠笼式异步电机多故障诊断系统设计[J]. 日用电器, 2017(s1):228-236.
[3]张红枝, 张雪雪, 张志勇,等. 低压笼型三相异步电动机起动分析[J]. 防爆电机, 2017, 52(5):23-25.
[4]史建平, 张萌, 李渊. 基于ARX模型的笼型异步电机控制策略研究[J]. 电机与控制应用, 2018, 45(5):111-112.
论文作者:廖伟
论文发表刊物:《科技尚品》2018年第10期
论文发表时间:2019/7/18
标签：三相异步电动机论文; 转矩论文; 转速论文; 变频调速论文; 电动机论文; 较高论文; 效率论文; 《科技尚品》2018年第10期论文;