普通電動(dòng)機(jī)與變頻電動(dòng)機(jī)的區(qū)別

一、變頻器對(duì)普通異步電動(dòng)機(jī)的影響

1、電動(dòng)機(jī)的效率和溫升的問(wèn)題

無(wú)論使用哪種變頻器，在運(yùn)行過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生不同水平的諧波電壓和電流，從而使電動(dòng)機(jī)在非正弦電壓和電流下運(yùn)行。根據(jù)數(shù)據(jù)，以一個(gè)常用的正弦波PWM逆變器為例，低階諧波基本上為零，剩余的諧波分量約為載波頻率的兩倍： 2u +1（u是調(diào)制率）。

高次諧波會(huì)增加定子銅損耗，轉(zhuǎn)子銅（鋁）損耗，鐵損耗和其他損耗。最重要的是轉(zhuǎn)子銅（鋁）損耗。由于異步電動(dòng)機(jī)以接近基本頻率的同步速度旋轉(zhuǎn)，因此高次諧波電壓會(huì)以較大的轉(zhuǎn)差率切斷轉(zhuǎn)子條，從而導(dǎo)致較大的轉(zhuǎn)子損耗。此外，還應(yīng)考慮由于集膚效應(yīng)而導(dǎo)致的額外銅損。這些損耗會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生更多的熱量，降低效率并降低輸出功率。當(dāng)?shù)湫偷娜喈惒诫妱?dòng)機(jī)在變頻器的非正弦電源的輸出條件下運(yùn)行時(shí)，溫度會(huì)升高。通常從10％增加到20％。

2、電動(dòng)機(jī)絕緣強(qiáng)度問(wèn)題

目前，許多中小型變頻器都采用PWM控制模式，載波頻率約為數(shù)千至10,000Hz，因此電動(dòng)機(jī)定子繞組可以承受較高的電壓上升速率，例如：向電動(dòng)機(jī)施加陡峭的脈沖電壓將導(dǎo)致對(duì)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)之間的絕緣進(jìn)行更嚴(yán)格的測(cè)試。另外，PWM變頻器產(chǎn)生的矩形斬波脈沖電壓會(huì)疊加在電動(dòng)機(jī)的工作電壓上，這會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)的接地絕緣層構(gòu)成威脅，并且由于高壓的反復(fù)作用，接地絕緣層會(huì)加速老化。

3、諧波電磁噪聲與震動(dòng)

當(dāng)傳統(tǒng)的異步電動(dòng)機(jī)由變頻器驅(qū)動(dòng)時(shí)，電磁，機(jī)械，通風(fēng)和其他因素引起的振動(dòng)和噪聲會(huì)變得更加復(fù)雜。變頻電源中包含的時(shí)間諧波會(huì)干擾電動(dòng)機(jī)電磁部分的固有空間諧波，從而形成各種電磁激勵(lì)力。當(dāng)電磁力波的頻率匹配或接近電動(dòng)機(jī)的固有振動(dòng)頻率時(shí)，會(huì)發(fā)生共振，并且噪音會(huì)增加。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)具有寬的工作頻率范圍和寬的轉(zhuǎn)速，所以各種電磁力波的頻率難以避免電動(dòng)機(jī)的每個(gè)部件的固有振動(dòng)頻率。

4、電動(dòng)機(jī)對(duì)頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)的適應(yīng)能力

由于變頻器被用作電源，因此它可以在非常低的頻率和電壓下啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)而沒(méi)有涌入電流，并且可以使用變頻器提供的各種制動(dòng)方法來(lái)執(zhí)行快速制動(dòng)。起動(dòng)和制動(dòng)創(chuàng)造了條件，因此電動(dòng)機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)和電磁系統(tǒng)受到周期性交變力的作用，給機(jī)械結(jié)構(gòu)和絕緣結(jié)構(gòu)帶來(lái)疲勞和加速老化問(wèn)題。

5、低轉(zhuǎn)速時(shí)的冷卻問(wèn)題

首先，異步電動(dòng)機(jī)的阻抗不是理想的，并且當(dāng)電源頻率較低時(shí)，由于電源諧波引起的損耗相對(duì)較大。第二，當(dāng)普通異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低時(shí)，冷卻空氣的量與轉(zhuǎn)速的三次方成比例地減少，這使電動(dòng)機(jī)的低速冷卻條件惡化，并且溫度急劇升高。很難獲得恒定的轉(zhuǎn)矩輸出。

二、變頻電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)

1、電磁設(shè)計(jì)

對(duì)于普通異步電動(dòng)機(jī)，設(shè)計(jì)中考慮的主要性能參數(shù)是過(guò)載能力，起動(dòng)性能，效率和功率因數(shù)。對(duì)于變頻電動(dòng)機(jī)，臨界滑差與功率頻率成反比，因此可以在臨界滑差接近1時(shí)直接啟動(dòng)。因此，您不必過(guò)多考慮過(guò)載能力和啟動(dòng)性能，但是要解決的關(guān)鍵問(wèn)題是如何改進(jìn)電動(dòng)機(jī)。非正弦波電源的適應(yīng)性。一般而言，這是操作方法：

1）盡可能減小定子和轉(zhuǎn)子的電阻。

可以通過(guò)減小定子電阻來(lái)補(bǔ)償由于諧波引起的銅損增加，從而降低基本銅損。

2）為了抑制電流的諧波，必須適當(dāng)增加電動(dòng)機(jī)的電感。但是，轉(zhuǎn)子槽漏電抗較大，趨膚效應(yīng)也較大，高次諧波的銅損也增加。因此，電動(dòng)機(jī)泄漏電抗的大小應(yīng)考慮整個(gè)速度范圍內(nèi)阻抗匹配的合理性。

3）變頻電動(dòng)機(jī)的主磁路通常設(shè)計(jì)為不飽和的。一種認(rèn)為諧波越高，磁路越飽和，另一種認(rèn)為相應(yīng)地增加逆變器的輸出。低頻時(shí)增加輸出轉(zhuǎn)矩的電壓。

2、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的主要考慮因素是非正弦電源特性對(duì)變頻電機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)，振動(dòng)和噪聲冷卻方法的影響。通常，您應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1）絕緣等級(jí)（通常為F等級(jí)或更高）會(huì)增強(qiáng)對(duì)地的絕緣和匝的絕緣強(qiáng)度，尤其要考慮到承受脈沖電壓的絕緣能力。

2）關(guān)于電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)和噪聲，有必要充分考慮電動(dòng)機(jī)零件和整體的剛性，并增加固有頻率以避免與各種力波產(chǎn)生共振。

3）冷卻方法：通常采用強(qiáng)制通風(fēng)冷卻方法。換句話說(shuō)，主電動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇由獨(dú)立的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。

4）對(duì)于容量大于160KW的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)采取防止電流存儲(chǔ)電流的措施和使軸承絕緣的措施。主要原因是容易在磁路中產(chǎn)生不對(duì)稱(chēng)，并且還會(huì)產(chǎn)生軸電流。當(dāng)其他高頻組件產(chǎn)生的電流共同作用時(shí)，軸電流會(huì)顯著增加，這會(huì)損壞軸承，因此通常需要采取絕緣措施。

5）對(duì)于恒定輸出變頻電動(dòng)機(jī)，當(dāng)速度超過(guò)3000/min時(shí)，應(yīng)使用特殊的耐高溫油脂來(lái)補(bǔ)償軸承的溫升。